Как создать двумерный массив в java. Java Array. Массивы в Java. Java для начинающих

Java массивы

• Tutorial

Думаю, мало кто из готовящихся к своему первому интервью, при приеме на первую работу в должности (pre)junior программиста, ответит на этот вопрос отрицательно. Или хотя бы усомнится в положительном ответе. Конечно, такая простая структура данных с прямым доступом по индексу - никаких подвохов! Нет, в некоторых языках типа JavaScript или PHP массивы, конечно, реализованы очень интересно и по сути являются много большим чем просто массив. Но речь не об этом, а о «традиционной» реализации массивов в виде «сплошного участка памяти». В этом случае на основании индексов и размера одного элемента просто вычисляется адрес и осуществляется доступ к соответствующему значению. Что тут сложного?
Давайте разберемся. Например, на Java. Просим ничего не подозревающего претендента создать массив целых чисел n x n . Человек уверено пишет что-то в духе:
int g = new int[n][n];
Отлично. Теперь просим инициализировать элементы массива чем-нибудь. Хоть единицами, хоть суммой индексов. Получаем:
for(int i = 0; i < n; i++) { for(int j = 0; j < n; j++) { g[i][j] = i + j; } }
Даже чаще пишут
for(int i = 0; i < g.length; i++) { for(int j = 0; j < g[i].length; j++) { g[i][j] = i + j; } }
что тоже повод для беседы, но сейчас речь о другом. Мы ведь пытаемся выяснить, что человек знает и посмотреть, как он думает. По этому обращаем его внимание на тот факт, что значения расположены симметрично и просим сэкономить на итерациях циклов. Конечно, зачем пробегать все значения индексов, когда можно пройти только нижний треугольник? Испытуемый обычно легко соглашается и мудро выделяя главную диагональ старательно пишет что-то в духе:
for(int i = 0; i < n; i++) { g[i][i] = 2* i; for(int j = 0; j < i; j++) { g[j][i] = g[i][j] = i + j; } }
Вместо g[i][i] = 2* i; часто пишут g[i][i] = i + i; или g[i][i] = i << 1; и это тоже повод поговорить. Но мы идем дальше и задаем ключевой вопрос: На сколько быстрее станет работать программа? . Обычные рассуждения такие: почти в 2 раза меньше вычислений индексов; почти в 2 раза меньше вычислений значений (суммирование); столько же присваиваний. Значит быстрее процентов на 30. Если у человека за плечами хорошая математическая школа, то можно даже увидеть точное количество сэкономленных операций и более аргументированную оценку эффективности оптимизации.
Теперь самое время для главного удара. Запускаем оба варианта кода на каком-нибудь достаточно большом значении n (порядка нескольких тысяч), например, так .

Код с контролем времени

class A { public static void main(String args) { int n = 8000; int g = new int[n][n]; long st, en; // one st = System.nanoTime(); for(int i = 0; i < n; i++) { for(int j = 0; j < n; j++) { g[i][j] = i + j; } } en = System.nanoTime(); System.out.println("\nOne time " + (en - st)/1000000.d + " msc"); // two st = System.nanoTime(); for(int i = 0; i < n; i++) { g[i][i] = i + i; for(int j = 0; j < i; j++) { g[j][i] = g[i][j] = i + j; } } en = System.nanoTime(); System.out.println("\nTwo time " + (en - st)/1000000.d + " msc"); } }

под спойлер

program Time; uses Windows; var start, finish, res: int64; n, i, j: Integer; g: Array of Array of Integer; begin n:= 10000; SetLength(g, n, n); QueryPerformanceFrequency(res); QueryPerformanceCounter(start); for i:=1 to n-1 do for j:=1 to n-1 do g := i + j; QueryPerformanceCounter(finish); writeln("Time by rows:", (finish - start) / res, " sec"); QueryPerformanceCounter(start); for i:=1 to n-1 do for j:=1 to n-1 do g := i + j; QueryPerformanceCounter(finish); writeln("Time by cols:", (finish - start) / res, " sec"); end.

