Java 数组编程题高难度 java数组算法题

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lgmyxbjfu 2023-12-09 15:57:48

文章标签 Java 数组编程题高难度算法 java 排序算法数组 文章分类 Java 后端开发

数组算法

一、数组元素的基本操作

1.练习：
2.数组的复制、反转、查找
3.二分查找算法

二、排序算法

1.概念
2.十大内部排序算法

2.1冒泡排序
2.2快速排序

三、Array工具类的使用
四、数组中常见的异常

一、数组元素的基本操作

1.练习：

/*
 * 算法的考察：求数值型数组中元素的最大值、最小值、平均数、总和等
 * 
 * 定义一个 int 型的一维数组，包含 10 个元素，分别赋一些随机整数，
 * 然后求出所有元素的最大值，最小值，和值，平均值，并输出出来。
 * 要求：所有随机数都是两位数。
 * 
 * [10,99]
 * 公式：(int)(Math.random() * (99 - 10 + 1) + 10)
 */
public class ArrayTest1 {
	public static void main(String[] args) {
		int[] arr = new int[10];
		//数组赋值
		for(int i = 0;i <arr.length;i++){
			arr[i] = (int)(Math.random() * (99 - 10 + 1) + 10);
		}
		
		//遍历
		for(int i =0;i < arr.length;i++){
			System.out.print(arr[i] + " ");
		}
		System.out.println();
		
		//求数组元素的最大值
		int maxValue = arr[0];
		for(int i = 1;i <arr.length;i++){
			if(maxValue < arr[i]){
				maxValue = arr[i];
			}
		}
		System.out.println("最大值：" + maxValue);
		
		//求数组元素的最小值
		int minValue = arr[0];
		for(int i = 1;i <arr.length;i++){
			if(minValue > arr[i]){
				minValue = arr[i];
			}
		}
		System.out.println("最小值：" + minValue);
		
		//求数组元素的总和
		int sum = 0;
		for(int i = 1;i <arr.length;i++){
			sum += arr[i];
		}
		System.out.println("总和：" + sum);
		
		//求数组元素的平均数
		double avgVales = sum / arr.length;
		System.out.println("平均数：" + avgVales);		
	}
}

2.数组的复制、反转、查找

/*
 * 算法的考察：数组的复制、反转、查找(线性查找、二分法查找)
 */
public class ArrayTest3 {
	public static void main(String[] args) {
	
		String[] arr = new String[]{"SS","QQ","YY","XX","TT","KK","EE","GG"};
		
		//数组的复制
		String[] arr1 = new String[arr.length];
		for(int i = 0;i < arr1.length;i++){
			arr1[i] = arr[i];
		}
		
		//数组的反转
		//方法一：
//		for(int i = 0;i < arr.length / 2;i++){
//			String temp = arr[i];
//			arr[i] = arr[arr.length - i - 1];
//			arr[arr.length - i - 1] = temp;
//		}
		
		//方法二：
		for(int i = 0,j = arr.length - 1;i < j;i++,j--){
			String temp = arr[i];
			arr[i] = arr[j];
			arr[j] = temp;
		}
		
		//遍历
		for(int i = 0;i < arr.length;i++){
			System.out.print(arr[i] + "\t");
		}
		System.out.println();
		
		//查找（或搜索）
		//线性查找
		String dest = "BB";	//要查找的元素
		dest = "CC";
		
		boolean isFlag = true;
		
		for(int i = 0;i < arr.length;i++){
			if(dest.equals(arr[i])){
				System.out.println("找到了指定元素，位置为：" + i);
				isFlag = false;
				break;
			}
		}
		if(isFlag){
			System.out.println("很遗憾，没找到！");
		}
		
		//二分法查找：
		
	}
}

3.二分查找算法

前提：

二分查找算法需要数组是有序的

概念：

每次查找对比目标数据与数组的中间位置，若目标大于中间的变量，则接下来只需查找右半部分数组即可；若目标小于中间变量，则接下来只需查找左半部分数组即可。然后递归执行即可。

