D1-数据结构基础、稀疏数组和队列[Java数据结构和算法]

1. 数据结构

　　1.1 线性结构

　　（1）最常用的数据结构，特点是数据元素之间存在一对一的线性关系

　　（2）有两种不同的存储结构，即顺序存储结构和链式存储结构

　　　　-顺序存储的线性表称为顺序表，顺序表中的存储元素是连续的

　　　　-链式存储的线性表称为链表，链表中的存储元素不一定是连续的，元素节点中存放数据元素以及相邻元素的地址信息

　　（3）常见的有：数组、队列、链表和栈

　　1.2 非线性结构

　　包括：二维数组，多维数组，广义表，树结构，图结构　

2.稀疏数组和队列

　　2.1 稀疏sparsearray数组

　　（1）实际需求：编写五子棋程序，有存盘退出和续上盘的功能

　　　　-问题分析：因为该二维数组的很多值是默认值0，因此记录了很多没有意义的数据—>稀疏数组

　　（2）基本介绍

　　-当一个数组中的大部分元素为0，或者为同一个值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组。

　　-稀疏数组的处理方法：

　　　　–记录数组一共有几行几列，有多少个不同的值

　　　　–把具有不同值的行列及值记录在一个小规模的数组中，从而缩小程序的规模

　　2.2 应用实例分析

　　（1）二维数组转稀疏数组的思路

　　　　-遍历原始二维数组，得到有效数据的个数sum

　　　　-根据sum创建稀疏数组sparseArr int[sum+1][3]

　　　　-将二维数组的有效数据存入到稀疏数组

　　（2）稀疏数组转原始的二维数组的思路

　　　　-读取稀疏数组第一行，根据第一行数据创建原始二维数组，如chessArr=int[11][11]

　　　　-读取稀疏数组后几行的数组，赋值给原始的二维数组

　　（3）代码实现

public static void main(String[] args)throws Exception {
        // TODO Auto-generated method stub
        //创建一个原始的二维数组11*11
        //0:表示没有棋子，1表示黑子，2表示蓝子
        int chessArr1[][]=new int[11][11];
        chessArr1[1][2]=1;
        chessArr1[2][4]=2;
        //输出原始的二维数组
        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();
        }
        
        //将二维数组转稀疏数组的思想
        //1.先遍历二维数组得到非0数据的个数
        int sum=0;
        for(int i=0;i<11;i++){
            for(int j=0;j<11;j++){
                if(chessArr1[i][j]!=0){
                    sum++;
                }
            }
        }
        System.out.println(sum);
        
        //2.创建对应的稀疏数组
        int sparseArr[][]=new int[sum+1][3];
        //给稀疏数组赋值
        sparseArr[0][0]=11;
        sparseArr[0][1]=11;
        sparseArr[0][2]=sum;
        
        //创建map.data文件
        File map1=new File("map.data");
        FileWriter fw=new FileWriter(map1);
        fw.write(11+"\t");    
        fw.write(11+"\t");
        fw.write(sum+"\t");
        //遍历二维数组，存放到稀疏数组中
        int count=0;//count 用于记录是第几个非0书
        for(int i=0;i<11;i++){
            for(int j=0;j<11;j++){
                if(chessArr1[i][j]!=0){
                    count++;
                    sparseArr[count][0]=i;
                    sparseArr[count][1]=j;
                    sparseArr[count][2]=chessArr1[i][j];
                    //将稀疏数组存入map.data
                    fw.write(i+"\t");    
                    fw.write(j+"\t");
                    fw.write(chessArr1[i][j]+"\t");
                }    
            }fw.write("\r\n");
        }
        fw.close();
        
        //文件读取
        BufferedReader br=new BufferedReader(new FileReader(map1));
        String line;
        int row1=0;
        //逐行读取，将每个数组放入数组中去
        while((line=br.readLine())!=null){
            String[] temp=line.split("\t");
            for(int j=0;j<temp.length-1;j++){
                sparseArr[row1][j]=Integer.parseInt(temp[j]);    
            }
            row1++;
        }
        br.close();
        //输出稀疏数组的形式
        System.out.println();
        System.out.println("输出稀疏数组的形式为");
        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]);
        }
        
        
        
        
        //将稀疏数组恢复成 原始二维数组
        //1.先读取稀疏数组的第一行，根据第一行的数据，创建原始的二维数组
        int chessArr2[][]=new int[sparseArr[0][0]][sparseArr[0][1]];
        
        
        //2.在读取稀疏数组后几行的数据，并赋值给原始的二维数组即可
        for(int i=1;i<=sparseArr[0][2];i++){
                chessArr2[sparseArr[i][0]][sparseArr[i][1]]=sparseArr[i][2];
        }
        //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[] row:chessArr2){
            for(int data:row)
                {
                System.out.printf("%d\t",data);
                }
            System.out.println();
        }
    }

