Java数组篇[5]：数组的排序和查找

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今天我要给大家分享一些自己日常学习到的一些知识点，并以文字的形式跟大家一起交流，互相学习，一个人虽可以走的更快，但一群人可以走的更远。

我是一名后端开发爱好者，工作日常接触到最多的就是Java语言啦，所以我都尽量抽业余时间把自己所学到所会的，通过文章的形式进行输出，希望以这种方式帮助到更多的初学者或者想入门的小伙伴们，同时也能对自己的技术进行沉淀，加以复盘，查缺补漏。

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前言

在处理数组数据时，排序和查找是两个非常基本且重要的操作。排序可以帮助我们组织数据，而查找可以让我们快速定位到特定的数据项。

摘要

本文将介绍Java中数组排序和查找的方法，包括使用Java标准库中的Arrays类以及自定义排序和查找算法。

概述

排序算法有多种，如冒泡排序、选择排序、插入排序等，而查找则通常使用线性查找或二分查找。Java的Arrays类提供了一些方便的方法来对数组进行排序和二分查找。

数组排序

使用`Arrays.sort()`

Java的Arrays类提供了一个静态方法sort()，可以对数组进行排序。

import java.util.Arrays;int[] numbers = {5, 3, 8, 6, 2};
Arrays.sort(numbers);

自定义排序算法

你也可以实现自己的排序算法，例如冒泡排序。

void bubbleSort(int[] array) {boolean swapped;for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {swapped = false;for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {if (array[j] > array[j + 1]) {// Swap elementsint temp = array[j];array[j] = array[j + 1];array[j + 1] = temp;swapped = true;}}if (!swapped) break; // No need to continue if the array is already sorted}
}

数组查找

使用`Arrays.binarySearch()`

如果数组已经排序，可以使用Arrays.binarySearch()方法进行高效的查找。

int index = Arrays.binarySearch(numbers, targetValue);
if (index < 0) {System.out.println("元素未找到");
} else {System.out.println("元素位置: " + index);
}

线性查找

对于未排序的数组，可以使用线性查找来定位元素。

int linearSearch(int[] array, int target) {for (int i = 0; i < array.length; i++) {if (array[i] == target) {return i; // 元素找到，返回索引}}return -1; // 元素未找到，返回-1
}

使用案例分享

假设我们需要对用户输入的一系列数字进行排序，并查找特定的数字。

Scanner scanner = new Scanner(System.in);
int[] userInputs = new int[5];
for (int i = 0; i < userInputs.length; i++) {userInputs[i] = scanner.nextInt();
}
Arrays.sort(userInputs); // 对输入的数字进行排序int target = scanner.nextInt(); // 用户希望查找的数字
int index = Arrays.binarySearch(userInputs, target);
// 打印查找结果...

针对如上示例代码，这里我给大家详细的代码剖析下，以便于帮助大家理解的更为透彻，帮助大家早日掌握。

这段Java代码演示了如何从用户那里接收一系列整数输入，将这些输入存储在数组中，对数组进行排序，然后使用二分查找算法查找用户指定的目标值。下面是对代码的逐行解释以及如何完善它以打印查找结果：

Scanner scanner = new Scanner(System.in);：创建一个Scanner对象，用于从标准输入（通常是键盘）读取数据。
int[] userInputs = new int[5];：声明并初始化一个长度为5的整型数组userInputs，用于存储用户的输入。
接下来的for循环使用scanner.nextInt()方法读取用户输入的5个整数，并将它们存储在userInputs数组中。
Arrays.sort(userInputs);：使用Arrays类的sort方法对userInputs数组进行排序。
int target = scanner.nextInt();：读取用户希望查找的目标整数。
int index = Arrays.binarySearch(userInputs, target);：使用Arrays类的binarySearch方法在已排序的userInputs数组中查找目标整数的索引。
接下来的代码应该检查binarySearch方法返回的索引，并打印出相应的查找结果。目前这部分代码尚未完成，我们可以添加如下：

if (index < 0) {System.out.println("元素 " + target + " 在数组中未找到。");
} else {System.out.println("元素 " + target + " 在数组中的位置是: " + index);
}

这样，程序就可以根据binarySearch方法返回的索引值来告知用户目标值是否存在于数组中，如果存在，还能告诉用户其在数组中的位置。

请注意，Arrays.binarySearch方法假设数组是预先排序的。如果数组未排序，使用binarySearch可能会得到错误的结果。此外，如果数组中有重复的元素，binarySearch返回的索引可能是数组中任意一个匹配元素的位置。

