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Part4：陣列及其常用操作
- 陣列：具有相同資料型別的資料的集合，可以儲存基本資料型別的資料和引用型別的資料。陣列是在記憶體中分配的一連串的空間。
- 宣告方法：（以整型陣列為例）
一維陣列：int[] array 或 int array[];
二維陣列：int[][] array 或 int array[][]; - Java語言中宣告陣列時不能指定其長度(陣列中元素的數),應該是
int[] array = new int[10];
Example01：將二維陣列的行列交換
執行結果：
實現程式碼：
public class Example01 {
public static void main(String[] args) {
int[][] array = {{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};
System.out.println("行列調換前：");
exchange(array);
int[][] newArray = new int[array.length][array.length];
for (int i = 0;i<array.length;i++) { //調整陣列行列資料
for (int j = 0; j < array.length; j++) {
newArray[i][j] = array[j][i];
}
}
System.out.println("行列調換後：");
exchange(newArray);
}
public static void exchange(int[][] array){
for (int i = 0;i<array.length;i++){ //遍歷陣列
for (int j = 0;j<array.length;j++){
System.out.print(array[i][j]+"\t");
}
System.out.println();
}
}
}
要點： 建立兩個相同大小的陣列，並使用雙層的for迴圈遍歷這兩個二維陣列，同時把新陣列與原陣列的行列索引交換進行元素賦值，從而實現行列互換的功能。
Example02：使用選擇排序法對陣列進行排序
選擇排序(Selection Sort)是一種簡單直觀的排序演算法。
每一趟從待排序的資料元素中選出最小（或最大）的一個元素，順序放在已排好序的數列的最後，直到全部待排序的資料元素排完。過程如下：
初始陣列 【63 4 24 1 3 15】
第一趟排序 【4 24 1 3 15】 63
第二趟排序 【4 1 3 15】 63 24
第三趟排序 【4 1 3】 15 24 63
第四趟排序 【1 3】 4 15 24 63
第五趟排序 【1】 3 4 15 24 63
執行結果：
實現程式碼：import java.util.Random; public class Example02 {
public static int[] array = new int[10];
public static void main(String[] args) {
Random random = new Random();
System.out.println("初始陣列為：");
for (int i = 0;i<array.length;i++){
array[i] = random.nextInt(50);//生成50以內的隨機陣列
System.out.print(array[i]+" ");
}
System.out.println("\n選擇排序後的陣列為：");
SelectSort(array);
}
public static void SelectSort(int[] array){
int index = 0;
for (int i = 0;i<array.length-1;i++) {
index = i;
for (int j = i+1; j < array.length; j++) {
if (array[j]<array[index]) {
index = j;
}
}
//交換在array.length-i和index（最大值）位置的兩個數
if (i != index) {
int temp = array[i];
array[i] = array[index];
array[index] = temp;
}
}
for (int num:array) {
System.out.print(num+" ");
}
}
}
要點：利用選擇排序法從陣列中挑選最大值並放在陣列最後，而遇到重複的相等值不會做任何處理，所以如果程式允許陣列有重複值的情況，建議使用選擇排序法，因為它的資料交換次數較少，相對速度也會稍微提升，這取決於陣列中重複值的數量。
Example03：使用氣泡排序法對陣列進行排序
執行結果:
實現程式碼：
import java.util.Random;
public class Example03 {
public static int[] array = new int[10];
public static void main(String[] args) {
Random random = new Random();
System.out.println("初始陣列為：");
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
array[i] = random.nextInt(50);//生成50以內的隨機陣列
System.out.print(array[i] + " ");
}
System.out.println("\n氣泡排序後的過程為：");
BubbleSort(array);
}
public static void BubbleSort(int[] array){
for (int i = 1;i<array.length;i++) {
//比較相鄰兩個元素，較大的往後冒泡
for (int j = 0; j < array.length - i; j++) {
if (array[j] > array[j + 1]) {
int temp = array[j]; //把第一個元素值儲存到臨時變數中
array[j] = array[j + 1]; //把第二個元素值儲存到第一個元素單元中
array[j + 1] = temp; //把臨時變數也就是第一個元素原值儲存到第二個元素中
}
System.out.print(array[j]+" ");
}
System.out.print("【");
for (int j = array.length-i;j<array.length;j++){
System.out.print(array[j]+" ");
}
System.out.print("】\n");
}
}
}
- 要點：氣泡排序的基本思想是對比相鄰元素值，如果滿足條件就交換元素值，把較小的元素移動到陣列前面，把大的元素移動到陣列後面。冒泡演算法在雙層迴圈中實現，其中外層迴圈中實現，是要排序陣列長度-1次。而內層迴圈主要是用於比較臨近元素的大小，以確定是否交換位置，對比和交換次數依排序輪數而減少。
