稀疏数组和队列

一、稀疏sparsearray数组

先看一个实际的需求

➢编写的五子棋程序中，有存盘退出和续上盘的功能

➢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。

1.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

2.稀疏数组举例说明

解析：

➢[0] :表示该二维数组有几行几列，有多少个非零数值
➢[1]~[8] :表示每一个非零数值所在的行列位置以及本身的值

3.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，并且可以从新恢复原来的二维数组数
➢整体思路分析

➢核心代码实现

package com.xudong.DataStructures.sparseArray;

public class SparseArray {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个原始的二维数组 11*11
        //0：表示没有棋子 1：表示黑子 2：表示蓝子
        int chessArr1[][] = new int[11][11];
        chessArr1[1][2] = 1;
        chessArr1[2][3] = 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.print("	" + data);
            }
            System.out.println();
        }

        //将二维数组转换为稀疏数组
        //1.先遍历二维数组，得到非零数据
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 11; i++) {
            for (int j = 0; j < 11; j++) {
                if (chessArr1[i][j] != 0){
                    sum++;
                }
            }
        }
        //2.创建对应的稀疏数组
        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;

        //遍历二维数组，将非0的值存放到sparseArr中
        int count = 0;//count 用于记录是第几个非0数据
        for (int i = 0; i < 11; i++) {
            for (int j = 0; j < 11; j++) {
                if (chessArr1[i][j] != 0){
                    count++;
                    sparseArray[count][0] = i;
                    sparseArray[count][1] = j;
                    sparseArray[count][2] = chessArr1[i][j];
                }
            }
        }
        System.out.println();
        System.out.println("得到的稀疏数组：");
        for (int i = 0; i < sparseArray.length; i++) {
            System.out.printf("%d	%d	%d	",sparseArray[i][0],sparseArray[i][1],sparseArray[i][2]);
            System.out.println();
        }

        //将稀疏数组恢复原来的二维数组
        //1.先读取稀疏数组第一行，更具第一行的数据，创建原始的二维数组
        int chessArr2[][] = new int[sparseArray[0][0]][sparseArray[0][1]];
        //2.读取稀疏数组后几行的数据，并赋值给原始的二维数组
        for (int i = 1; i < sparseArray.length; i++) {
            chessArr2[sparseArray[i][0]][sparseArray[i][1]] = sparseArray[i][2];
        }
        //输出恢复后的二维数组
        System.out.println("恢复后的二维数组:");
        for (int[] row : chessArr2){
            for (int data : row){
                System.out.print("	" + data);
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

二、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。即:先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出

2.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
➢示意图: (使用数组模拟队列示意图)

➢当我们将 数据存入队列时称为”addQueue"，addQueue 的处理需要有5个步骤:

*front 变量的含义做一个调整: front 就是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】
*当我们这样分析，队列中有效的数据的个数(rear + maxSize - front) % maxSize

➢环形数组队列代码实现

package com.xudong.DataStructures;

import java.util.Scanner;

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试：创建一个队列对象
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(4);//设置4，其队列的有效数据最大是3
        char key = ' ';//接收用户收入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        while (loop){
            System.out.println("----------------------------");
            System.out.println("s(show):显示队列");
            System.out.println("e(exit):退出队列");
            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");
            System.out.println("----------------------------");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    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
",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
",res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    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;//数组最大容量
    private int front;//队列头，就是指向队列的第一个元素
    private int rear;//队列尾，指向队列的最后一个元素的后一个位置
    private int[] arr;//模拟队列

    //创建队列构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }
    //判断队列是否已满
    public boolean isFull(){
        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){
        //判断队列是否满
        if (isFull()){
            System.out.println("队列已满！");
            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;
    }
    //获取队列数据出队列
    public int getQueue(){
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()){
            //抛异常处理
            throw new RuntimeException("队列空，没有数据！");
        }
        //这里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遍历
        int value = arr[front];
        //2.将front后移，考虑取模
        front = (front + 1) % maxSize;
        //3.将临时保存的变量返回
        return value;
    }
    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        //遍历
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列是空的！");
            return;
        }
        //从front开始遍历，遍历当前队列有效数据的个数
        for (int i = 0; i < ((rear + maxSize - front) % maxSize); i++) {
            System.out.printf("arr[%d] = %d
",i % maxSize,arr[i % maxSize]);
        }
    }
    //显示队列头数据
    public int headQueue(){
        //判断
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列是空的！");
        }
        return arr[front];
    }
}