Java语言程序设计——篇五（1）

news2024/12/24 20:43:21

数组

  • 概述
    • 数组定义
    • 实例展示
    • 实战演练
  • 二维数组定义
  • 数组元素的使用
  • 数组初始化器
    • 实战演练：矩阵计算
  • 💫不规则二维数组
    • 实战演练：杨辉三角形

概述

⚡️数组是相同数据类型的元素集合。各元素是有先后顺序的，它们在内存中按照这个先后顺序连续存放在一起
⚡️Java中，数组元素可以为基本数据类型，也可以为引用数据类型(对象)。
⚡️数组可分为一维数组和多维数组。

数组定义

使用数组一般需要三个步骤：
1）声明数组：声明数组名称和元素的数据类型。
2）创建数组：为数组元素分配存储空间。
3）使用数组：对数组元素操作。
1、声明数组（一维数组）
使用数组之前需要声明数组，声明数组就是告诉编译器数组类型和数组名：
在这里插入图片描述
【注】声明数组仅仅是声名一个数组对象的引用，声明数组时不为数组元素分配内存，因此， [ ]中不需给出元素的个数

例: double  []marks;
    String  []words;

2、创建数组
创建数组是为数组的每个元素分配存储空间，使用new语句，格式如下：
数组名 = new 数据类型 [个数]; //动态分配内存给数组

例: marks = new double[5];
    words = new String[3];

数组声明和创建可以写在一个语句中：
数据类型 [ ]数组名 = new 数据类型 [个数];

例: double  []marks= new double[5];
    String  []words = new String[3];

当数组被成功创建后，数组中元素会被自动赋予一个默认值， 根据元素类型的不同，默认初始化的值也是不一样的。
在这里插入图片描述

double []marks;
marks = new double[5];
 marks[0] = 79;
 marks[1] = 84.5;
 marks[2] = 63;
 marks[3] = 90;
 marks[4] = 98;

在这里插入图片描述
3、访问数组元素
定义了一个数组，并用运算符new为它分配了内存空间后，就可以引用数组中的每一个元素了。
数组元素的使用方式是：
   arrayName [index]
   数组名     下标⚠️（下标从0到arrayName.length-1）
数组作为对象提供了一个length成员变量，它表示数组元素个数，访问该成员变量的方法为：
        arrayName.length

实例展示

package shujia_test1;

public class Csdn5_1 {

	public static void main(String[] args) {
		double[] marks = new double[5];
		marks[0] = 79;
		marks[1] = 84.5;
		marks[2] = 63;
		marks[3] = 90;
		marks[4] = 98;
		System.out.println(marks[2]);
		System.out.println(marks.length);
		// 输出每个元素值
		for (int i = 0; i < marks.length; i++) {
			System.out.print(marks[i] + "  ");
		}
	}

}

运行结果：
在这里插入图片描述
注：Java运行时系统要对数组元素的范围进行越界检查
4、数组初始化器
在声明数组的同时利用初始化器对数组元素初始化，它是在一对大括号中给出数组的每个元素值。

double[] marks = new double[]{79, 84.5, 63,90, 98};
String[] words = new String[]{"Java", " is", "cool" };

简单形式：数据类型 []数组名={初值0，初值1，…，初值n}；

    double[] marks = {79, 84.5, 63, 90, 98};
    String[] words = {"Java", "is", "cool"};

重点注意： 这种方法创建数组不能指定大小，系统根据元素个数确定大小
int [5]arr = {2,4,6,8,4};在这里插入图片描述

//非法，系统自动统计数据个数，不可指定长度。
🚩在Java中，创建数组时通常需要指定数组的大小（即数组中元素的数量）。这是因为Java中的数组是静态的，一旦创建，其大小就不能改变。这意味着你必须在声明数组时就指定其能够存储的元素数量。

实战演练

编写程序，要求用户从键盘输入5个整数，并存放到一个数组中，然后计算所有元素的和、最大值、最小值、平均值。

package shujia_test1;

import java.util.Scanner;

public class Csdn5_2 {

	public static void main(String[] args) {
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);