Если есть необходимость копнуть глубже именно в реализацию Java, то просим соискателя понаблюдать за временем выполнения для небольших значений n . Например, на ideone.com для n=117 «оптимизированный» вариант работает вдвое медленнее. Но для следующего значения n=118 он оказывается уже в 100 (сто) раз быстрее не оптимизированного! Предложите поэкспериментировать на локальной машине. Пусть поиграет с настройками.
Кстати, а всем понятно, что происходит?

Несколько слов в оправдание

Хочу сказать несколько слов в оправдание такого способа собеседования при найме. Да, я не проверяю знание синтаксиса языка и владение структурами данных. Возможно, при цивилизованном рынке труда это все работает. Но в наших условиях тотальной нехватки квалифицированных кадров, приходится оценивать скорее перспективную адекватность претендента той работе с которой он столкнется. Т.е. способность научиться, прорваться, разобраться, сделать.
По духу это похоже на «собеседованию» при наборе легионеров в древнем Риме. Будущего вояку сильно пугали и смотрели краснеет он или бледнеет. Если бледнеет, то в стрессовой ситуации у претендента кровь отливает от головы и он склонен к пассивной реакции. Например, упасть в обморок. Если же соискатель краснел, то кровь у него к голове приливает. Т.е. он склонен к активным действиям, бросаться в драку. Такой считался годным.
Ну и последнее. Почему я рассказал об этой задаче всем, а не продолжаю использовать её на собеседованиях? Просто, эту задачу уже «выучили» потенциальные соискатели и приходится использовать другие.
Собственно на этот эффект я обратил внимание именно в связи с реальной задачей обработки изображений. Ситуация была несколько запутанная и я не сразу понял почему у меня так просел fps после рефакторинга. А вообще таких чуднЫх моментов наверное много накопилось у каждого.

Пока лидирует версия, что «виноват» кэш процессора. Т.е. последовательный доступ в первом варианте работает в пределах хэша, который обновляется при переходе за определенную границу. При доступе по столбцам хэш вынужден постоянно обновляться и это занимает много времени. Давайте проверим эту версию в самом чистом виде. Заведем массив и сравним, что быстрее - обработать все элементы подряд или столько же раз обработать элементы массива со случайным номером? Вот эта программа - ideone.com/tMaR2S . Для 100000 элементов массива случайный доступ обычно оказывается заметно быстрее. Что же это означает?
Тут мне совершенно справедливо указали (Big_Lebowski), что перестановка циклов меняет результаты в пользу последовательного варианта. Пришлось для чистоты эксперимента поставить цикл для разогрева. Заодно сделал несколько повторов, чтобы вывести среднее время работы как советовал leventov. Получилось так ideone.com/yN1H4g . Т.е. случайный доступ к элементам большого массива на ~10% медленнее чем последовательный. Возможно и в правду какую-то роль может сыграть кэш. Однако, в исходной ситуации производительность проседала в разы. Значит есть еще что-то.

Постепенно в лидеры выходит версия про дополнительные действия при переходе от одной строки массива к другой. И это правильно. Осталось разобраться, что же именно там происходит.

Теги:

• Программирование
• массивы
• память

Мы научились создавать одномерные массивы. Подобным образом в Java можно создать двумерный, трехмерный, четырехмерный… иначе говоря, многомерные массивы. Многомерный массив в Java по сути является массивом из массивов.

Популярным примером использования такого рода массивов, являются матрицы, для представления которых, используются двумерные массивы. Итак, что же такое матрица и как ее представить с помощью двумерного массива в Java.

Матрицы и двумерные массивы в Java

Матрица это прямоугольная таблица, состоящая из строк и столбцов на пересечении которых находятся её элементы. Количество строк и столбцов матрицы задают ее размер.

Общий вид матрицы размером m x n (m — количество строк, n — количество столбцов), выглядит следующим образом:

Каждый элемент матрицы имеет свой индекс, где первая цифра обозначает номер строки на которой находится элемент, а вторая — номер столбца.

Рассмотрим примеры конкретных матриц и создадим их с помощью Java.

