007 稀疏数组的应用场景

基本介绍：
当一个数组中大部分元素为0，或者为同一个数值的数组时，可以稀疏数组来保存该数组

稀疏数组的处理方法是：

记录数组一共有几行几列，有多少个不同的值
把具有不同值的元素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

008 稀疏数组转换的思路分析

应用实例

使用稀疏数组，来保留类似前面的二维数组（棋盘、地图等等）
把稀疏数组存盘，并且可以重新恢复原来的二维数组数
整体思路分析

二维数据转稀疏数组的思路

遍历原始的二维数组，得到有效数据的个数 sum
根据 sum 就可以创建稀疏数组 sparseArr in[sum + 2] [3]
将二维数组的有效数据存入到稀疏数组中
稀疏数组转原始二维数组

读取稀疏数组的第一行，根据第一行，创建原始的二维数组，比如上面的 chessArr2 = ing[11][11]
在读取稀疏数组后几行的数据，并赋给原始的二维数组

009 稀疏数组的代码实现

package com.old.sparseArray;public class SparseArray {public static void main(String[] args) {//创建一个原始的二维数组 11 * 11//0:表示没有苊，1表示白子 2 表示黑子int chessArr1[][] = new int[11][11];chessArr1[1][2] = 1;chessArr1[2][3] = 2;chessArr1[4][5] = 1;//输出原始的二维数据for (int[] row : chessArr1) {for (int data : row) {System.out.printf("%d\t", data);}System.out.println();}//二维数组转稀疏数组//1.遍历二维数组得到非0数据的个数int sum = 0;for (int i = 0; i < chessArr1.length; i++) {int[] ints = chessArr1[i];for (int j = 0; j < ints.length; j++) {if (ints[j] != 0) {sum++;}}}System.out.println("总数：" + sum);//2.创建对应的稀疏数组 sum + 1是因为数组是从0开始，所有需要加1int sparseArr[][] = new int[sum + 1][3];/*** 给稀疏数组赋值 这里为什么这样还未明白* 这里是为了记录原始数组的行和列的长度，而最后一个值是用于保存* 原始数组的有效值个数*/sparseArr[0][0] = 11;sparseArr[0][1] = 11;sparseArr[0][2] = sum;//遍历二维数组，将非0的值存放到稀疏数组中int count = 0;//用于记录是第几个非0数据for (int i = 0; i < chessArr1.length; i++) {int[] ints = chessArr1[i];for (int j = 0; j < ints.length; j++) {if (ints[j] != 0) {count++;sparseArr[count][0] = i;//记录原始数组的行sparseArr[count][1] = j;//记录原始数组的列sparseArr[count][2] = chessArr1[i][j];//记录原始数组对应位置的值}}}//输出稀疏数组的形式System.out.println();System.out.println("得到的稀疏数组为：");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的二维数组//1.读取稀疏数组的第一行，int cheessArr2[][] = new int[sparseArr[0][0]][sparseArr[0][1]];//输出恢复后的二维数组System.out.println();//从稀疏数组的第二行开始for (int i = 1; i < sparseArr.length; i++) {int[] ints = sparseArr[i];for (int j = 0; j < ints.length; j++) {cheessArr2[ints[0]][ints[1]] = sparseArr[i][2];}}System.out.println("恢复后的原始数组");for (int[] row : cheessArr2) {for (int data : row) {System.out.printf("%d\t", data);}System.out.println();}}
}

010 队列的应用场景

队列介绍

队列是一个有序列表，可以用数组或是链表实现
遵循先入先出的原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出

010 数组模拟队列的思路分析

数组模拟队列

队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明如下图，其中 maxSize 是该队列的最大容量
因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理，因此需要两个变量 front 及 rear 分别记录队列前后端的下标，front 会随着数据输出而改变，而 rear 则是随着数据输入而改变

011 数组模拟队列

将数据存入队列时称为 “addQueue” ，addQueue 的处理需要有两个步骤：
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】

