数据结构|数据结构 [Java版本] 稀疏数组和队列数据结构[Java版本]稀疏数组和

实际需求编写的五子棋程序中，有存盘退出和续上盘的功能

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五子棋
分析问题:
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
稀疏数组

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，可以使用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

举例说明

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原始数组

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稀疏数组应用实例 1.使用稀疏数组，来保留类似前面的二维数组(棋盘、地图等等)
2.把稀疏数组存盘，并且可以从新恢复原来的二维数组数
3.整体思路分析

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思路分析

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流程分析

二维数组转稀疏数组的思路

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 int[sum + 1] [3]

将二维数组的有效数据数据存入到稀疏数组

【数据结构|数据结构 [Java版本] 稀疏数组和队列】稀疏数组转原始的二维数组的思路

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，比如上面的 chessArr2 = int [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即可.

4.代码实现

package cn.icanci.algorithm.sparsearray; import java.util.Arrays; import java.io.*; /** * @Author: icanci * @ProjectName: AlgorithmAndDataStructure * @PackageName: cn.icanci.algorithm.sparsearray * @Date: Created in 2020/2/28 9:57 * @ClassAction: 稀疏数组 */ 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:表示是黑子 2:表示是白子 int chaessArr1[][] = new int[11][11]; chaessArr1[1][2] = 1; chaessArr1[2][4] = 2; chaessArr1[4][8] = 2; chaessArr1[5][2] = 2; //输出二位数组 for (int i = 0; i < chaessArr1.length; i++) { for (int j = 0; j < chaessArr1[0].length; j++) { System.out.print(chaessArr1[i][j] + " "); } System.out.println(); } System.out.println("二维数组转换为稀疏数组"); //转换为稀疏数组 //1.遍历二维数组得到行数和列数得到非零的个数 int count = 0; for (int i = 0; i < chaessArr1.length; i++) { for (int j = 0; j < chaessArr1[0].length; j++) { if (chaessArr1[i][j] != 0) { count++; } } } //创建稀疏数组 int rows = chaessArr1.length; int cols = chaessArr1[0].length; int[][] sparseArr = new int[count + 1][3]; sparseArr[0][0] = rows; sparseArr[0][1] = cols; sparseArr[0][2] = count; //为稀疏数组赋值 int num = 0; for (int i = 0; i < chaessArr1.length; i++) { for (int j = 0; j < chaessArr1[0].length; j++) { if (chaessArr1[i][j] != 0) { num++; sparseArr[num][0] = i; sparseArr[num][1] = j; sparseArr[num][2] = chaessArr1[i][j]; } } } //打印系数数组 for (int i = 0; i < sparseArr.length; i++) { for (int j = 0; j < sparseArr[0].length; j++) { System.out.print(sparseArr[i][j] + " "); } System.out.println(); }//把系数数组转换为二维数组 System.out.println("把系数数组转换为二维数组"); //创建二维数组 int[][] chaessArr2 = new int[sparseArr[0][0]][sparseArr[0][1]]; for (int i = 1; i < sparseArr.length; i++) { chaessArr2[sparseArr[i][0]][sparseArr[i][1]] = sparseArr[i][2]; } //输出二位数组 for (int i = 0; i < chaessArr2.length; i++) { for (int j = 0; j < chaessArr2[0].length; j++) { System.out.print(chaessArr2[i][j] + " "); } System.out.println(); } FileOutputStream fos = null; FileInputStream fis = null; try { fos = new FileOutputStream("data.bin"); for (int i = 0; i < sparseArr.length; i++) { for (int j = 0; j < sparseArr[0].length; j++) { fos.write(sparseArr[i][j]); } } fis = new FileInputStream("data.bin"); int len = 0; StringBuilder sb = new StringBuilder(16); while ((len = fis.read()) != -1) { sb.append(len+" "); } //然后这里可以把字符串转换为数组就变成系数数组了 System.out.println(sb.toString()); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { try { fos.close(); fis.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } }

队列银行排队的案例

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银行排队的案例队列的介绍

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。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出
示意图：(使用数组模拟队列示意图)

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队列

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，如图所示:

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数组模拟队列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
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]
代码实现