Матрица A имеет размерность 2 на 3 (2 строки, 3 столбца). Создадим двухмерный массив этой размерности:

Int matrixA; matrixA = new int ;

Мы объявили двумерный массив целых чисел (поскольку матрица в данном случае содержит целые числа) и зарезервировали для него память. Для этого мы использовали 2 индекса: первый индекс определяет строку и ее размер, второй индекс определяет столбец и его размер.

Для доступа к элементам двумерного массива необходимо использовать 2 индекса: первый для строки, второй – для столбца. Как и в случае с одномерными массивами, индексы также начинаются с нуля. Поэтому нумерация строк и столбцов в таблице начинается с 0.

MatrixA = 1; matrixA = -2; matrixA = 3; matrixA = 4; matrixA = 1; matrixA = 7;

Для того, чтобы вывести матрицу на консоль, нужно пройти все элементы, используя два цикла. Количество циклов, при прохождении элементов массива, равно его размерности. В нашем случае первый цикл осуществляется по строкам, второй — по столбцам.

For (int i = 0; i < 2; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { System.out.print(matrixA[i][j] + "\t"); } System.out.println(); }

То есть, сначала выводим все элементы первой строки, отделяя их символом табуляции "\t", переносим строку и выводим все элементы второй строки.

Полностью код для матрицы А выглядит следующим образом:

Public class Matrix { public static void main(String args) { int matrixA; matrixA = new int; matrixA = 1; matrixA = -2; matrixA = 3; matrixA = 4; matrixA = 1; matrixA = 7; for (int i = 0; i < 2; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { System.out.print(matrixA[i][j] + "\t"); } System.out.println(); } } }

Для матрицы B воспользуемся упрощенным способом инициализации — в момент объявления. По аналогии с одномерными массивами.

Int matrixB = { {-9,1,0}, {4,1,1}, {-2,2,-1} };

Каждую строку массива необходимо заключить в пару фигурных скобок и отделить друг от друга запятой.

Полностью код для матрицы B :

Public class Matrix { public static void main(String args) { int matrixB = { {-9,1,0}, {4,1,1}, {-2,2,-1} }; for (int i = 0; i < 3; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { System.out.print(matrixB[i][j] + "\t"); } System.out.println(); } } }

Рассмотрим инициализацию в цикле для двумерного массива на примере таблицы умножения.

Public class Mult { public static void main(String args) { // создаем двумерный массив 10 на 10 int multiplyTab = new int; // цикл по первой размерности for (int i = 0; i < 10; i++) { // цикл по второй размерности for (int j = 0; j < 10; j++) { //инициализация элементов массива multiplyTab[i][j] = (i+1)*(j+1); //вывод элементов массива System.out.print(multiplyTab[i][j] + "\t"); } System.out.println(); } } }

Здесь инициализация элементов значениями таблицы умножения совмещена с их выводом на консоль в одном цикле.

Многомерные и несимметричные массивы.

Создаются многомерные массивы в Java аналогичным способом. Количество квадратных скобок указывает на размерность.
Примеры создания массивов фиксированной длины:

Int a = new int;// двумерный массив int b = new int;// трехмерный массив int c = new int;// четырехмерный массив // и т.д.

Однако, не обязательно изначально указывать размер на всех уровнях, можно указать размер только на первом уровне.

Int a1 = new int;// двумерный массив с 5 строками

В данном случае, пока неизвестно сколько будет элементов в каждой строке, это можно определить позже, причем, массив может содержать в каждой строке разное количество элементов, то есть быть несимметричным . Определим количество элементов в каждой строке для массива a1

A1 = new int ; a1 = new int ; a1 = new int ; a1 = new int ; a1 = new int ;

В результате, при выводе на экран,

For(int i = 0; i

массив будет иметь такой вид:

0
0 0
0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0 0

При создании массива его элементы автоматически инициализируются нулями, поэтому в это примере на экран выведены нули.

Упражнения на тему многомерные массивы в Java:

1. Создайте массив размерностью 5 на 6 и заполните его случайными числами (в диапазоне от 0 до 99). Выведите на консоль третью строку
2. Даны матрицы С и D размерностью 3 на 3 и заполненные случайными числами в диапазоне от 0 до 99. Выполните по отдельности сначала сложение, потом умножения матриц друг на друга. Выведете исходные матрицы и результат вычислений на консоль.
3. Просуммируйте все элементы двумерного массива.
4. Дан двумерный массив, содержащий отрицательные и положительные числа. Выведете на экран номера тех ячеек массива, которые содержат отрицательные числа.
5. Отсортируйте элементы в строках двумерного массива по возрастанию

Что такое массив?

