【Java探索之旅】掌握数组操作，轻松应对编程挑战

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📑前言

掌握数组的基本操作对于编写高效的程序至关重要。本文将深入探讨数组的一些常见操作，包括数组转字符串、数组拷贝、求平均值、顺序查找、二分查找、数组排序等。通过学习这些操作，您将更加熟练地处理数组，提高代码的质量和效率。

一、数组巩固练习

1.1 数组转字符串

import java.util.Arrays

int[] arr = {1,2,3,4,5,6};

String newArr = Arrays.toString(arr);
System.out.println(newArr);

// 执行结果
[1, 2, 3, 4, 5, 6]

使用了 java.util.Arrays 类中的 toString 方法。这个方法接收一个数组作为参数，并返回一个表示该数组的字符串。这个字符串是由数组元素的字符串表示形式组成，并使用逗号和空格分隔，并且整个字符串被方括号 [] 包围

使用这个方法后续打印数组就更方便一些

1.2 数组拷贝

import java.util.Arrays;
public static void func(){
    // newArr和arr引用的是同一个数组
    // 因此newArr修改空间中内容之后，arr也可以看到修改的结果
    int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
    int[] newArr = arr;
    newArr[0] = 10;
    System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(arr));
    
    // 使用Arrays中copyOf方法完成数组的拷贝：
    // copyOf方法在进行数组拷贝时，创建了一个新的数组
    // arr和newArr引用的不是同一个数组
    arr[0] = 1;
    newArr = Arrays.copyOf(arr, arr.length);
    System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(newArr));
    
    // 因为arr修改其引用数组中内容时，对newArr没有任何影响
    arr[0] = 10;
    System.out.println("arr: " + Arrays.toString(arr));
    System.out.println("newArr: " + Arrays.toString(newArr));
    
    // 拷贝某个范围.
    int[] newArr2 = Arrays.copyOfRange(arr, 2, 4);
    System.out.println("newArr2: " + Arrays.toString(newArr2));
}

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Arrays.copyOf 是 Java 中 java.util.Arrays 类的一个静态方法，用于创建并返回数组的一个副本，可以指定副本数组的长度。如果新数组的长度大于原数组的长度，那么多余的元素会以默认值填充；如果新数组的长度小于原数组的长度，则只复制前部分元素。

Arrays.copyOf 方法的基本语法如下：

arr1_copy = Arrays.copyOf(arr1, new_length);

arr1：是需要拷贝的原数组。
new_length：是拷贝后的新数组的长度。如果不指定此参数，将使用原数组的长度。

Arrays.copyOf 返回的是一个新的数组对象，所以改变返回数组中的元素值不会影响原来的数组。

注意：数组当中存储的是基本类型数据时，不论怎么拷贝基本都不会出现什么问题，但如果存储的是引用数据类
型，拷贝时需要考虑深浅拷贝的问题，后面文章会进行讲解。

实现自己版本的拷贝数组

public static int[] copyOf(int[] arr) {
    int[] ret = new int[arr.length];
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    	ret[i] = arr[i];
    } 
    return ret;
}

1.3 求数组中的平均值

给定一个整型数组, 求平均值

public static void main(String[] args) {
    int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
    System.out.println(avg(arr));
}
public static double avg(int[] arr) {
    int sum = 0;
    for (int x : arr) {
    sum += x;
} 
    return (double)sum / (double)arr.length;
} 
// 执行结果
3.5

1.4 查找数组中指定元素(顺序查找)

给定一个数组, 再给定一个元素, 找出该元素在数组中的位置

public static void main(String[] args) {
    int[] arr = {1,2,3,10,5,6};
    System.out.println(find(arr, 10));
}
public static int find(int[] arr, int data) {
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    	if (arr[i] == data) {
    	return i;
	}
// 表示没有找到
    return -1;
} 
// 执行结果
3

1.5 查找数组中指定元素(二分查找)

针对有序数组, 可以使用更高效的二分查找

有序分为 “升序” 和 “降序”
如 1 2 3 4 , 依次递增即为升序.
如 4 3 2 1 , 依次递减即为降序

以升序数组为例, 二分查找的思路是先取中间位置的元素, 然后使用待查找元素与数组中间元素进行比较：

如果相等，即找到了返回该元素在数组中的下标
如果小于，以类似方式到数组左半侧查找
如果大于，以类似方式到数组右半侧查找

public static void main(String[] args) {
	int[] arr = {1,2,3,4,5,6};
	System.out.println(binarySearch(arr, 6));
}

public static int binarySearch(int[] arr, int toFind) {
    int left = 0;
    int right = arr.length - 1;
    
    while (left <= right) {
        int mid = (left + right) / 2;
    	if (toFind < arr[mid]) {
    		// 去左侧区间找
    		right = mid - 1;
    	} else if (toFind > arr[mid]) {
    	// 去右侧区间找
    		left = mid + 1;
    	} else {
    	// 相等, 说明找到了
    		return mid;
    	}
    } 
    // 循环结束, 说明没找到
    return -1;
} 
// 执行结果
5

这个查找的效率还是很高效的，一次就可以砍掉一半的数据，并且在数据越大的时候越有优势。

1.6 数组排序（冒泡排序）

给定一个数组, 让数组升序 (降序) 排序.
算法思路：

假设排升序：

将数组中相邻元素从前往后依次进行比较，如果前一个元素比后一个元素大，则交换，一趟下来后最大元素就在数组的末尾
依次从上上述过程，直到数组中所有的元素都排列好

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public static void main(String[] args) {
    int[] arr = {9, 5, 2, 7};
    bubbleSort(arr);
    System.out.println(Arrays.toString(arr));
}

public static void bubbleSort(int[] arr) {
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
        for (int j = 1; j < arr.length-i; j++) {
            if (arr[j-1] > arr[j]) {
                int tmp = arr[j - 1];
                arr[j - 1] = arr[j];
                arr[j] = tmp;
			}
        }
    } // end for
} // end bubbleSort
// 执行结果
[2, 5, 7, 9]

冒泡排序性能较低. Java 中内置了更高效的排序算法

public static void main(String[] args) {
	int[] arr = {9, 5, 2, 7};
	Arrays.sort(arr);
	System.out.println(Arrays.toString(arr));
}

关于 Arrays.sort 的具体实现算法，后期会有专门的篇章来讲解。

1.7 数组逆序

给定一个数组, 将里面的元素逆序排列.

思路：

设定两个下标, 分别指向第一个元素和最后一个元素. 交换两个位置的元素.
然后让前一个下标自增, 后一个下标自减, 循环继续即可

public static void main(String[] args) {
    int[] arr = {1, 2, 3, 4};
    reverse(arr);
    System.out.println(Arrays.toString(arr));
}
public static void reverse(int[] arr) {
    int left = 0;
    int right = arr.length - 1;
    
    while (left < right) {
        int tmp = arr[left];
        arr[left] = arr[right];
        arr[right] = tmp;
        left++;
        right--;
	}
}