数据结构(1):使用面向对象模拟数组

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数组是一种常用的数据结构,数组具有不可变性,创建后的数组的长度固定,通过索引访问数组中的元素,访问速度快,删除添加效率低。

通过面向对象模拟数组,模拟的数组具有以下功能:

  1. 添加新元素
  2. 展示
  3. 查找元素所在位置
  4. 根据索引获取元素
  5. 根据索引删除元素
  6. 修改指定位置的元素

同时使用两个算法对数组进行操作:

  1. 有序添加元素
  2. 二分查找法

1.创建数组类 MyArray.java

数据如何存储呢?在类中添加一个数组类型的私有属性用来保存数据,同时添加一个变量存储有效数据的长度(也就是元素的个数)

创建数组的时候需要指定数组的长度,所以要添加两个构造方法:

1.无参构造方法设置数组默认长度
2.有参构造方法指定数组长度

public class MyArray {
    //存储元素
	private long[] arr;
	//表示有效数据的长度
	private int elements;

    //无参构造默认50个长度
	public MyArray() {
		arr=new long[50];
	}

	public MyArray(int maxsize) {
		arr=new long[maxsize];
	}
}

2.编写添加数据的方法

elements 属性的默认值是 0,第一次向对象中添加元素也是添加到索引为0 的元素中,添加后将 elements 的长度加1,就能一直向数组中添加元素了,添加元素的个数取决于 arr 的长度。

public void insert(long value) {
	arr[elements]=value;
	elements++;
}

3.编写展示数据的方法

简单的展示数组中的元素即可,使用 for 循环遍历

public void display() {
	System.out.print("[");
	for (int i = 0; i < elements; i++) {
		System.out.print(arr[i]+" ");
	}
	System.out.println("]");
}

4.编写查找数据的方法

思路:使用循环遍历数组 arr ,将要查找的数据和 arr 中每个元素进行比较。如果相等,则跳出循环。循环结束后,如果循环次数等于元素个数说明没有找到数据,返回-1。否则返回循环次数(即找到的索引)。

public int search(long value) {
	int i ;
	for (i = 0; i < elements; i++) {
		if(value==arr[i]) {
			break;
		}
	}
	//遍历到末尾说明没有找到
	if (i==elements) {
		return -1;
	}else {
		return i;
	}
}

5.根据索引获取元素

思路:这相对比较简单了,直接给 arr 索引就能获取到元素。但是要注意传入的索引必须可用,不能用的索引可以抛出异常。

public long get(int index) {
	//如果索引大于可用,或索引小于0 都是无效的索引
	if (index>=elements||index<0) {
	    //抛出数组越界异常
		throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
	}else {
		return arr[index];
	}
}

6.根据索引删除元素

思路:和获取元素时一样,先检查索引是否可用。如果可用,就从要删除元素的位置开始向后遍历,每次都将下一个元素的值赋值给当前元素。也就相当于要删除的元素被下一个元素覆盖,下一个元素被下下一个元素覆盖,以此类推。元素移动完成后,将可用元素长度 elements 减1。

public void delete(int index) {
	//如果索引大于可用,或索引小于0 都是无效的索引
	if (index>=elements||index<0) {
		throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
	}else {
		for(int i=index;i<elements;i++) {
			arr[index]=arr[i+1];
		}
		elements--;
	}
}

7.修改指定位置的元素

思路:和获取差不多,就是把获取改为修改

public void change(int index,int newValue) {
	//如果索引大于可用,或索引小于0 都是无效的索引
	if (index>=elements||index<0) {
		throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
	}else {
		arr[index]=newValue;
	}
}

8.完整代码

public class MyArray {
	private long[] arr;
	//表示有效数据的长度
	private int elements;

	public MyArray() {
		arr=new long[50];
	}

	public MyArray(int maxsize) {
		arr=new long[maxsize];
	}

	/**
	 * 添加数据
	 * @param value
	 */
	public void insert(long value) {
		arr[elements]=value;
		elements++;
	}

	/**
	 * 显示数据
	 */
	public void display() {
		System.out.print("[");
		for (int i = 0; i < elements; i++) {
			System.out.print(arr[i]+" ");
		}
		System.out.println("]");
	}

	/**
	 * 查找数据
	 */
	public int search(long value) {
		int i ;
		for (i = 0; i < elements; i++) {
			if(value==arr[i]) {
				break;
			}
		}
		//遍历到末尾说明没有找到
		if (i==elements) {
			return -1;
		}else {
			return i;
		}
	}

	/**
	 * 查找数据,根据索引来查
	 */
	public long get(int index) {
		//如果索引大于可用,或索引小于0 都是无效的索引
		if (index>=elements||index<0) {
			throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
		}else {
			return arr[index];
		}
	}

	/**
	 * 删除数据 
	 */
	public void delete(int index) {
		//如果索引大于可用,或索引小于0 都是无效的索引
		if (index>=elements||index<0) {
			throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
		}else {
			for(int i=index;i<elements;i++) {
				arr[index]=arr[i+1];
			}
			elements--;
		}
	}

	/**
	 * 更新数据
	 */
	public void change(int index,int newValue) {
		//如果索引大于可用,或索引小于0 都是无效的索引
		if (index>=elements||index<0) {
			throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
		}else {
			arr[index]=newValue;
		}
	}
}

9.有序添加元素

思路:修改 insert 方法,遍历 arr 数组,如果当前元素大于添加的数据,当前的位置就要存入的位置。从最后一个元素开始,逐个将元素向后位移,空出要存入的位置。存入要添加的元素后,将有效数据长度加1。

public void insert(long value) {
	int i;
	for(i=0;i<elements;i++) {
		if(arr[i]>value) {
			break;
		}
	}
	for (int j = elements; j > i; j--) {
		arr[j]=arr[j-1];
	}
	arr[i]=value;
	
	elements++;
}

10.二分查找法

思路:数据必须是有序的,才能使用二分查找法!可以结合有序添加元素一块使用,这里的序列是升序(从小到大)。二分查找是每次和一组数中间的数进行比较,如果大于就再和右边的数最中间的数比较,如果小于就和左边的数最中间的数比较。直到中间的数和要查找的数相等,否则就是没有这个数。

public int binarySearch(long value) {
	int mid=0;//中间值
	int low=0;
	int high = elements;
	
	while(true) {
		mid=(high+low)/2;
		if(arr[mid]==value) {
			return mid;
		}else if(low>high) {
			return -1;
		}else {
			if (value>arr[mid]) {
				high=mid+1;
			}else {
				high=mid-1;
			}
		}
	}
	
}

二分查找法图示