Массив в Java - это набор элементов одного типа, обратиться к которым можно по индексу.

Элементы массивов в Java расположены друг за другом в памяти компьютера. Ниже разбирается пример массива в Java.

Объявление массива в Java

Объявим массив, для хранения элементов типа int:

Здесь объявлена переменная arr, которая является массивом. Чтоб использовать эту переменную нужно её определить.

Определение массива в Java

Для определения массива в Java следует указать его длину, т.е. количество элементов, которые могут в нём храниться:

В нашем массиве бедет храниться 5 элементов.

Массив - это набор элементов. К каждому элементу массива можно обратиться по его номеру. Номер принято называть индексом. Нумерация элементов массива в Java идёт с нуля.

Как загрузить элементы в массив?

Присвоим значение первому элементу массива, а первый элемент имеет индекс ноль:

Присвоим значение второму элементу массива, а второй элемент имеет индекс один:

for(int inn = 0; inn < 5; inn++)
{
arr = inn;
}

Можно при объявлении массива сразу загрузить в него значения:

int arr = {0, 1, 2, 3, 4};

количество элементов здесь равно 5-ти, т.е. нет необходимости указать число элементов, оно будет определено автоматически.

Как получить элементы из массива?

К каждому элементу массива можно обратиться по его номеру. Чтоб получить элемент массива, надо указать имя массива и индекс элемента:

это первый элемент массива, ведь у первого элемета индекс ноль.

Присвоим значение третьего элемента массива переменной int a:

Выведем в цикле все элементы массива (переберем массив):

For(int inn = 0; inn < 5; inn++) { System.out.println("arr[" + inn + "] = " + arr); }

Упрощенный вариант цикла для вывода массива таков:

For(int inn: arr) { System.out.println("arr[" + inn + "] = " + arr); }

Как удалить массив в Java?

Удалить массив в Java можно так:

Как получить длину массива в Java?

Длину массива в Java получаем так:

int arrLength = arr.length;

Как получить первый элемент массива в Java?

int firstElem = arr;

Как получить полследний элемент массива в Java?

int lastElem = arr;

Как в Java задать массив переменной длины?

Как в Java задать массив переменной длины? Никак. Когда вы определяете массив, тогда и задаёте его длину, изменить её в дальнейшем нельзя. В таких случаях используют коллекции, например: Vector, ArrayList и др.

Итак, перемнной длина массива быть не может. Но можно использовать переменную при определении массива. Если так:

int cd;
int ab = new int;//Error.

то получим ошибку, длина массива не может быть переменной.

Надо задать значение cd:

int cd = 10;
int ab = new int;

Теперь нормально. Если после определения массива изменить переменную cd, то это не повлияет на массив, т.е. его длина не изменится. Пример:

Int cd = 10; int ab = new int; cd = 12;// Это можно arrLength = ab.length; System.out.println("ab array length = " + arrLength); //Выводит: ab array length = 10 ab=4;// А вот здесь ошибка

Получим ошибку:

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 11

Максимальный индекс нашего массива равен 9-ти. Изменение значения переменной cd не влияет на массив, ведь он уже определен и его длина есть константа.

Переменные можно использовать для обращения к элементам массива:

Int var = 1;
int elem = arr;
var = 2;
elem = arr;

Массив символов в Java

Пример массива символов в Java и его вывода:

Char charArr = {"S", "B", "P"}; for(int inn = 0; inn < charArr.length; inn++) { System.out.println("charArr[" + inn + "] = " + charArr); }

Как заполнить массив в Java?

Заполнить массив можно с помощью статического метода fill.

Массив – это набор однотипных переменных, на которые ссылаются по общему имени. Массивы можно создавать из элементов любого типа, и они могут иметь одно или несколько измерений. К определенному элементу в массиве обращаются по его индексу (номеру). В заметке мы рассмотрим обработку одномерных и двумерных массивов.

