专题四 数组、字符串、包（一）（讲义）-《计算机程序设计》（电工版第二版）高考备考讲练测（吉林省）

数组、字符串、包（一） [考纲要求] 考试内容： 一维数组、二维数组。 知识点要求： 1．掌握一维数组、二维数组的声明、创建和初始化。 2．理解数组的大小和元素默认值。 3．掌握数组元素的使用。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一．数组 把具有相同类型的若干变量按有序的形式组织起来，用统一的名字来表示，这些按序排列的相同类型的数据元素的集合被称为数组。 简言之，数组是相同类型的数据按顺序组成的一种复合数据类型。 二．一维数组的声明及创建 （1）声明一维数组 声明一维数组包括数组的名字、数组中包含的元素的数据类型。 声明一维数组有以下两种格式： 格式1:数组元素类型数组名[]; 格式2:数组元素类型[]数组名； 在实际编程中，第二种格式（int[] numbers;）更为常见，它将数组类型（由元素类型和方括号表示）视为一个整体，这有助于提高代码的可读性。数组的声明仅确定了内存中有一个特定类型的数组名，但未实际创建数组，还需为其分配元素空间并指明元素个数。 （2）创建数组 创建数组则是为数组元素分配内存单元，形成一个数组对象，可通过new 关键字创建。 步骤： ① 数组元素类型 数组名字[]; ② 数组名字 = new 数组元素类型[数组元素的个数]; 将声明与创建两步合并为一步来完成数组创建： 数组元素类型 数组名字[] = new 数组元素的类型[数组元素的个数]; 三．一维数组的使用及初始化 静态初始化 在声明数组的同时，直接给出数组元素的值。 动态初始化 在声明数组后，使用 new 关键字分配内存空间。 四．一维数组的遍历 （1）使用传统的for循环：这是最常见的方法，通过索引来遍历数组。 （2）使用增强型for循环（for-each循环） Java 5及以上版本提供了增强型for循环，这使得遍历数组更加简洁。 （3）使用Iterator（通过将数组转换为List） 虽然不是直接遍历数组，但可以将数组转换为List，然后使用Iterator来遍历。 五．一维数组的最值 思路： （1）初始化数组：首先，你需要有一个已经填充了数据的一维数组。 （2）设置初始最大值和最小值：通常，我们将数组的第一个元素设置为初始的最大值和最小值。 （3）遍历数组：通过循环遍历数组中的每个元素，并与当前的最大值和最小值进行比较。 （4）更新最大值和最小值：如果在遍历过程中发现更大的值，则更新最大值；如果发现更小的值，则更新最小值。 （5）输出结果：在遍历完成后，输出最大值和最小值。 示例代码 注意事项： 确保数组不为空，否则在尝试访问array[0]时会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException。 如果数组可能包含null值（对于对象数组），则需要在代码中添加适当的检查。 如果数组非常大，考虑使用并行流（Java 8及以上版本）来提高查找效率。 六．一维数组的排序 （1）使用Java内置的排序方法 Java提供了Arrays.sort()方法，可以很容易地对数组进行排序。这个方法使用了快速排序算法，对于原始数据类型（如int、float等）的数组，非常高效。 （2）使用冒泡排序算法（Bubble Sort） 基本原理: 1) 比较相邻的元素：首先，比较数组中的相邻元素。如果第一个比第二个大（或者第一个比第二个小，取决于排序的顺序），则交换它们的位置。 2) 遍历数列：对数列进行遍历，重复步骤1，直到没有再需要交换的元素为止。这意味着该数列已经排序完成。 3) 重复上述步骤：对数列进行多轮遍历，每次遍历都会将一个元素放到它应该在的位置上。在第一轮遍历后，数列中最大的元素会被放在最后一个位置上；在第二轮遍历后，数列中第二大的元素会被放在倒数第二个位置上，依此类推。 4) 结束条件：当数列中的元素已经全部排好序时，排序过程结束 示例代码 冒泡排序算法的实现相对简单，但效率相对较低。对于一个有n个元素的数组，冒泡排序的时间复杂度为O(n^2)，空间复杂度为O(1)。这意味着当数组元素较多时，冒泡排序可能不是最优的选择。 （3）选择排序（Selection Sort） 工作原理是：首先在未排序的数组中找到最小（或最大）的元素，然后将其与数组的第一个元素交换位置。接着在剩下的未排序元素中找到最小（或最大）的元素，并将其与数组的第二个元素交换位置。这个过程一直重复，直到整个数组都被排序。 操作步骤： 1） 初始化：设置一个变量min来跟踪最小元素的位置。 2） 遍历数组：从数组的第二个元素开始，遍历数组，找到最小（或最大）元素。 3） 交换位置：将找到的最小（或最大）元素与当前最小元素的位置交换。 4） 重复步骤2和3：重复步骤2和3，每次都减少比较的范围，直到整个数组都被排序。 示例代码 选择排序的时间复杂度为O(n^2)，空间复杂度为O(1)。这意味着选择排序在处理大型数组时效率较低. 七．二维数组的声明及使用 在Java中，二维数组（有时也称为矩阵）是一个数组的数组，即一个数组中的每个元素都是一个数组。