Java 数组编程题高难度 java数组算法题_Java 数组编程题高难度

代码实现：

public class ArrayTest3 {
	public static void main(String[] args) {
		//二分法查找：
		//前提：所要查找的数组必须有序
		int[] arr2 = new int[]{-98,-34,2,34,54,66,79,105,210,333};
		
		int dest1 = -34;
		int head = 0;	//初始的首索引
		int end = arr2.length - 1;	//初始的末索引
		boolean isFlag1 = true;
		while(head <= end){
			int middle = (head + end)/2;
			
			if(dest1 == arr2[middle]){
				System.out.println("找到了指定元素，位置为：" + middle);
				isFlag1 = false;
				break;
			}else if(arr2[middle] > dest1){
				end = middle - 1;
			}else{	//arr2[middle] < dest1
				head = middle + 1;
			}	
		}
		
		if(isFlag1){
			System.out.println("很遗憾，没找到！");
		}		
	}
}

二、排序算法

1.概念

排序：假设含有 n 个记录的序列为{R1，R2，…,Rn},其相应的关键字序列为{K1，K2，…,Kn}。将这些记录重新排序为{Ri1,Ri2,…,Rin},使得相应的关键字值满足条 Ki1<=Ki2<=…<=Kin,这样的一种操作称为排序。
通常来说，排序的目的是快速查找。

排序算法分类：

内部排序和外部排序。
内部排序：整个排序过程不需要借助于外部存储器（如磁盘等），所有排序操作都在内存中完成。
外部排序：参与排序的数据非常多，数据量非常大，计算机无法把整个排序过程放在内存中完成，必须借助于外部存储器（如磁盘）。外部排序最常见的是多路归并排序。可以认为外部排序是由多次内部排序组成。

2.十大内部排序算法

选择排序

直接选择排序、堆排序

交换排序

冒泡排序、快速排序

插入排序

直接插入排序、折半插入排序、Shell 排序(希尔排序)

归并排序
桶式排序
基数排序

2.1冒泡排序

冒泡排序的基本思想：通过对待排序序列从前向后，依次比较相邻元素的排序码，若发现逆序则交换，使排序码较大的元素逐渐从前部移向后部。（类似于冒泡，越接近水面水泡越大）

Java 数组编程题高难度 java数组算法题_算法_02

代码实现：

/*
 * 数组的冒泡排序的实现
 * 
 */
public class BubbleSortTest {
	public static void main(String[] args) {
		
		int[] arr = new int[]{43,32,76,92,-65,85,71,-42};
		
		//冒泡排序
		for(int i = 0;i < arr.length - 1;i++){
			
			for(int j = 0;j < arr.length - 1 - i;j++){
				
				if(arr[j] > arr[j+1]){
					int temp = arr[j];
					arr[j] = arr[j+1];
					arr[j+1] = temp;
				}
			}
		}
		
		for(int i = 0;i < arr.length;i++){
			System.out.print(arr[i] + "\t");
		}
	}
}

2.2快速排序

算法思想：

1.从数列中挑出一个元素，称为"基准"（pivot），
重新排序数列，所有元素比基准值小的摆放在基准前面，所有元素比基准值大的摆在基准的后面（相同的数可以到任一边）。
2.在这个分区结束之后，该基准就处于数列的中间位置。这个称为分区（partition）操作。
3.递归地（recursive）把小于基准值元素的子数列和大于基准值元素的子数列排序。
4.递归的最底部情形，是数列的大小是零或一，也就是永远都已经被排序好了。虽然一直递归下去，但是这个算法总会结束，因为在每次的迭代（iteration）中，它至少会把一个元素摆到它最后的位置去。

