62-Java-面试专题(1)__基础-- 笔记

笔记内容来源与黑马程序员教学视频

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Java-面试专题(1)

笔记中涉及资源：

一、二分查找

①：代码实现

1. 流程

• 前提：有已排序数组A（假设已经做好)

• 定义左边界L、右边界R,确定搜索范围，循环执行二分查找(3、4两步)

• 获取中间索引M=Floor(L+R)/2)

• 中间索引的值A[M]与待搜索的值T进行比较

  • ① A[M]==T表示找到，返回中间索引
  • ② A[M>T,中间值右侧的其它元素都大于T,无需比较，中间索引左边去找，M-1设置为右边界，重新查找
  • ③ A[M]<T,中间值左侧的其它元素都小于T,无需比较，中间索引右边去找，M+1设置为左边界，重新查找

• 当L>R时，表示没有找到，应结束循环

2. 代码实现

    /*** 数据准备初始化一个排好序的数组*/public static int[] initArray(){Random random = new Random();// 创建一个数组，长度在10-20之间int len = random.nextInt(10) + 10;int[] array = new int[len];// 遍历添加数据for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = random.nextInt(100);}// 排序Arrays.sort(array);return array;}/*** 二分查找代码实现*/public static void testBinarySearch() {int[] array = initArray();System.out.println(Arrays.toString(array));System.out.println("请输入您要查找的数据：");int number = scanner.nextInt();// 初始化 开头 结尾 中间的下标int start = 0, end = array.length -1, middle;while (start <= end) {middle = (start + end) >>1;if (array[middle] == number){System.out.println("您要查找的数字下标为：" + middle);return;}else if (array[middle] > number){end = middle - 1;}else {start = middle +1;}}System.err.println("您要查找的数字不存在！");}public static void main(String[] args) {testBinarySearch();}

3. 测试

②：解决整数溢出（方法一）

③：解决整数溢出（方法二）

③：选择题目

• 1.有一个有序表为1,5,8,11,19,22,31,35,40,45,48,49,50当二分查找值为48的结点时，查找成功需要比较的次数

4次

• 奇数二分取中间

• 偶数二分取中间靠左

• 2.使用二分法在序列1,4,6,7,15,33,39,50,64,78,75,81,89,96中查找元素81时，需要经过（)次比较

4次

• 3.在已经的128个数组中二分查找一个数，需要比较的次数最多不超过多少次

7次

• 2n=128或128/2/2…直到1
• 问题转化log^2 128,如果手边有计算器，用log10 128/log10 2
  • 是整数，则该整数即为最终结果
  • 是小数，则舍去小数部分，整数加一为最终结果

④：注意事项

• 1.目前介绍的二分查找是以jdk中Arrays.binarySearch的实现作为讲解示范，后续选择题的解答思路也是以此为准
• 2.但实际上，二分查找有诸多变体，一旦使用变体的实现代码，则左右边界的选取会有变化，进而会影响之前选择题的答案选择

二、冒泡排序

①：初步实现

    /*** 数据准备初始化一个数组*/public static int[] initArray(){Random random = new Random();// 创建一个数组，长度在10-20之间int len = random.nextInt(10) + 5;int[] array = new int[len];// 遍历添加数据for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = random.nextInt(100);}return array;}public static void main(String[] args) {// 调用方法获取一个无序的数组int[] array = initArray();System.out.println("排序前 :" + Arrays.toString(array));for (int i = 0; i < array.length -1; i++) {for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {if (array[j] > array[j + 1]){array[j + 1] = array[j + 1] + array[j];array[j] = array[j + 1] - array[j];array[j + 1] = array[j + 1] - array[j];}}}System.out.println("排序后 :" + Arrays.toString(array));}

②：减少冒泡次数

    /*** 数据准备初始化一个数组*/public static int[] initArray(){Random random = new Random();// 创建一个数组，长度在10-20之间int len = random.nextInt(10) + 5;int[] array = new int[len];// 遍历添加数据for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = random.nextInt(100);}return array;}public static void main(String[] args) {// 调用方法获取一个无序的数组int[] array = initArray();System.out.println("排序前 :" + Arrays.toString(array));for (int i = 0; i < array.length -1; i++) {// 是否发生交换boolean swapped = false;for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {System.out.println("比较次数：" + j);if (array[j] > array[j + 1]){array[j + 1] = array[j + 1] + array[j];array[j] = array[j + 1] - array[j];array[j + 1] = array[j + 1] - array[j];swapped = true;}}if (!swapped) {break;}System.out.println("第" + (i+1) + "排序 :" + Arrays.toString(array));}}

