算法和数据结构
一、Arrays类
接下来学习的类叫做Arrays，其实Arrays并不是重点，但是我们通过Arrays这个类的学习有助于我们理解下一个知识点Lambda的学习。所以我们这里先学习Arrays，再通过Arrays来学习Lamdba这样学习会更丝滑一些_.
1.1 Arrays基本使用
先认识一下Arrays是干什么用的，Arrays是操作数组的工具类，它可以很方便的对数组中的元素进行遍历、拷贝、排序等操作。
下面我们用代码来演示一下：遍历、拷贝、排序等操作。需要用到的方法如下
/**
* 目标：掌握Arrays类的常用方法。
*/
public class ArraysTest1 {
public static void main(String[] args) {
// 1、public static String toString(类型[] arr): 返回数组的内容
int[] arr = {10, 20, 30, 40, 50, 60};
System.out.println(Arrays.toString(arr));
// 2、public static 类型[] copyOfRange(类型[] arr, 起始索引, 结束索引) ：拷贝数组（指定范围，包前不包后）
int[] arr2 = Arrays.copyOfRange(arr, 1, 4);
System.out.println(Arrays.toString(arr2));
// 3、public static copyOf(类型[] arr, int newLength)：拷贝数组，可以指定新数组的长度。
int[] arr3 = Arrays.copyOf(arr, 10);
System.out.println(Arrays.toString(arr3));
// 4、public static setAll(double[] array, IntToDoubleFunction generator)：把数组中的原数据改为新数据又存进去。
double[] prices = {99.8, 128, 100};
// 0 1 2
// 把所有的价格都打八折，然后又存进去。
Arrays.setAll(prices, new IntToDoubleFunction() {
@Override
public double applyAsDouble(int value) {
// value = 0 1 2
return prices[value] * 0.8;
}
});
System.out.println(Arrays.toString(prices));
// 5、public static void sort(类型[] arr)：对数组进行排序(默认是升序排序)
Arrays.sort(prices);
System.out.println(Arrays.toString(prices));
}
}
1.2 Arrays操作对象数组
刚才我们使用Arrays操作数组时，数组中存储存储的元素是int类型、double类型，是可以直接排序的，而且默认是升序排列。
如果数组中存储的元素类型是自定义的对象，如何排序呢？接下来，我们就学习一下Arrays如何对对象数组进行排序。
首先我们要准备一个Student类，代码如下：
public class Student implements Comparable<Student>{
private String name;
private double height;
private int age;
public Student(String name, double height, int age) {
this.name = name;
this.height = height;
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", height=" + height +
", age=" + age +
'}';
}
}
然后再写一个测试类，往数组中存储4个学生对象，代码如下。此时，运行代码你会发现是会报错的。
public class ArraysTest2 {
public static void main(String[] args) {
// 目标：掌握如何对数组中的对象进行排序。
Student[] students = new Student[4];
students[0] = new Student("蜘蛛精", 169.5, 23);
students[1] = new Student("紫霞", 163.8, 26);
students[2] = new Student("紫霞", 163.8, 26);
students[3] = new Student("至尊宝", 167.5, 24);
// 1、public static void sort(类型[] arr)：对数组进行排序。
Arrays.sort(students);
System.out.println(Arrays.toString(students));
}
}
上面的代码为什么会报错呢？因为Arrays根本就不知道按照什么规则进行排序。为了让Arrays知道按照什么规则排序，我们有如下的两种办法。
