稀疏数组

1、基本介绍

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

2、处理方式

• 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数组中，从而缩小程序的规模
  

3、思路分析

3.1 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 int sparseArray[][] = new int[sum + 1][3];(稀疏数组固定是3列)
• 将二维数组中的有效数据存放到稀疏数组中

3.2 稀疏数组转原始二维数组思路

• 读取稀疏数组第一行数据，根据第一行数据创建原始数组，如：int chessArr[][] = new int[11][11];
• 再读取稀疏数组后几行的数据，赋值给原始二维数组即可

4、代码实现

public class SparseArray {public static void main(String[] args) {//创建一个原始的二维数组 11*11//0 表示没有棋子 1 表示黑子 2表示蓝子int chessArr[][] = new int[11][11];chessArr[1][2] = 1;chessArr[2][3] = 2;System.out.println("====原始的二维数组====");printArray(chessArr);//将二维数组 转 稀疏数组//1、先遍历二维数组，得到非零数据的个数int sum = 0;for (int i = 0; i < chessArr.length; i++) {for (int j = 0; j < chessArr.length; j++) {if (chessArr[i][j] != 0) {sum++;}}}System.out.println("sum = " + sum);//2、创建对应的稀疏数组 (3列是固定的)int sparseArray[][] = new int[sum + 1][3];//给稀疏数组赋值sparseArray[0][0] = 11;sparseArray[0][1] = 11;sparseArray[0][2] = sum;//3、遍历数组，将非0的值放在sparseArray中int count = 0;//用于记录是第几个非0数据for (int i = 0; i < chessArr.length; i++) {for (int j = 0; j < chessArr.length; j++) {if (chessArr[i][j] != 0) {count++;sparseArray[count][0] = i;sparseArray[count][1] = j;sparseArray[count][2] = chessArr[i][j];}}}System.out.println("====得到的稀疏数组====");for (int i = 0; i < sparseArray.length; i++) {System.out.printf("%d\t%d\t%d\t\n", sparseArray[i][0],sparseArray[i][1],sparseArray[i][2]);}System.out.println();//将稀疏数组 转 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[sparseArray[0][0]][sparseArray[0][1]];// 2.读取稀疏数组的后几行数据（从第二行开始），并复制给原始的二维数组即可for (int i = 1; i < sparseArray.length; i++) {chessArr2[sparseArray[i][0]][sparseArray[i][1]] = sparseArray[i][2];}// 3.输出恢复后的二维数组System.out.println("====恢复后的二维数组====");printArray(chessArr2);}public static void  printArray(int[][] array) {for (int[] row : array) {for (int data : row) {System.out.printf("%d\t",data);}System.out.println();}}
}

输出结果如下：

原始的二维数组
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
sum = 2
得到的稀疏数组
11 11 2
1 2 1
2 3 2

恢复后的二维数组
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

练习

1. 在代码实现的的基础上，将稀疏数组保存到磁盘上，比如map.data
2. 恢复原来的数组，读取map.data进行恢复

/*** 存储稀疏数组，相邻数据使用\t划分* @param path 文件的存放路径* @param sparseArr 稀疏数组对象*/public static void save(String path,int[][] sparseArr) {FileWriter fileWriter = null;try {fileWriter = new FileWriter(path);for (int[] row : sparseArr) {fileWriter.write(row[0]+"\t" + row[1] + "\t" + row[2]);fileWriter.write("\r\n");}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}finally {try {fileWriter.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}/*** 读取二维稀疏数组，相邻数据使用\t划分* @param path 文件的存放路径* @return 二维的稀疏数组*/public static void read(String path) {int[][] sparseArr = null;BufferedReader bufferedReader = null;try {bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader(path));String lineStr = null;int lineCount = 0;while ((lineStr = bufferedReader.readLine()) != null ) {String[] tempStr = lineStr.split("\t");if (lineCount == 0) {// 稀疏数组的[0,2]位置记录了非0数据个数，所以稀疏数组大小为[Integer.parseInt(tempStr[2]) + 1][3]sparseArr = new int[Integer.parseInt(tempStr[2] ) +1 ][3];}sparseArr[lineCount][0] =Integer.parseInt(tempStr[0]); sparseArr[lineCount][1] =Integer.parseInt(tempStr[1]); sparseArr[lineCount][2] =Integer.parseInt(tempStr[2]); lineCount++;}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}finally {try {bufferedReader.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}

队列

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

1、数组模拟队列

• 队列本身也是有序列表，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为队列的最大容量
• 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和rear分别记录前后端的下标，front会随着数据输出而改变，而rear会随着数据输入而改变
  当我们将数据存入队列时称为”addQueue”，addQueue 的处理需要有两个步骤：思路分析

1. 将尾指针往后移：rear + 1 , 当 rear==front 【空】
2. 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。 reatr==MaxSize - 1[队列满]

注：rear是队列最后（含）， front是队列最前（不含）

2、代码实现

public class ArrayQueueDemo {public static void main(String[] args) {//创建一个队列ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);char key = ' ';// 接受用户输入Scanner scanner = new Scanner(System.in);boolean loop = true;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):从队列取数据");System.out.println("h(head):查看队列头的数据");while (loop) {key = scanner.next().charAt(0);// 接收第一个字符switch (key) {case 's':arrayQueue.showQueue();break;case 'a':System.out.println("输入一个数:");int value = scanner.nextInt();arrayQueue.addQueue(value);break;case 'g':try {int res = arrayQueue.getQueue();System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);continue;} catch (RuntimeException 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 (RuntimeException e){System.out.println(e.getMessage());}break;case 'e':scanner.close();loop = false;break;default:break;}}System.out.println("程序退出");}
}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; //该数组用于存放数据，模拟队列public ArrayQueue(int maxSize) {this.maxSize = maxSize;arr = new int[maxSize];front = -1;// 指向队列头部,指向队列头部的数据的前一个位置rear = -1; // 指向队列尾，指向队列尾部的数据}/*** 判断队列是否满* @return*/public boolean isFull() {// 例如最大容量为5，rear是指向队列尾部数据，所以rear为4（maxSize - 1）的时候就为满了return rear == maxSize -1;}/*** 判断队列是否为空* @return*/public boolean isEmpty() {// 因为不是循环队列，头尾不相连,所以rear == front 时队列就为空return rear == front;}/*** 添加数据到队列* @param n*/public void addQueue(int n) {// 判断队列是否满if (isFull()) {System.out.println("队列满，不能加入数据~~");return;}rear++;arr[rear] = n;	}/*** 数据出队列* @return*/public int getQueue() {if (isEmpty()) {// 通过抛出异常throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据~~");}front++;return arr[front];}/*** 显示队列的所有数据*/public void showQueue() {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，不是取数据而仅仅是显示* @return*/public int headQueue() {if (isEmpty()) {// 通过抛出异常throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据~~");}return arr[front + 1];}
}

4、此种实现方式存在缺陷和优化方案

• 数组使用一次就不能使用了，没有达到复用的效果
• 使用算法，改成一个环形的队列：取模%