③：进一步优化

    /*** 数据准备初始化一个数组*/public static int[] initArray(){Random random = new Random();// 创建一个数组，长度在10-20之间int len = random.nextInt(10) + 5;int[] array = new int[len];// 遍历添加数据for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = random.nextInt(100);}return array;}public static void main(String[] args) {// 调用方法获取一个无序的数组int[] array = initArray();int n = array.length - 1;System.out.println("排序前 :" + Arrays.toString(array));for (int i = 0; i < n; i++) {int last = 0;for (int j = 0; j < n; j++) {System.out.println("比较次数：" + j);if (array[j] > array[j + 1]){array[j + 1] = array[j + 1] + array[j];array[j] = array[j + 1] - array[j];array[j + 1] = array[j + 1] - array[j];last = j;}}n = last;System.out.println("第" + (i+1) + "排序 :" + Arrays.toString(array));}}

④：总结

• 文字描述
  (以升序为例)

  • 1.依次比较数组中相邻两个元素大小，若[a]>a[+1],则交换两个元素，两两都比较一遍称为一轮冒泡，结果是让最大的元素排至最后
  • 2.重复以上步骤，直到整个数组有序

• 优化方式：

  • 每轮冒泡时，最后一次交换索引可以作为下一轮冒泡的比较次数，如果这个值为零，表示整个数组有序，直接退出外层循环即可

三、选择排序

①：代码实现

    /*** 数据准备初始化一个数组*/public static int[] initArray(){Random random = new Random();// 创建一个数组，长度在10-20之间int len = random.nextInt(10) + 5;int[] array = new int[len];// 遍历添加数据for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = random.nextInt(100);}return array;}public static void main(String[] args) {int[] array = initArray();System.out.println("排序前 :" + Arrays.toString(array));for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {// 每轮最小值对应的下标int minIndex = i;for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {if (array[minIndex] > array[j]){minIndex = j;}}if (minIndex != i) {array[i] = array[minIndex] + array[i];array[minIndex] = array[i] - array[minIndex];array[i] = array[i] - array[minIndex];}System.out.println("第" + (i+1) + "次排序 :" + Arrays.toString(array));}}

②：总结

文字描述（以升序为例）

• 1.将数组分为两个子集，排序的和未排序的，每一轮从未排序的子集中选出最小的元素，放入排序子集
• 2.重复以上步骤，直到整个数组有序

优化方式

• 1.为减少交换次数，每一轮可以先找最小的索引，在每轮最后再交换元素

与冒泡排序比较

• 1.二者平均时间复杂度都是0(n2)
• 2.选择排序一般要快于冒泡，因为其交换次数少
• 3.但如果集合有序度高，冒泡优于选择
• 4.冒泡属于稳定排序算法，而选择属于不稳定排序

四、插入排序

①：代码实现

    /*** 数据准备初始化一个数组*/public static int[] initArray(){Random random = new Random();// 创建一个数组，长度在10-20之间int len = random.nextInt(10) + 5;int[] array = new int[len];// 遍历添加数据for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = random.nextInt(100);}return array;}public static void main(String[] args) {int[] array = initArray();System.out.println("排序前 :" + Arrays.toString(array));for (int i = 1; i < array.length; i++) {// 假设最小值int minNum = array[i];int j = i-1;while (j >= 0) {if (minNum < array[j]) {array[j + 1] = array[j];}else {break;}j--;}array[j + 1] = minNum;System.out.println("第" + (i) + "次排序 :" + Arrays.toString(array));}}

②：总结

文字描述（以升序为例）

• 1.将数组分为两个区域，排序区域和未排序区域，每一轮从未排序区域中取出第一个元素，插入到排序区域（需保证顺序)
• 2.重复以上步骤，直到整个数组有序
  优化方式
• 1.待插入元素进行比较时，遇到比自己小的元素，就代表找到了插入位置，无需进行后续比较
• 2.插入时可以直接移动元素，而不是交换元素
  与选择排序比较
• 1.二者平均时间复杂度都是0(n2)
• 2.大部分情况下，插入都略优于选择
• 3.有序集合插入的时间复杂度为O(m)公
• 4.插入属于稳定排序算法，而选择属于不稳定排序

③：插入和选择推到某一论排序结果

1. 使用直接插入排序算法对序列18,23,19,9,23,15进行排序，第三趟排序后的结果为（)

• A.9,18,15,23,19,23
• B.18,23,19,9,23,15
• C.18,19,23,9,23,15
• D.9,18,19,23,23,15

2. 使用直接选择排序算法对序列18,23,19,9,23,15进行排序，第3趟排序后的结果为（)