- **排序方式1：**让Student类实现Comparable接口，同时重写compareTo方法。Arrays的sort方法底层会根据compareTo方法的返回值是正数、负数、还是0来确定谁大、谁小、谁相等。代码如下：
public class Student implements Comparable<Student>{
private String name;
private double height;
private int age;
//...get、set、空参数构造方法、有参数构造方法...自己补全
// 指定比较规则
// this o
@Override
public int compareTo(Student o) {
// 约定1：认为左边对象 大于 右边对象 请您返回正整数
// 约定2：认为左边对象 小于 右边对象 请您返回负整数
// 约定3：认为左边对象 等于 右边对象 请您一定返回0
/* if(this.age > o.age){
return 1;
}else if(this.age < o.age){
return -1;
}
return 0;*/
//上面的if语句，也可以简化为下面的一行代码
return this.age - o.age; // 按照年龄升序排列
// return o.age - this.age; // 按照年龄降序排列
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", height=" + height +
", age=" + age +
'}';
}
}
- **排序方式2：**在调用
Arrays.sort(数组,Comparator比较器);时，除了传递数组之外，传递一个Comparator比较器对象。Arrays的sort方法底层会根据Comparator比较器对象的compare方法方法的返回值是正数、负数、还是0来确定谁大、谁小、谁相等。代码如下
public class ArraysTest2 {
public static void main(String[] args) {
// 目标：掌握如何对数组中的对象进行排序。
Student[] students = new Student[4];
students[0] = new Student("蜘蛛精", 169.5, 23);
students[1] = new Student("紫霞", 163.8, 26);
students[2] = new Student("紫霞", 163.8, 26);
students[3] = new Student("至尊宝", 167.5, 24);
// 2、public static <T> void sort(T[] arr, Comparator<? super T> c)
// 参数一：需要排序的数组
// 参数二：Comparator比较器对象（用来制定对象的比较规则）
Arrays.sort(students, new Comparator<Student>() {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
// 制定比较规则了：左边对象 o1 右边对象 o2
// 约定1：认为左边对象 大于 右边对象 请您返回正整数
// 约定2：认为左边对象 小于 右边对象 请您返回负整数
// 约定3：认为左边对象 等于 右边对象 请您一定返回0
// if(o1.getHeight() > o2.getHeight()){
// return 1;
// }else if(o1.getHeight() < o2.getHeight()){
// return -1;
// }
// return 0; // 升序
return Double.compare(o1.getHeight(), o2.getHeight()); // 升序
// return Double.compare(o2.getHeight(), o1.getHeight()); // 降序
}
});
System.out.println(Arrays.toString(students));
}
}
二、Lambda表达式
接下来，我们学习一个JDK8新增的一种语法形式，叫做Lambda表达式。作用：用于简化匿名内部类代码的书写。
2.1 Lambda表达式基本使用
怎么去简化呢？Lamdba是有特有的格式的，按照下面的格式来编写Lamdba。
(被重写方法的形参列表) -> {
被重写方法的方法体代码;
}
需要给说明一下的是，在使用Lambda表达式之前，必须先有一个接口，而且接口中只能有一个抽象方法。（注意：不能是抽象类，只能是接口）
像这样的接口，我们称之为函数式接口，只有基于函数式接口的匿名内部类才能被Lambda表达式简化。
public interface Swimming{
void swim();
}
有了以上的Swimming接口之后，接下来才能再演示，使用Lambda表达式，简化匿名内部类书写。
public class LambdaTest1 {
public static void main(String[] args) {
// 目标：认识Lambda表达式.