		// 创建一个数组来存储输入的整数
		int[] numbers = new int[5];

		// 提示用户输入5个整数，并将它们存储在数组中
		System.out.println("请输入5个整数：");
		for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
			numbers[i] = scanner.nextInt();
		}

		// 初始化和变量来存储总和、最大值、最小值
		int sum = 0;
		int max = numbers[0];
		int min = numbers[0];

		// 遍历数组，计算总和、最大值、最小值
		for (int number : numbers) {
			sum += number;
			if (number > max) {
				max = number;
			}
			if (number < min) {
				min = number;
			}
		}

		// 计算平均值
		double average = (double) sum / numbers.length;

		// 输出结果
		System.out.println("总和为：" + sum);
		System.out.println("最大值为：" + max);
		System.out.println("最小值为：" + min);
		System.out.printf("平均值为：%.2f%n", average);

		// 关闭scanner
		scanner.close();
	}

}

运行结果：
在这里插入图片描述

二维数组定义

1、二维数组声明

elementType[][] arrayName;
数据类型 [][]  数组名;

或：

elementType arrayName[][];
elementType[] arrayName[];

2、二维数组创建

arrayName = new elementType[row][col];
arrayName = new elementType[row][]; //适用不规则二维数组

例：int [][]matrix = new int[2][3];

二维数组创建后，每个元素被指定为默认值0
在这里插入图片描述

数组元素的使用

访问二维数组元素，形式如下：
arrayName[index1][index2]
数组名 第1维下标 第2维下标
用matrix.length得到matrix数组的大小
用matrix[0].length得到matrix[0]数组的大小

package shujia_test1;

public class Csdn5_3 {
	public static void main(String[] args) {
		int array[][] = new int[2][3];
		System.out.println(array.length);
		System.out.println(array[0].length);
	}
}

结果：
在这里插入图片描述

例：
int [][]matrix = new int[2][3];
matrix[0][0] = 80;
matrix[0][1] = 75;
matrix[0][2] = 78;
matrix[1][0] = 67;
matrix[1][1] = 87;
matrix[1][2] = 98;
System.out.println(matrix[1][2]);  
// 98
for ( int i=0; i < matrix.length; i++ ){
     for ( int j=0; j < matrix[0].length; j++ ){
     System.out.print(matrix[i][j] +" ");
    }
    System.out.println();
    //换行
}
结果：80  75  78 
     67  87  98

访问二维数组时，下标也不能超出范围，否则抛出异常。

数组初始化器

初始化器在声明数组的同时为数组元素初始化
   int[][] matrix = {{15,56,20,-2},
            {10,80,-9,31},
            {76,-3,99,21}};
这种方法创建二维数组不能指定大小,系统根据元素个数确定大小
int[3][4] 在这里插入图片描述
matrix = {{15,56,20,-2}, {10,80,-9,31}, {76,-3,99,21}};
matrix.length值为3，
matrix[1].length值为4

实战演练：矩阵计算

编写程序，计算A+B、A-B和矩阵A的转置(矩阵的行和列互换)。
在这里插入图片描述

package shujia_test1;

public class Csdn5_4 {

	public static void main(String[] args) {
		// 定义矩阵A和B
		int[][] A = { { 1, 3, 5 }, { -3, 6, 0 }, { 13, -5, 7 }, { -2, 19, 25 } };

		int[][] B = { { 0, -1, -2 }, { 7, -1, 6 }, { -6, 13, 2 }, { 12, -8, -13} };

		// 计算A+B
		int[][] APlusB = addMatrices(A, B);
		printMatrix("A + B =", APlusB);

		// 计算A-B
		int[][] AMinusB = subtractMatrices(A, B);
		printMatrix("A - B =", AMinusB);

		// 计算A的转置
		int[][] transposeA = transposeMatrix(A);
		printMatrix("Transpose of A =", transposeA);
	}

