数据结构与算法（一）： 稀疏数组
问题引入
在五子棋游戏或类似的游戏中，我们可以把整个棋盘想象成是一个有规律的二维数组，其值由0、1、2三个数字组成，0代表空白区域，1代表白子，2代表黑子。这种情况：即当一个数组中大部分元素为0或者为同一值时，存储该数组数据可以使用稀疏数组来对原始数组进行精简，以减少原始数组中无用数据所占的空间。
普通二维数组与稀疏数组
下图表示的是一个12×12大小的二维数组与之对应的稀疏数组表示，其中普通二维数组中有11个有效值，其余的全为无用数据0填充。稀疏数组的第一行表示有一个12行12列且11个有效数值的二维数组。第二行表示，二维数组中的第2行（从0开始）、第4列的数值为1。从第二行开始，每一行表示的都是二维数组中数值的行列位置和真实值。
代码实现
生成二维数组
private int[][] generatorArray() {
// 初始化二维数组
int[][] arr = new int[12][12];
// 二维数组赋值
arr[2][4] = 1;
arr[2][5] = 1;
arr[3][4] = 1;
arr[3][5] = 1;
arr[3][6] = 2;
arr[3][7] = 2;
arr[4][5] = 2;
arr[4][6] = 1;
arr[5][5] = 1;
arr[5][6] = 2;
arr[5][7] = 2;
System.out.println("原始二维数组为：");
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
for (int j = 0; j < arr[i].length; j++) {
System.out.print(arr[i][j] + "\t");
}
System.out.println();
}
System.out.println();
return arr;
}
运行结果：
原始二维数组为：
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 1 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1 2 2 0 0 0 0
0 0 0 0 0 2 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 2 2 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
二维数组转换成稀疏数组
private int[][] toSparseArray(int[][] originalArray) {
// 获得原始数组行列、有效值初始化稀疏数组
int sum = 0;
for (int i = 0; i < originalArray.length; i++) {
for (int j = 0; j < originalArray[i].length; j++) {
if (originalArray[i][j] != 0) {
sum += 1;
}
}
}
// 稀疏数组length为有效值个数+1
int[][] sparseArray = new int[sum+1][3];
// 行
sparseArray[0][0] = originalArray.length;
// 列
sparseArray[0][1] = originalArray[0].length;
// 有效值个数
sparseArray[0][2] = sum;
// 赋值
int count = 0;
for (int i = 0; i < originalArray.length; i++) {
for (int j = 0; j < originalArray[i].length; j++) {
if (originalArray[i][j] != 0) {
count++;
sparseArray[count][0] = i;
sparseArray[count][1] = j;
sparseArray[count][2] = originalArray[i][j];
}
}
}
// 输出稀疏数组
System.out.println("转换后的稀疏数组为：");
for (int i = 0; i < sparseArray.length; i++) {
for (int j = 0; j < sparseArray[i].length; j++) {
System.out.print(sparseArray[i][j] + "\t");
}
System.out.println();
}
System.out.println();
return sparseArray;
}
运行结果：
转换后的稀疏数组为：
12 12 11
2 4 1
2 5 1
3 4 1
3 5 1
3 6 2
3 7 2
4 5 2
4 6 1
5 5 1
5 6 2
5 7 2
稀疏数组转换为二维数组
private int[][] toOriginalArray(int[][] sparseArray) {
// 初始化原始数组
int[][] originalArray = new int[sparseArray[0][0]][sparseArray[0][1]];
// 从第二个值开始，因为第一个值存的是原始数组的行列、有效值个数等信息
for (int i = 1; i < sparseArray.length; i++) {
// 由稀疏数组给原始数组赋值
originalArray[sparseArray[i][0]][sparseArray[i][1]] = sparseArray[i][2];
}
System.out.println("转换后的二维数组为：");
for (int i = 0; i < originalArray.length; i++) {
for (int j = 0; j < originalArray[i].length; j++) {
System.out.print(originalArray[i][j] + "\t");
}
System.out.println();
}
return originalArray;
}
实践运用
在真实开发中，一般是将稀疏数组数据在数据库或者文件中进行保存，这里我使用 fastjson2 将稀疏数组转换成 JSON 字符串之后保存到电脑本地（二维数组转稀疏数组），再从本地读取文件内容进行解析（稀疏数组转二维数组）。保存到数据库也是同理的操作。
保存到文件
/**
* 将JSON字符串保存为文件
* @param jsonString 转换后的稀疏数组JSON字符串
* @param fileName 电脑本地文件
*/
private void toFile(String jsonString, String fileName) {
File file = new File(fileName);
FileWriter fileWriter = null;
if (!file.exists()) {
try {
file.createNewFile();
fileWriter = new FileWriter(file);
char[] chars = jsonString.toCharArray();
fileWriter.write(chars);
fileWriter.flush();
} catch (IOException ioException) {
ioException.printStackTrace();
} finally {
try {
fileWriter.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
}
从文件读取并解析
/**
* 从文件读取内容
* @param fileName
* @return
* @throws IOException
*/
private String readFile(String fileName) throws IOException {
File file = new File(fileName);
FileReader reader = new FileReader(file);
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(reader);
String line = null;
System.out.println("文件读取内容为：");
while ((line = bufferedReader.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
System.out.println();
return line;
}
reader.close();
bufferedReader.close();
return line;
}
/**
* 由JSON字符串转换成原始二维数组
* @param jsonString
* @return
*/
private int[][] stringToOriginArray(String jsonString) {
JSONArray objects = JSON.parseArray(jsonString);
JSONArray s = (JSONArray) objects.get(0);
// 初始化原始数组
int[][] originalArray = new int[(int)s.get(0)][(int)s.get(1)];
// 从第二个值开始，因为第一个值存的是原始数组的行列、有效值个数等信息
for (int i = 1; i < objects.size(); i++) {
JSONArray se = (JSONArray) objects.get(i);
originalArray[(int)se.get(0)][(int)se.get(1)] = (int)se.get(2);
}
System.out.println("JSON字符串转换为二维数组：");
for (int i = 0; i < originalArray.length; i++) {
for (int j = 0; j < originalArray[i].length; j++) {
System.out.print(originalArray[i][j] + "\t");
}
System.out.println();
}
return originalArray;
}
热门相关：倾心之恋：总裁的妻子 韵事：夫妻拼车 民国之文豪崛起 锦乡里 前任无双