完整的代码示例，包括用户输入和查找结果的打印，如下：

import java.util.Scanner;
import java.util.Arrays;public class ArraySortAndSearchExample {public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("请输入5个整数，输入完毕后请按回车键：");int[] userInputs = new int[5];for (int i = 0; i < userInputs.length; i++) {userInputs[i] = scanner.nextInt();}scanner.nextLine(); // 消耗掉行尾的换行符Arrays.sort(userInputs); // 对输入的数字进行排序System.out.println("排序后的数组: " + Arrays.toString(userInputs));System.out.print("请输入您希望查找的数字：");int target = scanner.nextInt();int index = Arrays.binarySearch(userInputs, target);if (index < 0) {System.out.println("元素 " + target + " 在数组中未找到。");} else {System.out.println("元素 " + target + " 在数组中的位置是: " + index);}scanner.close();}
}

这段代码还添加了用户提示信息，提高了程序的友好性和可用性。

应用场景案例

在处理大量的数据时，排序和查找是常见的需求，例如在数据库索引、搜索引擎或数据分析中。

优缺点分析

使用Arrays.sort()和Arrays.binarySearch()的优点：

简单易用。
经过优化，性能较好。

缺点：

Arrays.sort()可能不适用于所有类型的数据，需要自定义比较器。
Arrays.binarySearch()要求数组是预先排序的。

自定义排序和查找算法的优点：

更灵活，可以根据特定需求定制。

缺点：

实现复杂度较高。
性能可能不如标准库方法。

核心类方法介绍

Arrays.sort()：对数组进行排序。
Arrays.binarySearch()：在已排序的数组中进行二分查找。

测试用例

以下是使用main函数的一个测试用例，演示了数组的排序和查找。

测试代码

/*** @Author ms* @Date 2024-07-31 11:26*/
public class Test5 {public static void main(String[] args) {int[] numbers = {3, 1, 4, 1, 5};// 排序数组System.out.println("原始数组: " + Arrays.toString(numbers));Arrays.sort(numbers);System.out.println("排序后的数组: " + Arrays.toString(numbers));// 查找元素int target = 4;int index = Arrays.binarySearch(numbers, target);if (index < 0) {System.out.println("元素 " + target + " 未找到");} else {System.out.println("元素 " + target + " 的位置: " + index);}}
}

测试代码执行结果

根据如上测试用例，我本地演示结果展示如下，仅供参考哈，你们也可以自行修改测试用例或者添加更多的测试数据或测试方法，进行熟练学习以此加深理解。

代码分析

针对如上示例代码，这里我给大家详细的代码剖析下，以便于帮助大家理解的更为透彻，帮助大家早日掌握。

这段Java代码是一个完整的程序，它演示了如何使用Java标准库中的Arrays类对数组进行排序和查找操作。下面是对代码的逐行解释：

package com.secf.service.action.hpy.hys.ListDir;：定义了程序的包名，通常反映了公司或组织的层级结构。
import java.util.Arrays;：导入了Java的Arrays类，它提供了一系列操作数组的静态方法。
以多行注释形式提供了作者信息和日期。
public class Test5：定义了一个名为Test5的公共类。
public static void main(String[] args)：这是程序的入口点，main方法，它接受一个字符串数组args作为参数。
int[] numbers = {3, 1, 4, 1, 5};：声明并初始化了一个整型数组numbers。

7-9. 打印原始数组，并使用Arrays.sort()方法对数组进行排序，然后打印排序后的数组。

10-15. 定义了要查找的目标值target，使用Arrays.binarySearch()方法在排序后的数组中查找该元素。根据返回的索引值判断元素是否存在于数组中，并打印相应的消息。

当这段代码执行时，它将首先打印出原始数组，然后是排序后的数组，接着会尝试查找数字4在数组中的位置，并打印出查找结果。输出结果将类似于：

原始数组: [3, 1, 4, 1, 5]
排序后的数组: [1, 1, 3, 4, 5]
元素 4 的位置: 3

请注意，数组索引从0开始，所以如果元素4在数组中的位置是3，这意味着它是数组中的第四个元素。

这段代码展示了Java中数组排序和查找的基本操作，这些操作在处理数据集合时非常有用。Arrays.sort()方法对数组进行原地排序，而Arrays.binarySearch()方法则利用已排序数组的特点，通过二分查找算法高效地定位元素。如果数组未排序或元素不存在于数组中，binarySearch将返回一个负数，表示元素应该插入的位置以维持排序。在本例中，由于数组已经排序，binarySearch能够直接返回元素4的正确索引。