//1.创建一个Swimming接口的匿名内部类对象
Swimming s = new Swimming(){
@Override
public void swim() {
System.out.println("学生快乐的游泳~~~~");
}
};
s.swim();
//2.使用Lambda表达式对Swimming接口的匿名内部类进行简化
Swimming s1 = () -> {
System.out.println("学生快乐的游泳~~~~");
};
s1.swim();
}
}
好的，我们现在已经知道Lamdba表达式可以简化基于函数式接口的匿名内部类的书写。接下来，我们可以把刚才使用Arrays方法时的代码，使用Lambda表达式简化一下了。
public class LambdaTest2 {
public static void main(String[] args) {
// 目标：使用Lambda简化函数式接口。
double[] prices = {99.8, 128, 100};
//1.把所有元素*0.8: 先用匿名内部类写法
Arrays.setAll(prices, new IntToDoubleFunction() {
@Override
public double applyAsDouble(int value) {
// value = 0 1 2
return prices[value] * 0.8;
}
});
//2.把所有元素*0.8: 改用Lamdba表达式写法
Arrays.setAll(prices, (int value) -> {
return prices[value] * 0.8;
});
System.out.println(Arrays.toString(prices));
System.out.println("-----------------------------------------------");
Student[] students = new Student[4];
students[0] = new Student("蜘蛛精", 169.5, 23);
students[1] = new Student("紫霞", 163.8, 26);
students[2] = new Student("紫霞", 163.8, 26);
students[3] = new Student("至尊宝", 167.5, 24);
//3.对数组中的元素按照年龄升序排列: 先用匿名内部类写法
Arrays.sort(students, new Comparator<Student>() {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
return Double.compare(o1.getHeight(), o2.getHeight()); // 升序
}
});
//4.对数组中的元素按照年龄升序排列: 改用Lambda写法
Arrays.sort(students, (Student o1, Student o2) -> {
return Double.compare(o1.getHeight(), o2.getHeight()); // 升序
});
System.out.println(Arrays.toString(students));
}
}
好的，各位同学，恭喜大家！到这里，你已经学会了Lambda表达式的基本使用了。
2.2 Lambda表达式省略规则
刚才我们学习了Lambda表达式的基本使用。Java觉得代码还不够简单，于是还提供了Lamdba表达式的几种简化写法。具体的简化规则如下
1.Lambda的标准格式
(参数类型1 参数名1, 参数类型2 参数名2)->{
...方法体的代码...
return 返回值;
}
2.在标准格式的基础上()中的参数类型可以直接省略
(参数名1, 参数名2)->{
...方法体的代码...
return 返回值;
}
3.如果{}总的语句只有一条语句，则{}可以省略、return关键字、以及最后的“;”都可以省略
(参数名1, 参数名2)-> 结果
4.如果()里面只有一个参数，则()可以省略
(参数名)->结果
接下来从匿名内部类开始、到Lambda标准格式、再到Lambda简化格式，一步一步来简化一下。同学们体会一下简化的过程。
public class LambdaTest2 {
public static void main(String[] args) {
// 目标：使用Lambda简化函数式接口。
double[] prices = {99.8, 128, 100};
//1.对数组中的每一个元素*0.8: 匿名内部类写法
Arrays.setAll(prices, new IntToDoubleFunction() {
@Override
public double applyAsDouble(int value) {
// value = 0 1 2
return prices[value] * 0.8;
}
});
//2.需求：对数组中的每一个元素*0.8,使用Lambda表达式标准写法
Arrays.setAll(prices, (int value) -> {
return prices[value] * 0.8;
});
//3.使用Lambda表达式简化格式1——省略参数类型
Arrays.setAll(prices, (value) -> {
return prices[value] * 0.8;
});
//4.使用Lambda表达式简化格式2——省略()
Arrays.setAll(prices, value -> {
return prices[value] * 0.8;
});
//5.使用Lambda表达式简化格式3——省略{}
Arrays.setAll(prices, value -> prices[value] * 0.8 );
System.out.println(Arrays.toString(prices));
