集合及数据结构第五节————ArrayList的介绍和应用

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集合及数据结构第五节————ArrayList的介绍和应用

ArrayList的介绍和应用

1. 什么是ArrayLis
2. ArrayList使用
3. 简单的洗牌算法
4. 杨辉三角

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一、ArrayList

1.什么是ArrayList

在集合框架中，ArrayList是一个普通的类，实现了List接口，具体框架图如下：

【说明】

1. ArrayList是以泛型方式实现的，使用时必须要先实例化
2. ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问
3. ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的
4. ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的
5. 和Vector不同，ArrayList不是线程安全的，在单线程下可以使用，在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList
6. ArrayList底层是一段连续的空间，并且可以动态扩容，是一个动态类型的顺序表

2.ArrayList使用（ * * * ）

ArrayList的构造

ublic static void main(String[] args) {// ArrayList创建，推荐写法
// 构造一个空的列表ArrayList<Integer> list1 = new ArrayList<>();
// 构造一个具有10个容量的列表ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<>(10);list2.add(1);list2.add(2);list2.add(3);list2.add(0,56);
// list2.add("hello"); // 编译失败，List<Integer>已经限定了，list2中只能存储整形元素
// list3构造好之后，与list中的元素一致for (int i = 0; i < list2.size(); i++) {//通过循环遍历数组System.out.print(list2.get(i) + " "); }System.out.println();ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);
// 避免省略类型，否则：任意类型的元素都可以存放，使用时将是一场灾难ArrayList list4 = new ArrayList();list4.add("111");list4.add(100);System.out.println(list4);//通过重写的toString方法（继承父类的）打印list4；}

ArrayList常见操作

ArrayList虽然提供的方法比较多，但是常用方法如下所示：

方法	解释
boolean add(E e)	尾插 e
void add(int index, E element)	将 e 插入到 index 位置
boolean addAll(Collection<? extends E> c)	尾插 c 中的元素
E remove(int index)	删除 index 位置元素
boolean remove(Object o)	删除遇到的第一个 o
E get(int index)	获取下标 index 位置元素
E set(int index, E element)	将下标 index 位置元素设置为 element
void clear()	清空
boolean contains(Object o)	判断 o 是否在线性表中
int indexOf(Object o)	返回第一个 o 所在下标
int lastIndexOf(Object o)	返回最后一个 o 的下标
List< E > subList(int fromIndex, int toIndex)	截取部分 list

（? extends E）是指 ：？是不是E本身或者E的子类

首先先创建一个Sting类型的顺序表并存入一些书籍，并打印一下

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("《三国演义》");list.add("《水浒传》");list.add("《西游记》");list.add("《红楼梦》");System.out.println(list);

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将list中的元素全部尾插到list1中

        ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();list1.add("《三字经》");list1.addAll(list);System.out.println(list1);

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获取list中有效元素个数

System.out.println(list.size());

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获取和设置index位置上的元素，注意index必须介于[0, size)间

        System.out.println(list.get(1));list.set(1, "《论语》");System.out.println(list.get(1));

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在list的index位置插入指定元素，index及后续的元素统一往后搬移一个位置

        list.add(1, "《Java数据结构》");System.out.println(list);

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删除指定元素，找到了就删除，该元素之后的元素统一往前搬移一个位置

        list.remove("《西游记》");System.out.println(list);

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删除list中index位置上的元素，注意index不要超过list中有效元素个数,否则会抛出下标越界异常

        list.remove(list.size()-1);System.out.println(list);

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检测list中是否包含指定元素，包含返回true，否则返回false

System.out.println(list.contains("《测试书籍》"));

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查找指定元素第一次出现的位置：indexOf从前往后找，lastIndexOf从后往前找

list.add("《JavaSE》");System.out.println(list.indexOf("《JavaSE》"));System.out.println(list.lastIndexOf("《JavaSE》"));

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使用list中[1, 4)之间的元素构成一个新的SubList返回。

        List<String> ret = list.subList(1,4);System.out.println(ret);

但是和ArrayList共用一个elementData数组（SubList截取不是产生一个新的对象，而是直接让ret指向list中[1,4)的元素。）

        ret.set(0,"《鬼谷子》");System.out.println(list);System.out.println(ret);