Одномерные массивы в Java

Одномерный массив – это, по существу, список однотипных переменных. Чтобы создать массив, сначала следует создать переменную массива (array variable) желательного типа. Общий формат объявления одномерного массива:
type var-name ;
Здесь type объявляет базовый тип массива; var-name – имя переменной массива. Базовый тип определяет тип данных каждого элемента массива. Например, объявление одномерного массива int-компонентов с именем month_days имеет вид:
int month_days ;
Хотя это объявление и устанавливает факт, что month_days является переменной массива, никакой массив в действительности не существует. Фактически, значение month_days установлено в null (пустой указатель), который представляет массив без значения. Чтобы связать month_days с факти­ческим, физическим массивом целых чисел, нужно выделить память для него, используя операцию new , и назначать ее массиву month_days ; new – это специальная операция, которая распределяет память.

Общий формат new в применении к одномерным массивам имеет вид:
array-var = new type ;
где type – тип распределяемых данных, size – число элементов в массиве, array-var– переменная, которая связана с массивом. Чтобы использовать new для распределения памяти под массив, нужно специфицировать тип и число элементов массива. Элементы в массиве, выделенные операцией new , будут автоматически инициализированы нулями. Следующий пример распределяет память для 12-элементного массива целых чисел и связывает его с переменной month_days .
month_days = new int;
После того как эта инструкция выполнится, month_days будет ссылаться на массив из двенадцати целых чисел. Затем все элементы в массиве будут инициализированы нулями.
Процесс получения массива включает два шага. Во-первых, следует объявить переменную массива желательного типа. Во-вторых, необходимо выделить память, которая будет содержать массив, используя операцию new , и назначать ее переменной массива. Таким образом, в Java все массивы явля­ются динамически распределяемыми.

Как только вы выделили память для массива, можно обращаться к определенному элементу в нем, указывая в квадратных скобках индекс. Нумерация элементов массива начинается с нуля. Имена массивов являются ссылками.

Возможна комбинация объявления переменной типа массив с выделением массиву памяти непосредственно в объявлении:
int month_days = new int;

Рассмотрим код программы, выполняющей замену отрицательных элементов массива на максимальный элемент:

Public class FindReplace { public static void main(String args) { int myArray; // объявление без инициализации int mySecond = new int; /* выделение памяти с инициализацией значениями по умолчанию */ int a = {5, 10, 0, -5, 16, -2}; // объявление с инициализацией int max = a; for (int i = 0; i < a.length; i++) { if (a[i]<0) a[i] = max; mySecond[i] = a[i]; System.out.println("a[" + i + "]=" + a[i]); } myArray = a; // установка ссылки на массив a } }

В результате выполнения будет выведено:

>java FindReplace a=5 a=10 a=0 a=5 a=16 a=5

Присваивание mySecond[i] = a[i] приведет к тому, что части элементов массива mySecond , а именно шести, будут присвоены значения элементов массива a . Остальные элементы mySecond сохранят значения, полученные при инициализации, то есть нули. Если же присваивание организовать в виде mySecond = a или myArray = a , то оба массива участвующие в присваивании получат ссылку на массив a , то есть оба будут содержать по шесть элементов и ссылаться на один и тот же участок памяти.
Массивы можно инициализировать во время их объявления. Процесс во многом аналогичен тому, что используется при инициализации простых ти­пов. Инициализатор массива – это список разделенных запятыми выражений, окруженный фигурными скобками. Массив будет автоматически создаваться достаточно большим, чтобы содержать столько элементов, сколько вы определяете в инициализаторе массива. Нет необходимости использовать операцию new . Например, чтобы хранить число дней в каждом месяце, сле­дующий код создает инициализированный массив целых чисел:

Public class MonthDays { public static void main(String args) { int month_days = {31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31}; System.out.println("Апрель содержит " + month_days + " дней."); } }

В результате выполнения программы на экран будет выведено:

Апрель содержит 30 дней.