System.out.println("------------------------------------
Student[] students = new Student[4];
students[0] = new Student("蜘蛛精", 169.5, 23);
students[1] = new Student("紫霞", 163.8, 26);
students[2] = new Student("紫霞", 163.8, 26);
students[3] = new Student("至尊宝", 167.5, 24);
//1.使用匿名内部类
Arrays.sort(students, new Comparator<Student>() {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
return Double.compare(o1.getHeight(), o2.getHeight()); // 升序
}
});
//2.使用Lambda表达式表达式——标准格式
Arrays.sort(students, (Student o1, Student o2) -> {
return Double.compare(o1.getHeight(), o2.getHeight()); // 升序
});
//3.使用Lambda表达式表达式——省略参数类型
Arrays.sort(students, ( o1, o2) -> {
return Double.compare(o1.getHeight(), o2.getHeight()); // 升序
});
//4.使用Lambda表达式表达式——省略{}
Arrays.sort(students, ( o1, o2) -> Double.compare(o1.getHeight(), o2.getHeight()));
System.out.println(Arrays.toString(students));
}
}
到这里，恭喜你，对Lamdba表达式的所有写法，就学习完毕了。
三、JDK8新特性（方法引用）
各位小伙伴，接下来我们学习JDK8的另一个新特性，叫做方法引用。我们知道Lambda是用来简化匿名代码的书写格式的，而方法引用是用来进一步简化Lambda表达式的，它简化的更加过分。
到这里有小伙伴可能就想慰问Java爸爸了：“之前的代码挺好的呀！好不容易学会，你又来搞这些，把我都搞晕了。“ 说句大实话，确实有这样的问题，学习新的东西肯定会增加我们的学习成本，从心理上来说多少是有写抗拒的。但是从另一个角度想，一旦我们学会了，会大大简化我们的代码书写，提高我们编写代码的效率，而且这些新的语法都是有前提条件的，遇到的时候就简化得了。再退一步想，就算你没有学会，还是用以前的办法一点问题也没有。
给大家交代清楚了，学习方法引用可能存在的一些心理特点之后，接下来我们再正式学习方法引用的代码怎么编写。
3.1 静态方法引用
我们先学习静态方法的引用，还是用之前Arrays代码来做演示。现在准备好下面的代码
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
Student[] students = new Student[4];
students[0] = new Student("蜘蛛精", 169.5, 23);
students[1] = new Student("紫霞", 163.8, 26);
students[2] = new Student("紫霞", 163.8, 26);
students[3] = new Student("至尊宝", 167.5, 24);
// 原始写法：对数组中的学生对象，按照年龄升序排序
Arrays.sort(students, new Comparator<Student>() {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
return o1.getAge() - o2.getAge(); // 按照年龄升序排序
}
});
// 使用Lambda简化后的形式
Arrays.sort(students, (o1, o2) -> o1.getAge() - o2.getAge());
}
}
现在，我想要把下图中Lambda表达式的方法体，用一个静态方法代替
准备另外一个类CompareByData类，用于封装Lambda表达式的方法体代码；
public class CompareByData {
public static int compareByAge(Student o1, Student o2){
return o1.getAge() - o2.getAge(); // 升序排序的规则
}
}
现在我们就可以把Lambda表达式的方法体代码，改为下面的样子
Arrays.sort(students, (o1, o2) -> CompareByData.compareByAge(o1, o2));
Java为了简化上面Lambda表达式的写法，利用方法引用可以改进为下面的样子。**实际上就是用类名调用方法，但是把参数给省略了。**这就是静态方法引用
//静态方法引用：类名::方法名
Arrays.sort(students, CompareByData::compareByAge);
3.2 实例方法引用
还是基于上面的案例，我们现在来学习一下实例方法的引用。现在，我想要把下图中Lambda表达式的方法体，用一个实例方法代替
在CompareByData类中，再添加一个实例方法，用于封装Lambda表达式的方法体
接下来，我们把Lambda表达式的方法体，改用对象调用方法
CompareByData compare = new CompareByData();
Arrays.sort(students, (o1, o2) -> compare.compareByAgeDesc(o1, o2)); // 降序
最后，再将Lambda表达式的方法体，直接改成方法引用写法。实际上就是用类名调用方法，但是省略的参数。这就是实例方法引用
