1数组结构之稀疏矩阵

开始之前我们先来考虑一个问题.

在一个五子棋程序中,有存盘退出和续上盘的功能。如下

我们要保存一个棋盘,用一个二维数组来保存如右图.
分析问题:
因为该二维数组的很多值是默认值0, 因此记录了很多没有意义的数据,这样子就浪费很多空间.假如我们只记录不是0的元素就能节省很多空间.所以就引出稀疏数组.我们可以用稀疏数组来存储上面的二维数组(棋盘).

基本介绍

当一个数组中大部分元素为０，或者为同一个值的数组时，可以使用稀疏数组来保存该数组。
稀疏数组的处理方法是:

1. 记录数组一共有几行几列，有多少个不同的值
2. 把具有不同值的元素的行列及值记录在一个小规模的数组中，从而缩小程序的规模
   举例说明:
   
   如图的数组我们可以存储在如下的结构中:
   
   说明:

1. 使用稀疏数组，来保留类似前面的二维数组(棋盘、地图等等)
2. 把稀疏数组存盘，并且可以从新恢复原来的二维数组数
   整体思路分析

代码实现:

package mystruct;

public class SparseArrayException extends Exception{
    SparseArrayException(){

    }
    SparseArrayException(String name){
        super(name);
    }
}
//$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

package mystruct;


import java.util.Arrays;

public class SparseArray {
    //存放数组的总行数
    private int row;

    //存放数组的总列数
    private int col;

    //存放数组中不为0的个数
    private int count;

    //存放数组中不为0的元素的信息
    private int data[][];

    /**
     * 稀疏矩阵的构造方法
     * @param array
     * @throws SparseArrayException
     */
    SparseArray(final int array[][]) throws SparseArrayException {
        checkArray(array);
        row = array.length;//设置行数
        col = array[0].length;//设置列数
        setCount(array);//设置数组中不为0的个数

        parseData(array);

    }

    /**
     * 保存数组中不为0的个数
     * @param array
     */
    private  void parseData(final int array[][]){
        //用来记录data存放的位置,记得和this.count做区别
        int count = 0;

        //通过不为0的个数创建数组用来存放不为0的行数,列数和值.
        data = new int[this.count][3];

        //遍历array,找出不为0的元素
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
                if (array[i][j] != 0){
                    data[count][0] = i;
                    data[count][1] = j;
                    data[count][2] = array[i][j];
                    count++;
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 检查array数组是否为空
     * @param array
     * @throws SparseArrayException
     */
    private  void checkArray(final int array[][]) throws SparseArrayException {
        if(array == null || array[0] == null){
            throw new SparseArrayException("数组为null");
        }

    }

    /**
     * 统计数组中不为0的个数来设置count的值
     * @param array
     * @throws SparseArrayException
     */
    private void setCount(final int array[][]) throws SparseArrayException {
        count = 0;
        checkArray(array);
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            for (int j = 0; j < array[i].length; j++) {
                if (array[i][j] != 0){
                    count++;//计算数组中不为0的个数
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 把稀疏矩阵转成数组
     * @return
     */
    public int[][] parseToArray(){
        int [][]array = new int[row][col];

        for (int i = 0; i < count; i++) {
            array[data[i][0]][data[i][1]] = data[i][2];
        }
        return array;
    }

    public String dataToString(){
        String temp = "";
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            temp += data[i][0] + " " + data[i][1] + " " + data[i][2] + "\n";
        }
        return temp;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "SparseArray{" +
                "row=" + row +
                ", col=" + col +
                ", count=" + count +
                ", data=[ \n" + dataToString() +
                "]}";
    }

    /**
     * 测试矩阵
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) throws SparseArrayException {
        //定义一个数组
        int chessArr[][] = new int[11][11];
        chessArr[1][2] = 1;
        chessArr[2][3] = 2;
        chessArr[3][4] = 3;

        //输出显示一下
        System.out.println("===============原数组================");
        for (int i = 0; i < chessArr.length; i++) {
            for (int j = 0; j < chessArr[i].length; j++) {
                System.out.print(chessArr[i][j] + " ");
            }
            System.out.println();
        }
        System.out.println("====================================");

        SparseArray sparseArray = new SparseArray(chessArr);
        System.out.println("===============输出矩阵=====================");
        System.out.println(sparseArray);
        System.out.println("==========================================");

        int[][] arr = sparseArray.parseToArray();

        System.out.println("===============转换数组================");
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            for (int j = 0; j < arr[i].length; j++) {
                System.out.print(arr[i][j] + " ");
            }
            System.out.println();
        }
        System.out.println("====================================");

    }
}

输出的结果为:

===============原数组================
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
====================================
===============输出矩阵=====================
SparseArray{row=11, col=11, count=3, data=[ 
1 2 1
2 3 2
3 4 3
]}
==========================================
===============转换数组================
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
====================================