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清空顺序表中的元素

        list.clear();System.out.println(list.size());

完整代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class Test  {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("《三国演义》");list.add("《水浒传》");list.add("《西游记》");list.add("《红楼梦》");System.out.println(list);// 获取list中有效元素个数System.out.println(list.size());// 获取和设置index位置上的元素，注意index必须介于[0, size)间System.out.println(list.get(1));list.set(1, "《水浒传》");System.out.println(list.get(1));// 在list的index位置插入指定元素，index及后续的元素统一往后搬移一个位置list.add(1, "《Java数据结构》");System.out.println(list);// 删除指定元素，找到了就删除，该元素之后的元素统一往前搬移一个位置list.remove("《西游记》");System.out.println(list);// 删除list中index位置上的元素，注意index不要超过list中有效元素个数,否则会抛出下标越界异常list.remove(list.size()-1);System.out.println(list);// 检测list中是否包含指定元素，包含返回true，否则返回falseif(list.contains("《测试书籍》")){list.add("《测试书籍》");}//查找指定元素第一次出现的位置：indexOf从前往后找，lastIndexOf从后往前找list.add("《JavaSE》");System.out.println(list.indexOf("《JavaSE》"));System.out.println(list.lastIndexOf("《JavaSE》"));// 使用list中[1, 4)之间的元素构成一个新的SubList返回,但是和ArrayList共用一个elementData数组List<String> ret = list.subList(1,4);System.out.println(ret);list.clear();System.out.println(list.size());}
}

第一次使用Add方法时，会分配大小为10的内存

ArrayList的遍历

ArrayList 可以使用三方方式遍历：for循环+下标、foreach、使用迭代器

public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(1);list.add(2);list.add(3);list.add(4);list.add(5);
// 使用下标+for遍历for (int i = 0; i < list.size(); i++) {System.out.print(list.get(i) + " ");}System.out.println();
// 借助foreach遍历for (Integer x : list) {System.out.print(x+ " ");}System.out.println();//使用迭代器//要导入包-----》import java.util.Iterator;Iterator<Integer> it = list.listIterator();while (it.hasNext()) {System.out.print(it.next() + " ");}}

注意：

1. ArrayList最长使用的遍历方式是：for循环+下标 以及 foreach
2. 迭代器是设计模式的一种。

ArrayList的扩容机制

下面代码有缺陷吗？为什么？

public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 100; i++) {list.add(i);}
}

ArrayList是一个动态类型的顺序表，即：在插入元素的过程中会自动扩容。以下是ArrayList源码中扩容方式：

Object[] elementData; // 存放元素的空间
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 默认空间
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 默认容量大小
public boolean add(E e) {ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!elementData[size++] = e;return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
} 
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)grow(minCapacity);
}
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
private void grow(int minCapacity) {// 获取旧空间大小int oldCapacity = elementData.length;// 预计按照1.5倍方式扩容int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);// 如果用户需要扩容大小 超过 原空间1.5倍，按照用户所需大小扩容if (newCapacity - minCapacity < 0)newCapacity = minCapacity;// 如果需要扩容大小超过MAX_ARRAY_SIZE，重新计算容量大小if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);// 调用copyOf扩容elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);}private static int hugeCapacity(int minCapacity) {// 如果minCapacity小于0，抛出OutOfMemoryError异常if (minCapacity < 0)throw new OutOfMemoryError();return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
}

【总结】

1. 检测是否真正需要扩容，如果是调用grow准备扩容
2. 预估需要库容的大小

• 初步预估按照1.5倍大小扩容
• 如果用户所需大小超过预估1.5倍大小，则按照用户所需大小扩容
• 真正扩容之前检测是否能扩容成功，防止太大导致扩容失败

3. 使用copyOf进行扩容

二、ArrayList的具体使用

1.简单的洗牌算法（ * * * ）（3 2 ：31：52）

首先建立一个Card类用于描述我们的扑克

public class Card {private String suit; //花色private int rank;//数字public Card(String suit, int rank) {this.suit = suit;this.rank = rank;}public String getSuit() {return suit;}public int getRank() {return rank;}public void setSuit(String suit) {this.suit = suit;}public void setRank(int rank) {this.rank = rank;}@Overridepublic String toString() {return "花色" + suit + "数字" + rank;}
}