Example04：使用快速排序法對陣列排序
- 快速排序（Quick Sort）是對氣泡排序的一種改進，其排序速度相對較快。
- 過程如下：（通常選第一個資料）
先用基準值和最後一個值比較，直到找到第一個比基準值小的值才交換。找到這個值後，又從前往後開始比較，直到找到第一個比基準值大的值才交換。直到從前往後的比較索引>從後往前的索引，結束第一次迴圈。
執行結果：
實現程式碼：
import java.util.Random;
public class Example04 {
public static int[] array = new int[10];
public static void main(String[] args) {
Random random = new Random();
System.out.println("初始陣列為：");
for (int i = 0;i<array.length;i++){
array[i] = random.nextInt(50);//生成50以內的隨機陣列
System.out.print(array[i]+" ");
}
System.out.println("\n快速排序法的過程如下：");
QuickSort(array,0,array.length-1);
}
public static void QuickSort(int[] array,int low,int high) {
int min = low;
int max = high;//最小索引和最大索引
int key = array[low]; //分界點元素
while (min < max) {
//從後往前比較
while ((min < max) && (array[max] >= key)) {
//如果沒有比關鍵值小的比較下一個，直到找到比分界點小的交換位置
max--;
}
if (min < max){
swap(array,min,max);
min++;
}
while ((min < max) && (array[min] <= key)) {
//直到找到比關鍵值大的交換位置
min++;
}
if (min < max) {
swap(array, min, max);//交換兩個索引的值
max--;
}
}
//對key左邊快排
if (min > low) {
QuickSort(array, low, min - 1);
}
//對key右邊快排
if (max < high) {
QuickSort(array, min + 1, high);
}
}
public static void swap(int swapArray[],int i,int j){
int t = swapArray[i];
swapArray[i] = swapArray[j];
swapArray[j] = t;
for (int k = 0;k<array.length;k++){
System.out.print(array[k]+" ");
}
System.out.println();
}
}
要點：快速排序法的基本思想：通過一趟排序將要排序的資料分割成獨立的兩部分，其中一部分的所有資料都比另外一部分的所有資料小，然後再按此方法對這兩部分資料進行快速排序。整個排序過程可以遞迴進行，以此使整個資料變成有序數列。
- 快速排序還有更高效的實現方法，請嘗試。------
Example05：使用直接插入法對陣列進行排序
- 插入排序的思想：將n個有序數存放在陣列a中，要插入的數為x，首先確定x插在陣列中的位置p，陣列中p之後的元素都後移一個位置，空出a(p)，並將x插入進去。
執行結果：
實現程式碼：
import java.util.Random;
public class Example05{
public static int[]array=new int[7];
public static void main(String[]args){
Random random=new Random();
System.out.println("初始陣列為：");
for(int i=0;i<array.length;i++){
array[i]=random.nextInt(50);//生成50以內的隨機陣列
System.out.print(array[i]+" ");
}
System.out.println("\n直接插入排序法後的陣列為：");
InsertSort();
}
public static void InsertSort(){
int t,j;
for(int i=1;i<array.length;i++){
t = array[i];
for (j = i-1;j >= 0 && array[j] > t;j--){
array[j+1] = array[j]; //陣列元素交換
}
array[j+1] = t;
}
for (int a:array){
System.out.print(a+" ");
}
}
}
- 在使用排序演算法時，開發人員必須手動編寫一堆程式碼，有的實現起來比較麻煩。Java的Arrays類提供了sort()，使用該方法對陣列進行排序，大大降低了陣列排序的難度。
Example06：使用sort()方法對陣列排序
執行結果：
程式碼實現：
import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;
public class Example06 {
public static void main(String[] args) {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("請輸入：");
String s = scanner.nextLine();
String[] array = s.split(" "); //拆分輸入的陣列
int[] newArray = new int[array.length]; //建立整型陣列
System.out.println("初始陣列為：");
for (String string : array){
System.out.print(string+" ");
}
for (int i = 0;i<array.length;i++){ //初始化整型陣列
newArray[i] = Integer.parseInt(array[i]);
}
Arrays.sort(newArray); //使用sort()方法對整型陣列排序
System.out.println("\nsort()排序後的結果為：");
for (int a : newArray){
System.out.print(a+" ");
}
}
}
- 要點：Arrays類提供了建立、操作、搜尋和排序陣列的方法。Arrays類位於java.util包，它是陣列的一個工具類，包含很多方法，它有很多過載格式，可以接收任何資料型別的陣列並執行不同型別的排序。