2020-08-22 · 数据结构和算法基本概述 · 稀疏数组 · 队列 · 环形队列

一、数据结构和算法概述：


二、线性结构和非线性结构：


三、稀疏数组：

代码演示：

package com.atguigu.sparsearray;

import jdk.internal.org.objectweb.asm.tree.TryCatchBlockNode;

import java.io.*;

/**
 * @author
 * @create 2020-08-21-20:35
 */
public class SparseArray {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建一个原始的二维数组 11 * 11
        //0：没有棋子  1：黑子  2：蓝子
        int chessArr1[][] = new int[11][11];
        chessArr1[1][2] = 1;
        chessArr1[2][3] = 2;
        chessArr1[4][5] = 2;

        //输出原来的二维数组
        System.out.println("原始的二维数组~~");
        for (int[] row:chessArr1) {
            for (int data:row) {
                System.out.printf("%d\t",data);
            }
            System.out.println();
        }

        //将二维数组 --> 稀疏数组
        //1.先遍历数组，得到非 0 的数据个数
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < chessArr1.length; i++) {
            for (int j = 0; j < chessArr1.length; j++) {
                if (chessArr1[i][j] != 0){
                    sum++;
                }
            }
        }

        //2.创建对应的稀疏数组
        int sparseArr[][] = new int[sum+1][3];
        //2.1 给稀疏数组赋值
        sparseArr[0][0] = chessArr1.length;
        sparseArr[0][1] = chessArr1.length;
        sparseArr[0][2] = sum;
        //2.2 再次遍历，遇到非 0 的数据就把数据赋给稀疏数组
        int count = 0; //用于记录第几个非 0 数据
        for (int i = 0; i < chessArr1.length; i++) {
            for (int j = 0; j < chessArr1.length; j++) {
                if (chessArr1[i][j] != 0){
                    count++;
                    sparseArr[count][0] = i;
                    sparseArr[count][1] = j;
                    sparseArr[count][2] = chessArr1[i][j];
                }
            }
        }

        //3. 输出稀疏数组
        System.out.println();
        System.out.println("稀疏数组为~~~");
        for (int i = 0; i < sparseArr.length; i++) {
            System.out.printf("%d\t%d\t%d\t\n", sparseArr[i][0], sparseArr[i][1], sparseArr[i][2]);
        }
        System.out.println();


//        //把稀疏数组存储到硬盘
//        System.out.println("文件读出");
//        DataOutputStream out = null;
//        DataInputStream in = null;
//
//        try {
//            out = new DataOutputStream(new FileOutputStream("d:\\io\\map.data"));
//            for (int[] row : sparseArr) {
//                for (int data : row) {
//                    out.writeInt(data);
//                }
//            }
//
//            //写出去的文件打开是乱码。jbc打开文本类型  所以乱码  数据流在流动的时候有明确的数据类型
//            in  = new DataInputStream(new FileInputStream("d:\\io\\map.data"));
//            for (int i = 0;i <sparseArr.length; i++) {
//                System.out.print(in.readInt() + "\t");
//                System.out.print(in.readInt() + "\t");
//                System.out.println(in.readInt() + "\t");
//            }
//
//        } catch (FileNotFoundException e) {
//            // TODO Auto-generated catch block
//            e.printStackTrace();
//        } catch (IOException e) {
//            // TODO Auto-generated catch block
//            e.printStackTrace();
//        }


        //将稀疏数组 --> 恢复到原来的二维数组
        //1.先读取稀疏数组的第一行，根据第一行数据，创建原来的二维数组
        int chessArr2[][] = new int[sparseArr[0][0]][sparseArr[0][1]];

        //2.在读取稀疏数组后几行的数据，并且赋值给原来的二维数组
        for (int i = 1; i < sparseArr.length; i++) {
            chessArr2[sparseArr[i][0]][sparseArr[i][1]] = sparseArr[i][2];
        }

        //3.输出恢复后的二维数组
        System.out.println();
        System.out.println("恢复后的二维数组~~~");
        for (int[] arr:chessArr2) {
            for (int data:arr) {
                System.out.printf("%d\t",data);
            }
            System.out.println();
        }
    }
}


四、队列：

package com.atguigu.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * @author czh
 * @create 2020-08-22-20:32
 */
public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        //创建一个队列
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' '; //用于接收用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;

