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数据结构之数组_数据分析师

2014-12-10

数据结构之数组_数据分析师

数组是应用最广泛的一种数据结构，常常被植入到编程语言中，作为基本数据类型使用，因此，在一些教材中，数组并没有被当做一种数据结构单独拿出来讲解（其实数组就是一段连续的内存，即使在物理内存中不是连续的，在逻辑上肯定是连续的）。其实没必要在概念上做纠缠，数组可以当做学习数据结构的敲门砖，以此为基础，了解数据结构的基本概念以及构建方法数据结构不仅是数据的容器，还要提供对数据的操作方法，比如检索、插入、删除、排序等。

无序数组

下面我们建立一个类，对数组的检索、插入、删除、打印操作进行封装，简便起见，我们假设数组中没有重复值（实际上数组可以包含重复值）。

[java] view plaincopyprint?

public class Array {
private String [] strArray;
private int length = 0; //数组元素个数
//构造方法，传入数组最大长度
public Array(int max){
strArray = new String [max];
}
//检测数组是否包含某个元素，如果存在返回其下标，不存在则返回-1
public int contains(String target){
int index = -1;
for(int i=0;i<length;i++){
if(strArray[i] == target){
index = i;
break;
}
}
return index;
}
//插入
public void insert(String elem) {
strArray[length] = elem;
length++;
}
//删除某个指定的元素值，删除成功则返回true，否则返回false
public boolean delete(String target){
int index = -1;
if((index = contains(target)) !=-1){
for(int i=index;i<length-1;i++){
//删除元素之后的所有元素前移一位
strArray[i] =strArray[i+1];
}
length--;
return true;
}else{
return false;
}
}
//列出所有元素
public void display(){
for(int i=0;i<length;i++){
System.out.print(strArray[i]+"\t");
}
}
}

无序数组的优点：插入快，如果知道下标，可以很快的存取

无序数组的缺点：查找慢，删除慢，大小固定。

有序数组

所谓的有序数组就是指数组中的元素是按一定规则排列的，其好处就是在根据元素值查找时可以是使用二分查找，查找效率要比无序数组高很多，在数据量很大时更加明显。当然缺点也显而易见，当插入一个元素时，首先要判断该元素应该插入的下标，然后对该下标之后的所有元素后移一位，才能进行插入，这无疑增加了很大的开销。

因此，有序数组适用于查找频繁，而插入、删除操作较少的情况。

有序数组的封装类如下，为了方便，我们依然假设数组中是没有重复值的，并且数据是按照由小到大的顺序排列的。

[java] view plaincopyprint?

public class OrderArray {
private int [] intArray;
private int length = 0; //数组元素个数
//构造方法，传入数组最大长度
public OrderArray(int max){
intArray = new int [max];
}
//用二分查找法定位某个元素，如果存在返回其下标，不存在则返回-1
public int find(int target){
int lowerBound = 0; //搜索段最小元素的小标
int upperBound = length-1; //搜索段最大元素的下标
int curIn; //当前检测元素的下标
if(upperBound<0){ //如果数组为空，直接返回-1
return -1;
}
while(true){
curIn =(lowerBound+upperBound)/2;
if(target == intArray[curIn]){
return curIn;
}else if(curIn ==lowerBound){
//在当前下标与搜索段的最小下标重合时，代表搜索段中只包含1个或2个元素，
//如果低位元素和高位元素都不等于目标元素，证明数组中没有该元素，搜索结束
if(target !=intArray[upperBound]){
return -1;
}
}else{//搜索段中的元素至少有三个，且当前元素不等于目标元素
if(intArray[curIn]< target){
//如果当前元素小于目标元素，则将下一个搜索段的最小下标置为当前元素的下标
lowerBound =curIn;
}else{
//如果当前元素大于目标元素，则将下一个搜索段的最大下标置为当前元素的下标
upperBound =curIn;
}
}
}
}
//插入
public void insert(int elem) {
int location = 0;
//判断应插入位置的下标
for(;location<length;location++){
if(intArray[location] >elem)
break;
}
//System.out.println(location);
//将插入下标之后的所有元素后移一位
for(inti=length;i>location;i--){
intArray[i] = intArray[i-1];
}
//插入元素
intArray[location] = elem;
length++;
}
//删除某个指定的元素值，删除成功则返回true，否则返回false
public boolean delete(int target){
int index = -1;
if((index = find(target)) != -1){
for(inti=index;i<length-1;i++){
//删除元素之后的所有元素前移一位
intArray[i] = intArray[i+1];
}
length--;
return true;
}else{
return false;
}
}
//列出所有元素
public void display(){
for(int i=0;i<length;i++){
System.out.print(intArray[i]+"\t");
}
System.out.println();
}
}

有序数组最大的优势就是可以提高查找元素的效率，在上例中，find方法使用了二分查找法，该算法的示意图如下：

这个方法在一开始设置变量lowerBound和upperBound指向数组的第一个和最后一个非空数据项。通过设置这些变量可以确定查找的范围。然后再while循环中，当前的下标curIn被设置为这个范围的中间值。

如果curIn就是我们要找的数据项，则返回下标，如果不是，就要分两种情况来考虑：如果curIn指向的数据项比我们要找的数据小，则证明该元素只可能在curIn和upperBound之间，即数组后一半中（数组是从小到大排列的），下轮要从后半段检索；如果curIn指向的数据项比我们要找的数据大，则证明该元素只可能在lowerBound和curIn之间，下一轮要在前半段中检索。文章来自：CDA数据分析师培训官网

按照上面的方法迭代检索，直到结束。

有序数组的优点：查找效率高

有序数组的缺点：删除和插入慢，大小固定

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