　　2.3 队列

　　（1）队列介绍

　　　　-队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现

　　　　-遵循先入先出的原则

　　　　-示意图

　　（2）数组模拟队列

　　　　-队列本身是有序列表，若使用数据的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明如上图，其中maxSize为该队列最大容量

　　　　-因为队列的输出输入是分别从前后端处理，因此需要两个变量front及rear分别记录前后端的下标，front会随着数据输出改变，rear会随着数据输入改变

　　　　-数据存入队列addQueue

　　　　　　–将尾指针往后移：rear+1，当front==rear[空]

　　　　　　–若尾指针rear小于队列的最大下标maxSize-1，则将数据存入rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。rear==maxSize-1[队列满]

public class ArrayQueueDemo {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        //创建一个队列
        ArrayQueue arrayQueue=new ArrayQueue(3);
        char key=' ';//接收用户输入
        Scanner sc=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=sc.next().charAt(0);//接受一个字符
            switch(key){
            case's':
                arrayQueue.showQueue();
                break;
            case 'a':
                System.out.println("输入一个数:");
                int value=sc.nextInt();
                arrayQueue.addQueue(value);
                break;
            case 'g':
                try{
                    int res=arrayQueue.getQueue();
                    System.out.printf("取出的数组是%d\n",res);
                }catch(Exception e){
                    System.out.println(e.getMessage());
                }
                break;
            case 'h':
                try{
                    int res=arrayQueue.headQueue();
                    System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
                }catch(Exception e){
                    System.out.println(e.getMessage());
                }
                break;
            case 'e':
                sc.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;//该数组用于存放数组
    
    //创建队列构造器
    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（即就是队列的最后一个数据）
    }
    
    //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 front==rear;
    }
    
    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        if(isFull()){
            System.out.println("队列满，不能加入数据");
            return;
        }
        rear++;//让rear后移
        arr[rear]=n;
    }
    
    //获取队列的数据，出队列
    public int getQueue(){
        if(isEmpty()){
            //通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        front++;//front后移
        return arr[front];
    }
    
    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        //遍历
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列空的，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，不能取数据");
        }
        return arr[front+1];
        
    }
}

　　　　–问题：目前数组使用一次就不能使用，没有达到复用的效果

　　　　　　　　将这个数组改成环形队列，取模：%

　　-数组模拟环形队列

　　　　–调整front变量的含义：front指向队列的第一个元素，arr[front]就是队列的第一元素

　　　　–front的初始值=0

　　　　–调整rear变量的含义：rear指向队列的最后一个元素的后一个位置，希望空出一个空间作为约定

　　　　–rear的初始值=0

　　　　–队列满，条件是（rear+1）%maxSize==front

　　　　–队列空，条件是rear==front

　　　　–队列中有效的数据个数为（rear+maxSize-front）%maxSize

public class CircleArrayQueueDemo {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        // TODO Auto-generated method stub
        //创建一个队列
        CircleArray arrayQueue=new CircleArray(4);//说明设置4，其队列的有效数据最大是3
        char key=' ';//接收用户输入
        Scanner sc=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=sc.next().charAt(0);//接受一个字符
            switch(key){
            case's':
                arrayQueue.showQueue();
                break;
            case 'a':
                System.out.println("输入一个数:");
                int value=sc.nextInt();
                arrayQueue.addQueue(value);
                break;
            case 'g':
                try{
                    int res=arrayQueue.getQueue();
                    System.out.printf("取出的数组是%d\n",res);
                }catch(Exception e){
                    System.out.println(e.getMessage());
                }
                break;
            case 'h':
                try{
                    int res=arrayQueue.headQueue();
                    System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
                }catch(Exception e){
                    System.out.println(e.getMessage());
                }
                break;
            case 'e':
                sc.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
    //调整front变量的含义：front指向队列的第一个元素，arr[front]就是队列的第一元素,front的初始值=0
    private int front;//队列头
    //调整rear变量的含义：rear指向队列的最后一个元素的后一个位置，希望空出一个空间作为约定,rear的初始值=0
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//该数组用于存放数组
    
    //创建队列构造器
    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 front==rear;
    }
    
    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        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;
    }
    
    //获取队列的数据，出队列
    public int getQueue(){
        if(isEmpty()){
            //通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        //需要分析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
        //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("队列空的，没有数据");
            return;
        }
        //从front开始遍历,遍历多少个元素
        //
        for(int i=front;i<front+size();i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize ]); 
        }
    }
    //求出当前队列有效的个数
    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，不能取数据");
        }
        return arr[front ];
        
    }
    
}

转载于:https://www.cnblogs.com/ERFishing/p/10957437.html

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_30342827/article/details/97853984

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