Java基础 - 8 - 算法、正则表达式、异常

一. 算法

什么是算法？

解决某个实际问题的过程和方法

学习算法的技巧？

先搞清楚算法的流程，再直接去推敲如何写算法

1.1 排序算法

1.1.1 冒泡排序

每次从数组中找出最大值放在数组的后面去

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {5,2,3,1};
        //升序排序【1，2，3，5】
        //外循环控制排序轮数，内循环控制每一轮的遍历
        //n个数需要排序n-1轮
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            //每一轮的目标是找到最大值，并放在最后一个位置
            //n个数 第一轮需要比较n-1次，第二轮需要比较n-2次 …… 第n-1轮需要比较1次
            for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {
                //如果前一个数大于后一个数，则进行交换
                if(arr[j] > arr[j+1]){
                    int temp;
                    temp = arr[j];
                    arr[j] = arr[j+1];
                    arr[j+1] = temp;
                }
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

1.1.2 选择排序

每次选择当前位置，开始找出后面的较小值与该位置交换

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {5,1,3,2};
        //升序排序【1，2，3，5】
        selectionSort(arr);
        selectionSort1(arr);
    }

    //普通选择排序
    private static void selectionSort(int[] arr) {
        //外循环控制排序轮数，内循环控制每一轮的遍历
        //n个数需要排序n-1轮
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            //每一轮的目标是确定当前位置的值(确定arr[i]的值)
            //j依次记录当前位置后面位置的值（要记录到最后一个位置）
            //如第一轮确定arr[0]的值，j应该从位置1到位置n-1（一共n个数）
            for (int j = i + 1 ; j < arr.length; j++) {
                //如果当前位置的值大于后面的值，就进行交换
                if(arr[i] > arr[j]){
                    int temp;
                    temp = arr[i];
                    arr[i] = arr[j];
                    arr[j] = temp;
                }
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }

    //改进选择排序
    //减少交换次数，每一轮确定后面位置的最小值，再进行排序，这样每轮最多只需要交换一次
    private static void selectionSort1(int[] arr) {
        //n个数需要排序n-1轮
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            //每一轮的目标是确定当前位置的值(确定arr[i]的值)
            //j依次记录当前位置后面位置的值（要记录到最后一个位置）
            //每轮确定后面位置的最小值再进行交换，用一个变量记录最小值位置的索引
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1 ; j < arr.length; j++) {
                //用minIndex记录这一轮的最小值
                if(arr[minIndex] > arr[j]){
                    minIndex = j;
                }
            }
            //该轮最小值不是arr[i]，则和最小值交换位置
            if(minIndex != i){
                int temp;
                temp = arr[minIndex];
                arr[minIndex] = arr[i];
                arr[i] = temp;
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

1.2 查找算法

1.2.1 顺序查找（基本查找）

注意：再数据量特别大的时候，基本查找这种从前往后挨个找的形式，性能是很差的

1.2.2 二分查找（折半查找）

前提条件：数组中的数据必须是有序的

核心思想：每次排除一半的数据，查询数据的性能明显提高很多

折半条件：二分查找正常的折半条件应该是开始位置left<=结束位置right

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {7,23,79,81,103,127,131,147};
        int index = binarySearch(arr,81);
        if(index != arr.length){
            System.out.println("您要找的数据在数组的索引值是"+index);
        }

        //Java中Arrays类提供了二分查找的方法
        System.out.println(Arrays.binarySearch(arr, 131));
    }

    public static int binarySearch(int[] arr,int data){
        //定义两个变量记录左右两端的位置
        int left = 0;
        int right = arr.length - 1;

        //定义一个循环
        while(left <= right){
            int mid = (left + right) / 2;
            if(arr[mid] == data){
                return mid;
            }else if(arr[mid] > data){
                right = mid - 1;
            }else{
                left = mid + 1;
            }
        }
        //循环结束，还没有找到，才会执行到这里
        System.out.println("未查找到"+data);
        return -1;
    }
}