CompareByData compare = new CompareByData();
Arrays.sort(students, compare::compareByAgeDesc); // 降序
给小伙伴的寄语：一定要按照老师写的步骤，一步一步来做，你一定能学会的！！！
3.3 特定类型的方法引用
各位小伙伴，我们继续学习特定类型的方法引用。在学习之前还是需要给大家说明一下，这种特定类型的方法引用是没有什么道理的，只是语法的一种约定，遇到这种场景，就可以这样用。
Java约定：
如果某个Lambda表达式里只是调用一个实例方法，并且前面参数列表中的第一个参数作为方法的主调， 后面的所有参数都是作为该实例方法的入参时，则就可以使用特定类型的方法引用。
格式：
类型::方法名
public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
String[] names = {"boby", "angela", "Andy" ,"dlei", "caocao", "Babo", "jack", "Cici"};
// 要求忽略首字符大小写进行排序。
Arrays.sort(names, new Comparator<String>() {
@Override
public int compare(String o1, String o2) {
// 制定比较规则。o1 = "Andy" o2 = "angela"
return o1.compareToIgnoreCase(o2);
}
});
//lambda表达式写法
Arrays.sort(names, ( o1, o2) -> o1.compareToIgnoreCase(o2) );
//特定类型的方法引用！
Arrays.sort(names, String::compareToIgnoreCase);
System.out.println(Arrays.toString(names));
}
}
3.4 构造器引用
各位小伙伴，我们学习最后一种方法引用的形式，叫做构造器引用。还是先说明一下，构造器引用在实际开发中应用的并不多，目前还没有找到构造器的应用场景。所以大家在学习的时候，也只是关注语法就可以了。
现在，我们准备一个JavaBean类，Car类
public class Car {
private String name;
private double price;
public Car() {
}
public Car(String name, double price) {
this.name = name;
this.price = price;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public double getPrice() {
return price;
}
public void setPrice(double price) {
this.price = price;
}
@Override
public String toString() {
return "Car{" +
"name='" + name + '\'' +
", price=" + price +
'}';
}
}
因为方法引用是基于Lamdba表达式简化的，所以也要按照Lamdba表达式的使用前提来用，需要一个函数式接口，接口中代码的返回值类型是Car类型
interface CreateCar{
Car create(String name, double price);
}
最后，再准备一个测试类，在测试类中创建CreateCar接口的实现类对象，先用匿名内部类创建、再用Lambda表达式创建，最后改用方法引用创建。同学们只关注格式就可以，不要去想为什么（语法就是这么设计的）。
public class Test3 {
public static void main(String[] args) {
// 1、创建这个接口的匿名内部类对象。
CreateCar cc1 = new CreateCar(){
@Override
public Car create(String name, double price) {
return new Car(name, price);
}
};
//2、使用匿名内部类改进
CreateCar cc2 = (name, price) -> new Car(name, price);
//3、使用方法引用改进：构造器引用
CreateCar cc3 = Car::new;
//注意：以上是创建CreateCar接口实现类对象的几种形式而已，语法一步一步简化。
//4、对象调用方法
Car car = cc3.create("奔驰", 49.9);
System.out.println(car);
}
}
四、常见算法
1.1 认识算法
接下来，我们认识一下什么是算法。算法其实是解决某个实际问题的过程和方法。比如百度地图给你规划路径，计算最优路径的过程就需要用到算法。再比如你在抖音上刷视频时，它会根据你的喜好给你推荐你喜欢看的视频，这里也需要用到算法。
我们为什么要学习算法呢？主要目的是训练我们的编程思维，还有就是面试的时候，面试官也喜欢问一下算法的问题来考察你的技术水平。最后一点，学习算法是成为一个高级程序员的必经之路。
当然我们现在并不会学习非常复杂的算法，万丈高楼平地起，我们现在只需要学习几种常见的基础算法就可以了。而且Java语言本身就内置了一些基础算法给我们使用，实际上自己也不会去写这些算法。
1.2 冒泡排序
接下来，我们学习一种算法叫排序算法，它可以价格无序的整数，排列成从小到大的形式（升序），或者从大到小的形式（降序）
排序算法有很多种，我们这里只学习比较简单的两种，一种是冒泡排序，一种是选择排序。学习算法我们先要搞清楚算法的流程，然后再去“推敲“如何写代码。（注意，我这里用的次是推敲，也就是说算法这样的代码并不是一次成型的，是需要反复修改才能写好的）。