数组模拟队列
出队列操作getQueue
显示队列的情况showQueue
查看队列头元素headQueue
退出系统exit

package cn.icanci.datastructure.queue; import javax.swing.text.html.CSS; import java.util.Scanner; /** * @Author: icanci * @ProjectName: AlgorithmAndDataStructure * @PackageName: cn.icanci.datastructure.queue * @Date: Created in 2020/2/28 12:09 * @ClassAction: 实用数组模拟队列 */ public class ArrayQueueDemo { public static void main(String[] args) { //创建队列对象 ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(5); char key = ' '; Scanner scanner = new Scanner(System.in); boolean loop = true; while (loop) { System.out.println("s(Show):显示队列"); System.out.println("e(Exit):退出"); 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):查看头部数据"); key = scanner.next().charAt(0); switch (key) { case 's': arrayQueue.showQueue(); break; case 'e': loop = false; scanner.close(); break; case 'a': System.out.print("请输入你要保存的值:"); int num = scanner.nextInt(); arrayQueue.addQueue(num); break; case 'g': System.out.println(arrayQueue.getQueue()); break; case 'h': arrayQueue.showQueueFront(); break; default: System.out.println("你的输入有误"); break; } }} }/** * 实用数组模拟队列编写一个ArrayQueue的类 */ class ArrayQueue { //数组的最大容量 private int maxSize; //队列头部 private int front; //队列尾部 private int rear; //模拟队列的数组 private int[] arr; //创建队列的构造器public ArrayQueue(int maxSize) { this.maxSize = maxSize; arr = new int[maxSize]; //队列头前一个位置 front = -1; //队列尾就是尾部(包含) rear = -1; }//判断队列是不是满了 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) { //判断队列是不是已经满了 if (this.isFull()) { System.out.println("队列已经满了,不能再加入"); } else { rear++; arr[rear] = n; } }//获取数据 public int getQueue() { //判断队列是否为空 if (this.isEmpty()) { throw new RuntimeException("队列为空,不能取出数据"); } else { front++; return arr[front]; } }//显示数据所有的数据 public void showQueue() { //遍历 if (this.isEmpty()) { System.out.println("队列为空"); } else { for (int i = 0; i < arr.length; i++) { System.out.println("arr[" + i + "]:" + arr[i]); } } }//显示队列头数据 public void showQueueFront() { if (this.isEmpty()) { System.out.println("队列为空"); } else { System.out.println(arr[front + 1]); } } }

问题分析并优化

数组只能使用而且数组还是有数据的没有达到复用的效果
解决方案:将这个数组使用算法,改进成一个环形的队列取模 %

使用数组模拟环形队列的思路分析

思路如下:

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] 就是队列的第一个元素 front 的初始值 = 0

rear 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. 因为希望空出一个空间做为约定.rear 的初始值 = 0

当队列满时，条件是 (rear + 1) % maxSize == front 【满】

对队列为空的条件， rear == front 空

当这样分析，队列中有效的数据的个数 (rear + maxSize - front) % maxSize // rear = 1 front = 0

就可以在原来的队列上修改得到，一个环形队列

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思路分析

代码实现

package cn.icanci.datastructure.queue; import java.util.Scanner; /** * @Author: icanci * @ProjectName: AlgorithmAndDataStructure * @PackageName: cn.icanci.datastructure.queue * @Date: Created in 2020/2/28 12:09 * @ClassAction: 实用数组模拟环形队列 */ public class CircleArrayQueueDemo { public static void main(String[] args) { //创建队列对象 //设置为5 最大为4 CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(5); char key = ' '; Scanner scanner = new Scanner(System.in); boolean loop = true; while (loop) { System.out.println("s(Show):显示队列"); System.out.println("e(Exit):退出"); 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):查看头部数据"); key = scanner.next().charAt(0); switch (key) { case 's': arrayQueue.showQueue(); break; case 'e': loop = false; scanner.close(); break; case 'a': System.out.print("请输入你要保存的值:"); int num = scanner.nextInt(); arrayQueue.addQueue(num); break; case 'g': System.out.println(arrayQueue.getQueue()); break; case 'h': arrayQueue.showQueueFront(); break; default: System.out.println("你的输入有误"); break; } }} }/** * 实用数组模拟队列编写一个ArrayQueue的类 */ class CircleArrayQueue { //数组的最大容量 private int maxSize; //队列头部 //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] 就是队列的第一个元素 private int front; //队列尾部 //rear 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. 因为希望空出一个空间做为约定. private int rear; //模拟队列的数组 private int[] arr; //创建队列的构造器public CircleArrayQueue(int maxSize) { this.maxSize = maxSize; arr = new int[maxSize]; //队列头前一个位置 front = 0; //队列尾就是尾部(包含) rear = 0; }//判断队列是不是满了 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) { //判断队列是不是已经满了 if (this.isFull()) { System.out.println("队列已经满了,不能再加入"); } else { //直接放到数据 arr[rear] = n; //把 rear 后移这里必须考虑取模 rear = (rear + 1) % maxSize; } }//获取数据 public int getQueue() { //判断队列是否为空 if (this.isEmpty()) { throw new RuntimeException("队列为空,不能取出数据"); } else { //这里需要分析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.front后移考虑取模 //将保存的数据返回 int value = https://www.it610.com/article/arr[front]; front = (front + 1) % maxSize; return value; } }//显示数据所有的数据 public void showQueue() { //遍历 if (this.isEmpty()) { System.out.println("队列为空"); } else { //思路从 front进行遍历遍历多少个元素 for (int i = front; i < front + size(); i++) { System.out.println("arr[" + i % maxSize + "]:" + arr[i % maxSize]); } } }//求出当前队列的有效数据 public int size() { return (rear + maxSize - front) % maxSize; }//显示队列头数据 public void showQueueFront() { if (this.isEmpty()) { System.out.println("队列为空"); } else { System.out.println(arr[front]); } } }