二. 正则表达式

2.1 认识正则表达式

就是由一些特定的字符组成，代表的是一个规则

正则表达式作用一：用来校验数据格式是否合法

正则表达式作用二：在一段文本中查找满足要求的内容

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        //校验QQ号码是否正确，要求全部都是数字，长度在（6-20）之间，不能用0开头
        System.out.println(checkQQ(null));  //为空返回false
        System.out.println(checkQQ("12345"));  //长度不在6-20之间返回false
        System.out.println(checkQQ("012345"));  //0开头返回false
        System.out.println(checkQQ("12345678abc"));  //不都是数字返回false
        System.out.println(checkQQ("12345678"));  //true

        System.out.println("===============================");
        //正则表达式校验
        System.out.println(checkQQ1(null));  //为空返回false
        System.out.println(checkQQ1("12345"));  //长度不在6-20之间返回false
        System.out.println(checkQQ1("012345"));  //0开头返回false
        System.out.println(checkQQ1("12345678abc"));  //不都是数字返回false
        System.out.println(checkQQ1("12345678"));  //true
    }

    //运用正则表达式
    //String提供了一个匹配正则表达式的方法
    //public boolean matches(String regex) 判断字符串是否匹配正则表达式，匹配返回true，不匹配返回false
    private static boolean checkQQ1(String s) {
        return s!=null && s.matches("[1-9]\\d{5,19}");
    }

    //不运用正则表达式
    private static boolean checkQQ(String s) {
        if(s==null || s.startsWith("0") || s.length()<6 || s.length()>20){
            return false;
        }
        //执行到这里，说明不为空且开头不为0，长度在6-20之间
        //接下来要判断都是数字
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            //根据索引i提取当前位置的字符
            char c = s.charAt(i);
            if(c < '0' || c > '9'){
                return false;
            }
        }
        //执行到这里，说明都是数字
        return true;
    }
}

2.2 书写规则

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、字符类(只能匹配单个字符)
        System.out.println("a".matches("[abc]"));  // [abc]只能匹配a、b、c
        System.out.println("e".matches("[abcd]")); // false

        System.out.println("d".matches("[^abc]"));   // [^abc] 不能是abc
        System.out.println("a".matches("[^abc]"));  // false

        System.out.println("b".matches("[a-zA-Z]")); // [a-zA-Z] 只能是a-z A-Z的字符
        System.out.println("2".matches("[a-zA-Z]")); // false

        System.out.println("k".matches("[a-z&&[^bc]]")); // ： a到z，除了b和c
        System.out.println("b".matches("[a-z&&[^bc]]")); // false

        System.out.println("ab".matches("[a-zA-Z0-9]")); // false 注意：以上带 [内容] 的规则都只能用于匹配单个字符

        // 2、预定义字符(只能匹配单个字符)  .  \d  \D   \s  \S  \w  \W
        System.out.println("徐".matches(".")); // .可以匹配任意字符（只能匹配单个）
        System.out.println("徐徐".matches(".")); // false

        //在Java中\是有特殊用途的，例如特殊字符 \n \t，因此希望是\的时候需要用\\
        // \转义
        System.out.println("\"");  //输出"
        // \n \t
        System.out.println("3".matches("\\d"));  // \d: 代表0-9
        System.out.println("a".matches("\\d"));  //false

        System.out.println(" ".matches("\\s"));   // \s: 代表一个空白字符
        System.out.println("a".matches("\\s")); // false

        System.out.println("a".matches("\\S"));  // \S: 代表一个非空白字符
        System.out.println(" ".matches("\\S")); // false

        System.out.println("a".matches("\\w"));  // \w: [a-zA-Z_0-9]
        System.out.println("_".matches("\\w")); // true
        System.out.println("1".matches("\\w")); //true
        System.out.println("徐".matches("\\w")); // false

        System.out.println("徐".matches("\\W"));  // [^\w]不能是a-zA-Z_0-9
        System.out.println("a".matches("\\W"));  // false

        System.out.println("23232".matches("\\d")); // false 注意：以上预定义字符都只能匹配单个字符。

        // 3、数量词： ?   *   +   {n}   {n, }  {n, m}
        System.out.println("a".matches("\\w?"));   // ? 代表0次或1次
        System.out.println("".matches("\\w?"));    // true
        System.out.println("abc".matches("\\w?")); // false

        System.out.println("abc12".matches("\\w*"));   // * 代表0次或多次
        System.out.println("".matches("\\w*"));        // true
        System.out.println("abc12张".matches("\\w*")); // false（\w不能匹配中文）

