第五章 数组与集合 —— 批量数据的管理
5.1 数组的深入理解
Java数组详解
// 数组的声明与初始化
// 方式1：声明并分配空间
int[] numbers = new int[5]; // 默认值0
String[] names = new String[3]; // 默认值null
// 方式2：声明并赋值
int[] scores = {85, 92, 78, 90, 88};
// 方式3：分步
int[] ages;
ages = new int[]{18, 20, 22};
// 数组内存分析
// int[] arr = new int[3];
// 栈内存: arr -> 堆内存地址 0x1000
// 堆内存: 0x1000: [0, 0, 0]（初始值）
// 数组遍历
int[] data = {1, 2, 3, 4, 5};
// 传统for循环
for (int i = 0; i < data.length; i++) {
System.out.println(data[i]);
}
// 增强for循环
for (int num : data) {
System.out.println(num);
}
// 多维数组
int[][] matrix = {
{1, 2, 3},
{4, 5, 6},
{7, 8, 9}
};
// 不规则数组（锯齿数组）
int[][] jagged = new int[3][];
jagged[0] = new int[2];
jagged[1] = new int[4];
jagged[2] = new int[3];
// 数组常用操作
int[] arr = {5, 2, 8, 1, 9};
Arrays.sort(arr); // 排序：[1,2,5,8,9]
int index = Arrays.binarySearch(arr, 5); // 二分查找：2
int[] copy = Arrays.copyOf(arr, 10); // 复制并扩展
boolean equal = Arrays.equals(arr, copy); // 比较内容
Arrays.fill(arr, 0); // 填充为0
// 数组的局限性
// 1. 长度固定，无法动态扩展
// 2. 只能存储同类型数据
// 3. 插入删除效率低（需要移动元素）
Python列表的灵活性
# Python列表（动态数组）
lst = [1, 2, 3, 4, 5]
# 切片操作（强大功能）
print(lst[1:4]) # [2, 3, 4]
print(lst[:3]) # [1, 2, 3]
print(lst[2:]) # [3, 4, 5]
print(lst[::2]) # [1, 3, 5]（步长2）
print(lst[::-1]) # [5, 4, 3, 2, 1]（反转）
# 修改元素
lst[2] = 99 # [1, 2, 99, 4, 5]
# 添加元素
lst.append(6) # 末尾添加
lst.insert(0, 0) # 指定位置插入
lst.extend([7, 8]) # 扩展多个
# 删除元素
lst.pop() # 删除末尾，返回被删元素
lst.pop(2) # 删除索引2
lst.remove(99) # 删除值为99的第一个元素
del lst[0] # 删除索引0
# 列表常用操作
numbers = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2]
numbers.sort() # 原地排序
sorted_numbers = sorted(numbers) # 返回新列表
numbers.reverse() # 反转
print(len(numbers)) # 长度
print(max(numbers)) # 最大值
print(min(numbers)) # 最小值
print(sum(numbers)) # 求和
# 列表推导式（高效创建列表）
squares = [x**2 for x in range(10)]
even_squares = [x**2 for x in range(20) if x % 2 == 0]
matrix = [[i*j for j in range(5)] for i in range(5)]
# 列表作为栈和队列
# 栈（后进先出）
stack = []
stack.append(1)
stack.append(2)
stack.pop() # 2
# 队列（先进先出，使用collections.deque效率高）
from collections import deque
queue = deque([1, 2, 3])
queue.append(4)
queue.popleft() # 1
5.2 集合框架的高级用法
Java集合框架
import java.util.*;
public class CollectionDemo {
public static void main(String[] args) {
// ArrayList（动态数组）
List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("Apple");
arrayList.add("Banana");
arrayList.add(1, "Orange"); // 插入索引1
String fruit = arrayList.get(0);
arrayList.remove("Banana");
// LinkedList（双向链表）
LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.addFirst(1);
linkedList.addLast(3);
linkedList.add(1, 2);
int first = linkedList.getFirst();
int last = linkedList.getLast();
// HashSet（无序，不重复）
Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Java");
hashSet.add("Python");
hashSet.add("Java"); // 重复，不会添加
System.out.println(hashSet.size()); // 2
// TreeSet（有序，红黑树）
TreeSet<Integer> treeSet = new TreeSet<>();
treeSet.add(5);
treeSet.add(2);
treeSet.add(8);
treeSet.add(1);
System.out.println(treeSet); // [1, 2, 5, 8]
// HashMap
Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("Alice", 85);
hashMap.put("Bob", 92);
hashMap.put("Charlie", 78);
// 遍历Map
for (Map.Entry<String, Integer> entry : hashMap.entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}
// 获取值（带默认值）
int score = hashMap.getOrDefault("David", 0);
// TreeMap（有序Map）
TreeMap<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put("Banana", 3);
treeMap.put("Apple", 5);
treeMap.put("Cherry", 2);
System.out.println(treeMap); // {Apple=5, Banana=3, Cherry=2}
// 迭代器（Iterator）
List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Iterator<Integer> it = numbers.iterator();
while (it.hasNext()) {
int num = it.next();
if (num % 2 == 0) {
it.remove(); // 安全删除
}
}
}
}
Python字典与集合
# 字典（dict）- 哈希表实现
person = {
"name": "Alice",
"age": 25,
"city": "New York"
}
# 访问元素
print(person["name"]) # Alice
print(person.get("age")) # 25
print(person.get("country", "USA")) # 默认值
# 添加/修改
person["email"] = "alice@example.com"
person["age"] = 26
# 删除
del person["city"]
email = person.pop("email") # 删除并返回值
last_item = person.popitem() # 删除并返回最后一项
# 字典遍历
for key in person:
print(f"{key}: {person[key]}")
for key, value in person.items():
print(f"{key}: {value}")
for key in person.keys():
print(key)
for value in person.values():
print(value)
# 字典推导式
squares_dict = {x: x**2 for x in range(5)} # {0:0, 1:1, 2:4, 3:9, 4:16}
# 合并字典
dict1 = {"a": 1, "b": 2}
dict2 = {"c": 3, "d": 4}
merged = {**dict1, **dict2} # Python 3.5+
# 或
merged = dict1 | dict2 # Python 3.9+
# 集合（set）- 无序不重复
numbers = {1, 2, 3, 4, 5}
numbers.add(6)
numbers.remove(3)
numbers.discard(10) # 不存在也不报错
# 集合运算
A = {1, 2, 3, 4}
B = {3, 4, 5, 6}
print(A | B) # 并集: {1,2,3,4,5,6}
print(A & B) # 交集: {3,4}
print(A - B) # 差集: {1,2}
print(A ^ B) # 对称差: {1,2,5,6}
# 检查子集/超集
print({1, 2}.issubset(A)) # True
print(A.issuperset({1, 2})) # True
# 集合推导式
even_set = {x for x in range(10) if x % 2 == 0} # {0,2,4,6,8}
# 去重功能
duplicates = [1, 2, 2, 3, 3, 3, 4]
unique = list(set(duplicates)) # [1,2,3,4]