012 数组模拟队列代码实现

package com.old.queue;import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;public class ArrayQueueDemo {public static void main(String[] args) {/**队列是一种特殊的线性表，它只允许在表的前端进行删除操作，而在表的后端进行插入操作。一开始创建的头和尾的指针都是-1，当添加数据时，队列尾加1当输出数据时，队列头加1两个属性，front 和 rear 一个代表存到了哪，一个代表取到了哪，如果存和取是等于，代表队列中没有数据,如果 头 大于等于 队列的最大容量，就表示队列已经满了。数组是有顺序的，存入的第一个就在数组的 0 下标的位置，存入的第二个就在数组的 1 下标的位置，而加入数据一直对 队列尾属性+1，这样这个属性也代表着数组当前存入的数据的位置。取出数据则是对，队列头属性+1，这个属性就代表着当前数组取出数据的位置。因为队列只能一边存，一边取，所以存是从队列尾中加入，所以存入就队列尾加1，取出就是队列头加1*/ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);Scanner scanner = new Scanner(System.in);boolean loop = true;while (loop) {System.out.println("1.显示队列");System.out.println("2.退出程序");System.out.println("3.添加数据到队列");System.out.println("4.从队列取出数据");System.out.println("5.查看头数据");String s = scanner.nextLine();try {switch (s) {case "1":arrayQueue.showQueue();break;case "2":scanner.close();System.out.println("扫描器已关闭");loop = false;break;case "3":System.out.println("请输入数字：");String value = scanner.nextLine();arrayQueue.addQueue(Integer.valueOf(value));break;case "4":System.out.println("取出：" + arrayQueue.getQueue());break;case "5":System.out.println("取出：" + arrayQueue.headQueue());break;}} catch (Exception e) {System.out.println(e.getCause());}System.out.println();System.out.println("队列头,fron：" + arrayQueue.getFront());System.out.println("队列尾,rear：" + arrayQueue.getRear());System.out.println();}}
}//使用数组模拟队列
class ArrayQueue {private int maxSize;//数组最大容量/*** 队列头*/private int front;/*** 队列尾*/private int rear;private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列//创建队列的构造器public ArrayQueue(int arrMaxSize) {this.maxSize = arrMaxSize;arr = new int[maxSize];front = -1;//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（即就是队列最后一个数据）}//判断队列是否满public boolean isFull() {//如果头一个等于最大容量return rear == maxSize - 1;}//判断队列是否为空public boolean isEmpty() {return rear == front;}//添加数据到队列public void addQueue(int n) {//判断是否满，if (isFull()) {System.out.println("队列满，不能加入数据");return;}rear++;//让 rear 后移arr[rear] = n;}//获取队列数据 出队列public int getQueue() {//判断队列是否为空if (isEmpty()) {throw new RuntimeException("队列中没有数据");}front++;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，不是取出数据public int headQueue() {if (isEmpty()) {throw new RuntimeException("队列中没有数据");}return arr[front + 1];}public int getFront() {return front;}public int getRear() {return rear;}
}

问题分析并优化

目前数组使用一次就不能用，没有达到利用的效果
将这个数组使用算法，改进成一个环形的数组取模：%

014 数组模拟环形队列的思路分析

对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组，因此将数组看做是一个环形的。（通过取模的方式来实现）
分析说明：

尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定，这个在做判断队列满的时候需要注意（rear + 1 ) % maxSize == fron 满
rear == front 空

015 数组模拟环形队列实现

将数组看做是一个环形。（通过取模的方式来实现）
分析说明：

尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定，这个在做判断队列满的时候需要注意 (rear + 1) % maxSize == front 即满
rear == front 空

package com.old.queue;import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;/*** 环形数组队列*/
public class CircleArrayQueue {public static void main(String[] args) {CircleArray queue = new CircleArray(3);Scanner scanner = new Scanner(System.in);boolean loop = true;while (loop) {System.out.println("1.显示队列");System.out.println("2.退出程序");System.out.println("3.添加数据到队列");System.out.println("4.从队列取出数据");System.out.println("5.查看头数据");String s = scanner.nextLine();try {switch (s) {case "1":queue.showQueue();break;case "2":scanner.close();System.out.println("扫描器已关闭");loop = false;break;case "3":System.out.println("请输入数字：");String value = scanner.nextLine();queue.addQueue(Integer.valueOf(value));break;case "4":System.out.println("取出：" + queue.getQueue());break;case "5":System.out.println("取出：" + queue.headQueue());break;}} catch (Exception e) {System.out.println(e.getCause());}System.out.println();System.out.println("队列头,fron：" + queue.getFront());System.out.println("队列尾,rear：" + queue.getRear());System.out.println();}}
}//使用数组模拟队列
class CircleArray {private int maxSize;//数组最大容量/*** 队列头* front 变量的含义做一个调整：front 就指向队列的第一个元素，也就是说* arr[front] front 的初始值 = 0*/private int front;/*** 队列尾* front 变量的含义做一个调整： rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置，* 因为希望突出一个* rear 的初始值 = 0*/private int rear;private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列//创建队列的构造器public CircleArray(int arrMaxSize) {this.maxSize = arrMaxSize;arr = new int[maxSize];front = 0;//队列头部，分析出，front 是指向队列头的前一个位置rear = 0;//指向队列尾，指向队列尾的数据（即就是队列最后一个数据）}//判断队列是否满public boolean isFull() {//如果头一个等于最大容量return (rear + 1) % maxSize == front;}//判断队列是否为空public boolean isEmpty() {return rear == front;}//添加数据到队列public void addQueue(int n) {//判断是否满，if (isFull()) {System.out.println("队列满，不能加入数据");return;}//因为 rear 本身就指向下一个元素，所以直接将数据加入arr[rear] = n;rear = (rear + 1) % maxSize;}//获取队列数据 出队列public int getQueue() {//判断队列是否为空if (isEmpty()) {throw new RuntimeException("队列中没有数据");}/*** front 本身就指向了队列的第一个元素* 1. 先把 front 对应的值保留到一个临时变量* 2. 将 front 后移，考虑取模. front++; 不能直接++* 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++) {int index = i % maxSize;System.out.printf("arr[%d]=%d\n", index, arr[index]);}}//求出当前队列有效数据的个数public int size() {return (rear + maxSize - front) % maxSize;}//显示队列的头数据，不是取出数据public int headQueue() {if (isEmpty()) {throw new RuntimeException("队列中没有数据");}return arr[front];}public int getFront() {return front;}public int getRear() {return rear;}
}

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