        System.out.println("abc12".matches("\\w+"));   // + 代表1次或多次
        System.out.println("".matches("\\w+"));       // false（+ 代表1次或多次，不能是0次）
        System.out.println("abc12张".matches("\\w+")); // false（\w不能匹配中文）

        System.out.println("a3c".matches("\\w{3}"));   // {3} 代表要正好是n次
        System.out.println("abcd".matches("\\w{3}"));  // false（大于3次）

        System.out.println("abcd".matches("\\w{3,}"));     // {3,} 代表是>=3次
        System.out.println("ab".matches("\\w{3,}"));     // false（小于3次）
        System.out.println("abcde徐".matches("\\w{3,}"));     // false（\w不能匹配中文）

        System.out.println("abc232d".matches("\\w{3,9}"));     // {3, 9} 代表是  大于等于3次，小于等于9次

        // 4、其他几个常用的符号：(?i)忽略大小写 、 或：| 、  分组：()
        System.out.println("abc".matches("(?i)abc")); // true
        System.out.println("ABC".matches("(?i)abc")); // true
        System.out.println("aBc".matches("a((?i)b)c")); // true
        System.out.println("ABc".matches("a((?i)b)c")); // false

        // 需求1：要求要么是3个小写字母，要么是3个数字。
        System.out.println("abc".matches("[a-z]{3}|\\d{3}")); // true
        System.out.println("ABC".matches("[a-z]{3}|\\d{3}")); // false
        System.out.println("123".matches("[a-z]{3}|\\d{3}")); // true
        System.out.println("A12".matches("[a-z]{3}|\\d{3}")); // false

        // 需求2：必须是”我爱“开头，中间可以是至少一个”编程“，最后至少是1个”666“
        System.out.println("我爱编程编程666666".matches("我爱(编程)+(666)+"));  //true
        System.out.println("我爱编程编程66666".matches("我爱(编程)+(666)+"));  //false
    }
}

2.3 应用案例

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        //checkPhone();
        //checkEmail();
        checkTime();
    }

    private static void checkPhone() {
        while (true) {
            System.out.println("请输入您的电话号码（手机|座机）：");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            String phone = sc.nextLine();  //nextLine()用来接收一行数据
            //校验手机号码的正则表达式
            if(phone.matches("(1[3-9]\\d{9})|(0\\d{2,3}-?[1-9]\\d{6,7})")){
                System.out.println("您输入的电话号码格式正确");
                break;
            }else{
                System.out.println("您输入的电话号码格式不正确");
            }
        }
    }

    private static void checkEmail() {
        while (true) {
            System.out.println("请输入您的邮箱：");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            String phone = sc.nextLine();  //nextLine()用来接收一行数据
            //校验邮箱的正则表达式
            if(phone.matches("\\w{2,}@\\w{2,10}(\\.\\w{2,10}){1,2}")){
                System.out.println("您输入的邮箱格式正确");
                break;
            }else{
                System.out.println("您输入的邮箱格式不正确");
            }
        }
    }

    private static void checkTime() {
        while (true) {
            System.out.println("请输入需要校验的时间（xx:xx:xx）：");
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            String phone = sc.nextLine();  //nextLine()用来接收一行数据
            //校验邮箱的正则表达式
            if(phone.matches("(([0-9])|(1[0-9])|(2[0-3]))\\:[0-5][0-9]\\:[0-5][0-9]")){
                System.out.println("您输入的时间格式正确");
                break;
            }else{
                System.out.println("您输入的时间格式不正确");
            }
        }
    }
}

2.4 用于查找信息

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        //需求：从以下内容中爬取出，手机，邮箱，座机、400电话等信息。
        String data = " 来学习Java，\n" +
                "        电话：1866668888，18699997777\n" +
                "        或者联系邮箱：boniu@qq.com，\n" +
                "        座机电话：01036517895，010-98951256\n" +
                "        邮箱：bozai@wosun.cn，\n" +
                "        邮箱：0_009@163.com，\n" +
                "        热线电话：400-618-9090 ，400-618-4000，4006184000，4006189090";
        //定义爬取规则
        //手机号：1开头，第二位是3-9，剩下9位是0-9
        //座机号：
        // 区号是0开头，可能是3位或4位。
        // -可有可无
        // 座机号是7或8位，不能是0开头
        //邮箱：必须有@，@前要有两个及以上的字符，@后要有至少2个最多10个字符，最后至少接上一组.和两个以上的字符（如123@123.com）
        //热线电话：400开头，后接一组3位数和一组4位数，中间的-可有可无
            //正则表达式中不能随意写空格，会导致结果不对
        String regex = "(1[3-9]\\d{9})|(0\\d{2,3}-?[1-9]\\d{6,7})|(\\w{2,}@\\w{2,10}(\\.\\w{2,10}){1,2})|(400-?\\d{3}-?\\d{4})";