Замечание: Java делает строгие проверки, чтобы удостовериться, что вы случайно не пробуете сохранять или читать значения вне области хранения массива. Исполнительная система Java тоже делает тщательные проверки, чтобы убедиться, что все индексы массивов находятся в правильном диапазоне. (В этом отношении Java существенно отличается от языков C/C++ , которые не обеспечивают проверки границ во время выполнения).

Многомерные массивы в Java

В Java многомерные массивы – это, фактически, массивы массивов. Они выглядят и действуют подобно регулярным многомерным массивам. Однако имеется пара тонких различий. Чтобы объявить многомерную переменную массива, определите каждый дополнительный индекс, используя другой набор квадратных скобок. Например, следующее утверждение объявляет переменную двумерного массива с именем twoD:
int twoD = new int;
Оно распределяет память для массива 4x5 и назначает ее переменной twoD . Внутренне эта матрица реализована как массив массивов целых чисел тип int .
Многомерные массивы возможно инициализировать. Для этого просто включают инициализатор каждого измерения в его собственный набор фи­гурных скобок.
В следующей программе создаются и инициализируются массивы массивов равной длины (матрицы), и выполняется произведение одной матрицы на другую:

Public class Matrix { private int a; Matrix(int n, int m) { // создание и заполнение с random a = new int[n][m]; for (int i = 0; i < n; ++i) for (int j = 0; j < m; ++j) a[i][j] = (int) (Math.random()*5); show(); } public Matrix(int n, int m, int k) { // создание и заполнение с random a = new int[n][m]; for (int i = 0; i < n; ++i) for (int j = 0; j < m; ++j) a[i][j] = k; if (k != 0) show(); } public void show() { System.out.println("Матрица:" + a.length + " на " + a.length); for (int i = 0; i < a.length; ++i) { for (int j = 0; j < a.length; ++j) System.out.print(a[i][j] + " "); System.out.println(); } } public static void main(String args) { int n = 2, m = 3, z = 4; Matrix p = new Matrix(n, m); Matrix q = new Matrix(m, z); Matrix r = new Matrix(n, z, 0); for (int i = 0; i < p.a.length; ++i) for (int j = 0; j < q.a.length; ++j) for (int k = 0; k < p.a[i].length; ++k) r.a[i][j] += p.a[i][k]*q.a[k][j]; System.out.println("Произведение матриц: "); r.show(); } }

Так как значения элементам массивов присваиваются при помощи метода random() , то одним и вариантов выполнения кода может быть следующий:

> javac Matrix.java > java Matrix Матрица:2 на 3 3 2 0 3 3 1 Матрица:3 на 4 1 2 2 3 3 2 3 2 1 2 3 2 Произведение матриц: Матрица:2 на 4 9 10 12 13 13 14 18 17

Следующий пример демонстрирует копирование массива:

Public class ArrayCopyDemo { public static void main(String args) { int mas1 = {1,2,3}, mas2 = {4,5,6,7,8,9}; System.out.print("mas1: "); show(mas1); System.out.print("mas2: "); show(mas2); // копирование массива mas1 в mas2 System.arraycopy(mas1, 0, mas2, 2, 3); /* 0 - mas1 копируется начиная с нулевого элемента * 2 - элемент, с которого начинается замена * 3 - количество копируемых элементов */ System.out.println("\n после arraycopy(): "); System.out.print("mas1: "); show(mas1); System.out.print("\nmas2: "); show(mas2); } private static void show(int mas) { for (int i = 0; i < mas.length; ++i) System.out.print(" " + mas[i]); } }

Результат выполнения программы:

> javac ArrayCopyDemo.java > java ArrayCopyDemo mas1: 1 2 3mas2: 4 5 6 7 8 9 после arraycopy(): mas1: 1 2 3 mas2: 4 5 1 2 3 9

Альтернативный синтаксис объявления массива

Существует иная форма, которая может использоваться для объявления массива:
type var-name;
Здесь квадратные скобки следуют за спецификатором типа, а не именем переменной массива. Например, следующие два объявления эквивалентны:

Int al = new int; int a2 = new int;
Представленные здесь объявления также эквивалентны:
char twodi = new char; char twod2 = new char;
Эта альтернативная форма объявления включена, главным образом, для удобства.