Java 数组编程题高难度 java数组算法题_数组_03

代码实现：

/**
  * 快速排序
  * 通过一趟排序将待排序记录分割成独立的两部分，其中一部分记录的关键字均比另一部分关键字小，
  * 则分别对这两部分继续进行排序，直到整个序列有序。
  *
 */
public class QuickSort {
	private static void swap(int[] data, int i, int j) {
		int temp = data[i];
		data[i] = data[j];
		data[j] = temp;
	}
	private static void subSort(int[] data, int start, int end) {
		if (start < end) {
			int base = data[start];
			int low = start;
			int high = end + 1;
			while (true) {
				while (low < end && data[++low] - base <= 0)
					;
				while (high > start && data[--high] - base >= 0)
					;
				if (low < high) {
					swap(data, low, high);
				} else {
					break;
				}
			}
			swap(data, start, high);
			
			subSort(data, start, high - 1);//递归调用
			subSort(data, high + 1, end);
		}
	}
	public static void quickSort(int[] data){
		subSort(data,0,data.length-1);
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		int[] data = { 9, -16, 30, 23, -30, -49, 25, 21, 30 };
		System.out.println("排序之前：\n" + java.util.Arrays.toString(data));
		quickSort(data);
		System.out.println("排序之后：\n" + java.util.Arrays.toString(data));
	}
}

三、Array工具类的使用

1	boolean equals(int[] a,int[] b)	判断两个数组是否相等。
2	String toString(int[] a)	输出数组信息。
3	void fill(int[] a,int val)	将指定值填充到数组之中。
4	void sort(int[] a)	对数组进行排序。
5	int binarySearch(int[] a,int key)	对排序后的数组进行二分法检索指定的值。

使用范例：

import java.util.Arrays;
/*
 * java.util.Arrays:作数组的工具类，包含了用来操作数组（比如排序和搜索）的各种方法。
 */
public class ArrayTest4 {
	public static void main(String[] args) {
		
		//1.boolean equals(int[] a,int[] b)判断两个数组是否相等。
		int[] arr1 = new int[]{1,2,3,4};
		int[] arr2 = new int[]{1,2,9,3};
		boolean isEquals = Arrays.equals(arr1, arr2);
		System.out.println(isEquals);
		
		//2.String toString(int[] a)输出数组信息。
		System.out.println(Arrays.toString(arr1));		
		
		//3.void fill(int[] a,int val)将指定值填充到数组之中。
		Arrays.fill(arr1, 10);
		System.out.println(Arrays.toString(arr1));		
		
		//4.void sort(int[] a)对数组进行排序。
		Arrays.sort(arr2);
		System.out.println(Arrays.toString(arr2));
		
		//5.int binarySearch(int[] a,int key)对排序后的数组进行二分法检索指定的值。
		int[] arr3 = new int[]{43,32,76,92,-65,85,71,-42}; 
		int index = Arrays.binarySearch(arr3, 210);
		if(index >= 0){
			System.out.println(index);
		}else{
			System.err.println("未找到。");
		}		
	}
}

四、数组中常见的异常

/*
 * 数组中的常见异常：
 * 1.数组角标越界的异常:ArrayIndexOutOfBoundsException
 * 
 * 2.空指针异常:NullPointerException
 * 
 */
public class ArrayExceptionTest {
	public static void main(String[] args) {
		
		//1.数组角标越界的异常:ArrayIndexOutOfBoundsException
		int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
		
		//错误1：
//		for(int i = 0;i <= arr.length;i++){
//			System.out.println(arr[i]);
//		}
		
		//错误2：
//		System.out.println(arr[-2]);
		
		//错误3
//		System.out.println("hello");
		
		//2.空指针异常:NullPointerException
		//情况一:
//		int[] arr2= new int[]{1,2,3};
//		arr2 = null;
//		System.out.println(arr2[0]);
		//情况二:
//		int[][] arr2 = new int[4][];
//		System.out.println(arr2[0][0]);
		
		//情况三:
//		String[] arr3 = new String[]{"AA","QQ","YY","XX","TT","KK"};
//		arr3[0] = null;
//		System.out.println(arr3[0].toString());		
	}
}