        //把正则表达式封装成一个Pattern对象
        Pattern pattern = Pattern.compile(regex);
        //通过pattern对象去获取查找内容的匹配器对象
        Matcher matcher = pattern.matcher(data);
        //定义一个循环开始爬取信息
        while(matcher.find()){
            String rs = matcher.group();  //获取找到的内容
            System.out.println(rs);
        }
    }
}

2.5 用于搜索替换、分割内容

正则表达式用于搜索替换、分割内容，需要结合String提供的如下方法完成

方法名	说明
public String replaceAll(String regex,String newStr)	按照正则表达式匹配的内容进行替换
public String[] split(String regex);	按照正则表达式匹配的内容进行分割字符串，返回一个字符串数组

public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        //public String replaceAll(String regex,String newStr)	按照正则表达式匹配的内容进行替换
        // 需求：请把 古力娜扎ai8888迪丽热巴999aa5566马尔扎哈fbbfsfs42425卡尔扎巴，中间的非中文字符替换成 “-”
        String s = "古力娜扎ai8888迪丽热巴999aa5566马尔扎哈fbbfsfs42425卡尔扎巴";
        System.out.println(s.replaceAll("\\w+", "-"));

        // 需求：某语音系统，收到一个口吃的人说的“我我我喜欢编编编编编编编编编编编编程程程！”，需要优化成“我喜欢编程！”。
        String s2 = "我我我喜欢编编编编编编编编编编编编程程程！";
        /**
         * (.) ：代表一组  .用来匹配任意字符
         * \\1 ：为这个组声明一个组号：1号    分组引用
         * + ：声明必须是重复的字
         * $1 ：可以去取到第1组代表的那个重复的字
         */
        System.out.println(s2.replaceAll("(.)\\1+", "$1"));  //未接触过的知识

        //public String[] split(String regex);	按照正则表达式匹配的内容进行分割字符串，返回一个字符串数组
        //需求：请把 古力娜扎ai8888迪丽热巴999aa5566马尔扎哈fbbfsfs42425卡尔扎巴，中的人名获取出来。
        String s3 = "古力娜扎ai8888迪丽热巴999aa5566马尔扎哈fbbfsfs42425卡尔扎巴";
        String[] arr = s3.split("\\w+");
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

三. 异常

异常就是代表程序出现的问题

异常的体系

分为 运行时异常 和 编译时异常

代码层面上的异常处理

· 抛出异常（throws）

在方法上使用throws关键字，可以将方法内部出现的异常跑出去给调用者处理

方法 throws 异常1,异常2，异常3…{

……

}

· 捕获异常（try…catch）

直接捕获程序出现的异常

try{

//监视可能出现异常的代码

}catch(异常类型1 变量){

//处理异常

}catch(异常类型2 变量){

//处理异常

}

public class demo {
    public static void main(String[] args) throws ParseException{
        //运行时异常（编译阶段不会出现错误提醒）
        //Integer.valueOf("abc");  //NumberFormatException

//        int[] arr = {1,2,3};
//        System.out.println(arr[3]);  //ArrayIndexOutOfBoundsException

        //编译时异常
        //快捷键 ctrl+Alt+T 可以添加try-catch
//        try {
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
            //parse()把字符串时间解析成日期对象
            Date d = sdf.parse("2020-11-11 10:24");  //ParseException
            System.out.println(d);
//        } catch (ParseException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
    }
}