        //输出一个菜单
        while (loop){
            System.out.println("s(show): 显示队列");
            System.out.println("e(exit): 退出程序");
            System.out.println("a(add): 添加数据到队列");
            System.out.println("g(get): 从队列取出数据");
            System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");

            key = scanner.next().charAt(0); //接收一个字符

            switch (key){
                case 's': //显示数据
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a': //添加数据
                    System.out.println("输入一个数据：");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g': //取出数据
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是：%d\n",res);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    break;
                case 'h': //查看队列头数据
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头数据为%d\n",res);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    break;
                case 'e': //退出
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }

        System.out.println("程序退出~~~");
    }
}



//使用数组模拟队列 --- 编写一个 ArrayQueue 类
class ArrayQueue{
    private int maxSize; //表示数组的最大容量
    private int front; //队列头
    private int rear; //队列尾
    private int[] arr; //用于存储数据，模拟队列

    //创建队列的构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1; //指向队列头部，分析出 front 是指向队列头的前一个位置
        rear = -1; //指向队列尾，指向队列尾的数据（即队列最后一个数据）
    }

    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize - 1;
    }

    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }

    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否满
        if (isFull()){
            System.out.println("队列满，不能加入数据~~~");
            return;
        }
        rear++; //让 rear 后移
        arr[rear] = n;
    }

    //获取队列数据，出队列
    public int getQueue(){
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，不能获取数据~~");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        //遍历
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列空，没有数据~~~");
            return;
        }

        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
        }
    }

    //显示队列的头数据，注意不是取出数据
    public int headQueue(){
        //判断
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，没有数据~~~");
        }

        return arr[front + 1];
    }
}

问题分析并优化：

  1. 目前数组使用一次就不能用，没有达到复用的效果。
  2. 将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列。


五、环形队列：

对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组，因此将数组看做是一个环形的。（通过取模的方式来实现即可）

代码演示：

package com.atguigu.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * @author czh
 * @create 2020-08-22-20:32
 */
public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");

        //创建一个环形队列
        //说明设置4，其队列的有效数据最大是3
        CircleArray queue = new CircleArray(4);
        char key = ' '; //用于接收用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;

        //输出一个菜单
        while (loop){
            System.out.println("s(show): 显示队列");
            System.out.println("e(exit): 退出程序");
            System.out.println("a(add): 添加数据到队列");
            System.out.println("g(get): 从队列取出数据");
            System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");

            key = scanner.next().charAt(0); //接收一个字符

            switch (key){
                case 's': //显示数据
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a': //添加数据
                    System.out.println("输入一个数据：");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g': //取出数据
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是：%d\n",res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h': //查看队列头数据
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头数据为%d\n",res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e': //退出
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }

        System.out.println("程序退出~~~");
    }
}


class CircleArray{
    private int maxSize; //表示数组的最大容量

    //front 变量的含义做一个调整：front 就指向队列的第一个元素，
    //也就是 arr[front] 就是队列的第一个元素
    //front 的初始值 = 0
    private int front;

    //rear 变量的含义做一个调整： rear 指向队列最后的一个元素的后一个位置，
    // 因为希望空出一个空间做为约定。
    //rear 的初始值为 0
    private int rear; //队列尾
    private int[] arr; //用于存储数据，模拟队列

    //创建队列的构造器
    public CircleArray(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }

    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }


    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否满
        if (isFull()){
            System.out.println("队列满，不能加入数据~~~");
            return;
        }

        //直接将数据加入
        arr[rear] = n;
        //将 rear 后移，这里必须考虑取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }


    //获取队列数据，出队列
    public int getQueue(){
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，不能获取数据~~");
        }
        //这里需要分析出 front 是指向队列的第一个元素
        //1. 先把 front 对应的值保留到一个临时变量
        //2. 将 front 后移，考虑取模
        //3. 将临时保存的变量返回
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }


    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        //遍历
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列空，没有数据~~~");
            return;
        }

        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d] = %d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }

    //求出当前队列的有效数据个数
    public int size(){
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    //显示队列的头数据，注意不是取出数据
    public int headQueue(){
        //判断
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，没有数据~~~");
        }

        return arr[front];
    }
}
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