	// 计算两个矩阵的和
	public static int[][] addMatrices(int[][] A, int[][] B) {
		int rowsA = A.length;
		int colsA = A[0].length;
		int rowsB = B.length;
		int colsB = B[0].length;

		int rows = Math.min(rowsA, rowsB);
		int cols = Math.min(colsA, colsB);

		int[][] result = new int[rows][cols];

		for (int i = 0; i < rows; i++) {
			for (int j = 0; j < cols; j++) {
				result[i][j] = A[i][j] + B[i][j];
			}
		}

		return result;
	}

	// 计算两个矩阵的差
	public static int[][] subtractMatrices(int[][] A, int[][] B) {
		int rows = Math.min(A.length, B.length);
		int cols = Math.min(A[0].length, B[0].length);

		int[][] result = new int[rows][cols];

		for (int i = 0; i < rows; i++) {
			for (int j = 0; j < cols; j++) {
				result[i][j] = A[i][j] - B[i][j];
			}
		}

		return result;
	}

	// 计算矩阵的转置
	public static int[][] transposeMatrix(int[][] A) {
		int rows = A.length;
		int cols = A[0].length;

		int[][] result = new int[cols][rows];

		for (int i = 0; i < rows; i++) {
			for (int j = 0; j < cols; j++) {
				result[j][i] = A[i][j];
			}
		}

		return result;
	}

	// 打印矩阵
	public static void printMatrix(String title, int[][] matrix) {
		System.out.println(title);
		for (int[] row : matrix) {
			for (int num : row) {
				System.out.print(num + " ");
			}
			System.out.println();
		}
	}
}

运行结果：
在这里插入图片描述

💫不规则二维数组

C语言中定义的数组必须是一个m*n的矩阵，而Java语言的二维数组不一定是规则的矩形。
在这里插入图片描述
对二维数组声明时可以只指定第一维的大小，第二维的每个元素可以指定不同的大小。

例: 
String [][]cities = new String[2][]; 
cities[0] = new String[3];
cities[1] = new String[2];
cities[0][0] = new String("北京");
cities[0][1] = new String("上海");
cities[0][2] = new String("广州");  
cities[1][0] = new String("伦敦");
cities[1][1] = new String("纽约");

在这里插入图片描述

实战演练：杨辉三角形

例: 编写程序输出杨辉三角形的前10行。

package shujia_test1;

public class Csdn5_5 {
	public static void main(String[] args) {

		int i, j;
		int level = 10;
		int triangle[][] = new int[level][];
		for (i = 0; i < triangle.length; i++)
			triangle[i] = new int[i + 1];
		// 为triangle数组的每个元素赋值
		triangle[0][0] = 1;
		for (i = 1; i < triangle.length; i++) {
			triangle[i][0] = 1;
			for (j = 1; j < triangle[i].length - 1; j++)
				triangle[i][j] = triangle[i - 1][j - 1] + triangle[i - 1][j];
			triangle[i][triangle[i].length - 1] = 1;
		}
		// 打印输出triangle数组的每个元素
		for (i = 0; i < triangle.length; i++) {
			for (j = 0; j < triangle[i].length; j++)
				System.out.print(triangle[i][j] + " ");
			System.out.println(); // 换行
		}
	}

}

运行结果：
在这里插入图片描述
讲解：二维数组可以被看作是一个数组的数组，也就是说，它是一个数组的集合，其中每个元素本身又是一个数组。这些内部数组通常具有相同的长度（尽管在Java中这不是强制性的，但在处理像杨辉三角形这样的结构时，我们通常会保持每行长度递增的模式），但它们各自独立，分别代表二维数组中的一行。从逻辑上讲，你可以将二维数组视为由多个一维数组（行）组成的集合，每个一维数组都包含了一定数量的元素（列）。这种理解方式有助于我们编写代码来遍历和操作二维数组中的元素。在遍历二维数组时，我们通常首先遍历外层数组（即行），然后对于每一行，我们再遍历该行的内部数组（即列）。这就是在上面的杨辉三角形示例中所做的。
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