3.1 自定义异常

Java无法为这个世界上全部的问题都提供异常类来代表，如果企业自己的某种问题，想通过异常来表示，以便用异常来管理该问题，那就需要自己来定义异常类

异常的作用

· 异常时用来查寻系统bug的关键参考信息

· 异常可以作为方法内部的一种特殊返回值，以便通知上层调用者底层的执行情况

//demo
public class demo {
    public static void main(String[] args){
        //需求：保存一个合法的年龄、
        //运行时异常
//        try {
//            //saveAge(23);
//            saveAge(160);
//            System.out.println("底层执行成功");
//        } catch (Exception e) {
//            e.printStackTrace();
//            System.out.println("底层出现了bug");
//        }

        //编译时异常
//        try {
//            saveAge1(256);
//            System.out.println("saveAge1底层执行成功");
//        } catch (AgeIllegalException e) {
//            e.printStackTrace();
//            System.out.println("saveAge1底层出现了bug");
//        }
    }

    public static void saveAge1(int age) throws AgeIllegalException{
        if(age>0 && age<150){
            System.out.println("您输入的年龄"+age+"被成功保存");
        }else{
            //用一个异常对象来封装这个问题
            //throw 抛出去这个异常对象
            //throws 用在方法上，抛出方法内部的异常（因为这里是编译时异常，如果方法上不加throws AgeIllegalException底下的一行会标红）
            throw new AgeIllegalException("/age is illegal, your age is " + age);
        }
    }

    public static void saveAge(int age){
        if(age>0 && age<150){
            System.out.println("您输入的年龄"+age+"被成功保存");
        }else{
            //用一个异常对象来封装这个问题
            //throw 抛出去这个异常对象
            throw new AgeIllegalRuntimeException("/age is illegal, your age is " + age);
        }
    }
}


//AgeIllegalException 
//要继承Exception，才能成为一个编译时异常类
public class AgeIllegalException extends Exception {
    //重写构造器
    public AgeIllegalException() {
    }

    public AgeIllegalException(String message) {
        super(message);
    }
}

//AgeIllegalRuntimeException
//要继承RuntimeException，才能成为一个运行时异常类
public class AgeIllegalRuntimeException extends RuntimeException {
    //重写构造器
    public AgeIllegalRuntimeException() {
    }

    public AgeIllegalRuntimeException(String message) {
        super(message);
    }
}

3.2 异常的处理

开发中对于异常的常见处理方式一：捕获异常，记录异常并相应合适的信息给用户

//demo
public class demo {
    public static void main(String[] args){
        try {
            test1();
        } catch (ParseException e) {
            System.out.println("您要解析的时间有问题");
            e.printStackTrace(); //打印出异常对象的信息
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("您要找的文件不存在");
            e.printStackTrace(); //打印出异常对象的信息
        }
    }

    public static void test1() throws ParseException, FileNotFoundException {
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        //Date d = sdf.parse("2020-11-11 13:14");
        Date d = sdf.parse("2020-11-11 13:14:15");
        System.out.println(d);
        test2();
    }

    public static void test2() throws FileNotFoundException {
        //读取文件
        InputStream is = new FileInputStream("D:/1.jpg");
    }
}

//demo1 对demo中的代码进行一些改进
//因为自己写的时候往往不知道抛出异常的名字，因此可以统一抛出Exception
public class demo1 {
    public static void main(String[] args){
        try {
            test1();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("您当前的操作有问题");
            e.printStackTrace(); //打印出异常对象的信息
        }
    }

    public static void test1() throws Exception {
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        //Date d = sdf.parse("2020-11-11 13:14");
        Date d = sdf.parse("2020-11-11 13:14:15");
        System.out.println(d);
        test2();
    }

    public static void test2() throws Exception {
        //读取文件
        InputStream is = new FileInputStream("D:/1.jpg");
    }
}

开发中对于异常的常见处理方式二：捕获异常，尝试重新修复

//目标：掌握异常的处理方式，捕获异常，尝试修复
public class demo {
    public static void main(String[] args){
        //需求：调用一个方法，让用户输入一个合适的价格返回为止
        //尝试修复
        while (true) {
            try {
                System.out.println(getMoney());
                break;
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("请您输入合法的数字！！！");
            }
        }
    }

    public static double getMoney(){
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.println("请您输入一个合适的价格：");
            //这里可能会出现异常，因为用户输入的可能不是数字
            double money = sc.nextDouble();
            if(money<=0){
                System.out.println("您输入的价格有问题，请重新输入");
            }else{
                return money;
            }
        }
    }
}