洗牌

接下来需要买一副牌，其实也就是对我们的牌进行初始化
一共四个花色，每一种花色对应13张牌

private  void swap(List<Card> cardList,int random, int i){// subscript下标的数据与 i 下标的数据进行交换Card temp = cardList. get(i);cardList.set(i,cardList.get(random));cardList.set(random,temp);}public void shuffle(List<Card> cardList){//生成随机数Random random = new Random();for (int i = cardList.size()-1; i > 0 ; i--) {int subscript = random.nextInt(i);// subscript下标的数据与 i 下标的数据进行交换swap(cardList,i,subscript);}}

接牌

三个人轮流摸牌，这里采用二维数组的思想来实现，也就是List里面的元素是List
摸一张牌，排队里就少一张牌，这里操作起来非常简单，只需要将牌堆deck的0下标进行删除就好
使用E remove(int index)删除当前下标的元素，并返回该元素，将该元素添加到每一位玩家的手中

  public void  getCard(List<Card> cardList){List<List<Card>> players = new ArrayList<>();List<Card> player1 = new ArrayList<>();List<Card> player2 = new ArrayList<>();List<Card> player3 = new ArrayList<>();players.add(player1);players.add(player2);players.add(player3);//3个人轮流接5张牌for (int i = 0; i < 5; i++) {//j代表玩家for (int j = 0; j < 3; j++) {Card card = cardList.remove(0);players.get(j).add(card);}}System.out.println("第一个玩家的牌：");System.out.println(player1);System.out.println("第二个玩家的牌：");System.out.println(player2);System.out.println("第三个玩家的牌：");System.out.println(player3);System.out.println("剩下的牌");System.out.println(cardList);}

Test类

package card;
import java.util.List;public class Test {public static void main(String[] args) {CardDemo cardDemo = new CardDemo();List<Card> cardList =  cardDemo.buyCard();System.out.println("买的牌如下");System.out.println(cardList);System.out.println("洗牌");cardDemo.shuffle(cardList);System.out.println(cardList);System.out.println("接牌");cardDemo.getCard(cardList);}
}

作用域：

2. 杨辉三角 （ * * * ）（3 1 ：45：00）

给定一个非负整数 numRows，生成「杨辉三角」的前 numRows 行。

在「杨辉三角」中，每个数是它左上方和右上方的数的和。

示例 1:

输入: numRows = 5
输出: [[1],[1,1],[1,2,1],[1,3,3,1],[1,4,6,4,1]]
示例 2:

输入: numRows = 1
输出: [[1]]

提示:

1 <= numRows <= 30

通过观察我们发现，杨辉三角的第一位总是1，并且每一行的最后一个与第一个都为1；其余的等于上面一行的两个数相加

    public List<List<Integer>> generate(int numRows) {//<List<Integer>>表示二维数组List<List<Integer>> ret = new ArrayList<>();//创建一个二维数组//1. 处理第一行List<Integer> List = new ArrayList<>();//二维数组的列List.add(1);//第一行的第一列是1ret.add(List);//ret指向list//2.第一行只有一个1，从第二行开始计算每一列的数据for(int i = 1;i < numRows ;i++){//3.先准备当前行数据List<Integer> curRow = new  ArrayList<>();//当前行//4.准备当前行的第一个数据curRow.add(1);//每一行的第一个元素都是1//5.准备当前行的中间数据List<Integer> prevRow = ret.get(i-1);//获取上一行的元素for(int j = 1;j < i ; j++){//从下标1的元素开始计算 int value = prevRow.get(j) + prevRow.get(j - 1);//该元素等于上一行中当前列与上一列的和curRow.add(value);//将算出的该元素的值放到当前行对应下标处}//6.准备当前行的最后一个数据curRow.add(1);//每一行最后一个元素也是1//7.将当前行放进二维数组对应的行中ret.add(curRow);}return ret;}