二维数组的声明和初始化与一维数组类似，但是需要指定行数和列数。 声明二维数组 二维数组的声明格式为： dataType[][] arrayName; 其中，dataType 是数组中元素的数据类型，arrayName 是数组的名称。 初始化二维数组方式 （1）静态初始化 在声明数组的同时，直接给出数组元素的值。 动态初始化 在声明数组后，使用 new 关键字分配内存空间。 八．二维数组元素 （1）访问二维数组元素 二维数组元素可以通过索引来访问，索引从0开始。行索引在前，列索引在后。 int element = matrix[1][2]; // 获取第2行第3列的元素 （2）修改二维数组元素 可以直接通过索引修改二维数组元素的值。 matrix[1][2] = 10; // 修改第2行第3列的元素为10 九．遍历二维数组 可以使用嵌套的for循环来遍历二维数组。 [限时练习] 1. 以下可以声明并初始化一个包含5个元素的int数组，元素值分别为1, 2, 3, 4, 5的是（ ） A. int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; B. int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; C. int numbers = new int[5]{1, 2, 3, 4, 5}; D. int numbers = new int[]{1, 2, 3, 4, 5}; D. 对象可以直接访问类的成员变量和成员方法 【答案】A 2. 以下方式可以访问二维数组matrix中第2行第3列的元素的是（ ） A. matrix[2, 3]; B. matrix[1][2]; C. matrix[3][2]; D. matrix[2][3]; 【答案】B 【解析】二维数组元素的访问方式是matrix[行索引][列索引]，索引从0开始。因此，选项B正确。 3. 以下方式可以创建一个名为matrix的二维数组，并指定数组有3行2列的是（ ） A. int matrix[][] = new int[3][2]; B. int[][] matrix = new int[2][3]; C. int matrix[3][2] = new int[][]; D. int[][] matrix = new int[][2]; 【答案】A 【解析】 创建二维数组的格式是“数据类型[][] 数组名 = new 数据类型[行数][列数]”。因此，选项A正确。 4以下可以访问一维数组numbers中的第3个元素的是（ ） A. numbers[2] B. numbers[3] C. numbers[1] D. numbers[0] 【答案】A 【解析】 一维数组的索引从0开始，因此第3个元素的索引是2。因此，选项A正确 5. 以下可以创建一个名为matrix的二维数组，并初始化其所有元素为0的是（ ） A. int[][] matrix = new int[3][2]; B. int[][] matrix = new int[3][2]{}; C. int[][] matrix = new int[][]{{0, 0}, {0, 0}, {0, 0}}; D. int[][] matrix = new int[3][2]{0}; 【答案】C 【解析】选项A：创建了一个3行2列的二维数组，但没有初始化元素，元素值默认为0。 选项B：与选项A相同，创建了一个3行2列的二维数组，但没有初始化元素。 选项D：语法错误，无法创建一个二维数组，只包含一个元素为0的数组。 6.数组必须先声明后创建才能使用。（ ） 【答案】正确 【解析】 数组声明只是告诉编译器要创建一个数组变量，但并未分配内存。只有通过创建（使用new关键字）才能为数组分配内存并使其可用。 7. Java中的数组类型可以包含不同类型的数据元素。（ ） 【答案】错误 【解析】 Java中的数组类型必须是统一的，即数组中所有元素的数据类型必须相同。 8.冒泡排序算法的时间复杂度为O(n log n)。（ ） 【答案】错误 【解析】冒泡排序算法的时间复杂度为O(n^2)，即其效率较低，不适合用于大型数组。 9.二维数组元素可以通过索引访问和修改。（ ） 【答案】正确 【解析】二维数组元素可以通过行索引和列索引访问和修改，例如：matrix[1][2] 表示访问第2行第3列的元素。 10. 创建一个一维数组，包含10个随机整数（1-100），计算并输出数组元素的总和。 【答案】 11. 创建一个一维数组，包含10个随机整数（1-100），找出并输出数组中的最大值和最小值。 【答案】 12. 创建一个一维数组，包含10个随机整数（1-100），使用冒泡排序算法对数组进行升序排序，并输出排序后的数组。 【答案】 13.创建一个一维数组，包含10个随机整数（1-100），找出并输出数组中的所有素数。 【答案】 [归纳小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$