先来学习冒泡排序，先来介绍一下，冒泡排序的流程
冒泡排序核心思路：每次将相邻的两个元素继续比较
如下图所示：
第一轮比较 3次
第二轮比较 2次
第三轮比较 1次
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
// 1、准备一个数组
int[] arr = {5, 2, 3, 1};
// 2、定义一个循环控制排几轮
for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
// i = 0 1 2 【5， 2， 3， 1】 次数
// i = 0 第一轮 0 1 2 3
// i = 1 第二轮 0 1 2
// i = 2 第三轮 0 1
// 3、定义一个循环控制每轮比较几次。
for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
// 判断当前位置的元素值，是否大于后一个位置处的元素值，如果大则交换。
if(arr[j] > arr[j+1]){
int temp = arr[j + 1];
arr[j + 1] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
}
}
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
}
1.2 选择排序
刚才我们学习了冒泡排序，接下来我们学习了另一种排序方法，叫做选择排序。按照我们刚才给大家介绍的算法的学习方式。先要搞清楚算法的流程，再去推敲代码怎么写。
所以我们先分析选择排序算法的流程：选择排序的核心思路是，每一轮选定一个固定的元素，和其他的每一个元素进行比较；经过几轮比较之后，每一个元素都能比较到了。
接下来，按照选择排序的流程编写代码
ublic class Test2 {
public static void main(String[] args) {
// 1、准备好一个数组
int[] arr = {5, 1, 3, 2};
// 0 1 2 3
// 2、控制选择几轮
for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
// i = 0 第一轮 j = 1 2 3
// i = 1 第二轮 j = 2 3
// i = 2 第三轮 j = 3
// 3、控制每轮选择几次。
for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
// 判断当前位置是否大于后面位置处的元素值，若大于则交换。
if(arr[i] > arr[j]){
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = temp;
}
}
}
System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
}
1.3 查找算法
接下来，我们学习一个查找算法叫做二分查找。在学习二分查找之前，我们先来说一下基本查找，从基本查找的弊端，我们再引入二分查找，这样我们的学习也会更加丝滑一下。
**先聊一聊基本查找：**假设我们要查找的元素是81，如果是基本查找的话，只能从0索引开始一个一个往后找，但是如果元素比较多，你要查找的元素比较靠后的话，这样查找的此处就比较多。性能比较差。
再讲二分查找：二分查找的主要特点是，每次查找能排除一般元素，这样效率明显提高。但是二分查找要求比较苛刻，它要求元素必须是有序的，否则不能进行二分查找。
- 二分查找的核心思路
第1步：先定义两个变量，分别记录开始索引(left)和结束索引(right)
第2步：计算中间位置的索引，mid = (left+right)/2;
第3步：每次查找中间mid位置的元素，和目标元素key进行比较
如果中间位置元素比目标元素小，那就说明mid前面的元素都比目标元素小
此时：left = mid+1
如果中间位置元素比目标元素大，那说明mid后面的元素都比目标元素大
此时：right = mid-1
如果中间位置元素和目标元素相等，那说明mid就是我们要找的位置
此时：把mid返回
注意：一搬查找一次肯定是不够的，所以需要把第1步和第2步循环来做，只到left>end就结束，如果最后还没有找到目标元素，就返回-1.
/**
* 目标：掌握二分查找算法。
*/
public class Test3 {
public static void main(String[] args) {
// 1、准备好一个数组。
int[] arr = {7, 23, 79, 81, 103, 127, 131, 147};
System.out.println(binarySearch(arr, 150));
System.out.println(Arrays.binarySearch(arr, 81));
}
public static int binarySearch(int[] arr, int data){
// 1、定义两个变量，一个站在左边位置，一个站在右边位置
int left = 0;
int right = arr.length - 1;
// 2、定义一个循环控制折半。
while (left <= right){
// 3、每次折半，都算出中间位置处的索引
int middle = (left + right) / 2;
// 4、判断当前要找的元素值，与中间位置处的元素值的大小情况。
if(data < arr[middle]){
// 往左边找，截止位置（右边位置） = 中间位置 - 1
right = middle - 1;
}else if(data > arr[middle]){
// 往右边找，起始位置（左边位置） = 中间位置 + 1
left = middle + 1;
}else {
// 中间位置处的元素值，正好等于我们要找的元素值
return middle;
}
}
return -1; // -1特殊结果，就代表没有找到数据！数组中不存在该数据！
}
}