• A.9,23,19,18,23,15
• B.9,15,18,19,23,23
• C.18,19,23,9,23,15
• D.18,19,23,9,15,23

五、快速排序

①：文字描述

• 每一轮排序选择一个基准点(pivot)进行分区

  • 1.让小于基准点的元素的进入一个分区，大于基准点的元素的进入另一个分区
  • 2.当分区完成时，基准点元素的位置就是其最终位置

• 在子分区内重复以上过程，直至子分区元素个数少于等于1，这体现的是分而治之的思想(divide-and-conquer)

②：单边循环

单边循环快排(lomuto洛穆托分区方案)

• 选择最右元素作为基准点元素
• j指针负责找到比基准点小的元素，一旦找到则与ⅰ进行交换
• ⅰ指针维护小于基准点元素的边界，也是每次交换的目标索引
• 最后基准点与ⅰ交换，ⅰ即为分区位置

    /*** 数据准备初始化一个数组*/public static int[] initArray(){Random random = new Random();// 创建一个数组，长度在10-20之间int len = random.nextInt(10) + 5;int[] array = new int[len];// 遍历添加数据for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = random.nextInt(100);}return array;}/*** 选择一个基准点(pivot)进行分区* @param array 排序数组* @param l 左边界* @param pivot 基准点* @return 返回值 = 分区后中间索引值*/public static int  partition(int[] array, int l, int pivot){// 右侧基准点(值)int pivotNum = array[pivot];int i = l;for (int j = l; j < pivot; j++) {if (array[j] < pivotNum) {if (i != j){swap(array, i, j);}i ++;}}if (i != pivot){swap(array, i, pivot);}return i;}/*** 交换位置* @param array 数组* @param i 位置1* @param j 位置2*/private static void swap(int[] array, int i, int j) {int temp = array[j];array[j] = array[i];array[i] = temp;}/*** 递归排序* @param array 排序数组* @param l 左边界* @param pivot 基准点*/public static void quick(int[] array, int l, int pivot){if (l >= pivot){return;}int index = partition(array, l, pivot);quick(array,l, index -1);quick(array,index +1,pivot);}public static void main(String[] args) {int[] array = initArray();System.out.println("排序前 :" + Arrays.toString(array));quick(array, 0, array.length - 1);System.out.println("排序后 :" + Arrays.toString(array));}

③：双边循环

双边循环快排（并不完全等价于hoare霍尔分区方案）

• 选择最左元素作为基准点元素
• j指针负责从右向左找比基准点小的元素，ⅰ指针负责从左向右
  找比基准点大的元素，一旦找到二者交换，直至ⅰ，j相交
• 最后基准点与ⅰ（此时ⅰ与j相等)交换，ⅰ即为分区位置

1. 代码实现

    /*** 数据准备初始化一个数组*/public static int[] initArray(){Random random = new Random();// 创建一个数组，长度在10-20之间int len = random.nextInt(10) + 5;int[] array = new int[len];// 遍历添加数据for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = random.nextInt(100);}return array;}/*** 选择一个基准点(pivot)进行分区* @param array 排序数组* @param l 左边界* @param r 右边界* @return 返回值 = 分区后中间索引值*/public static int  partition(int[] array, int l, int r){// 左侧基准点(值)int pivotNum = array[l];int i = l;int j = r;while (i < j) {// j从右边找比基准点小的值while (i < j && array[j] > pivotNum){j--;}// i 从左边找比基准点大的值while (i < j && array[i] <= pivotNum){i++;}swap(array, i, j);}swap(array, i, l);return i;}/*** 交换位置* @param array 数组* @param i 位置1* @param j 位置2*/private static void swap(int[] array, int i, int j) {int temp = array[j];array[j] = array[i];array[i] = temp;}/*** 递归排序* @param array 排序数组* @param l 左边界* @param pivot 基准点*/public static void quick(int[] array, int l, int pivot){if (l >= pivot){return;}int index = partition(array, l, pivot);quick(array,l, index -1);quick(array,index +1,pivot);}public static void main(String[] args) {int[] array = initArray();System.out.println("排序前 :" + Arrays.toString(array));quick(array, 0, array.length - 1);System.out.println("排序后 :" + Arrays.toString(array));}

2. 注意事项

• 1.基准点在左边，并且要先 j 后 i （先从右边找在从左边找）

• 2.while ( i < j && array[ j ] > pivotNum)

// j从右边找比基准点小的值
while (i < j && array[j] > pivotNum){j--;
}

• 3.while (i < j && array[i] <= pivotNum)

// i 从左边找比基准点大的值
while (i < j && array[i] <= pivotNum){i++;
}

④：特点

附绿

• 洛穆托vs霍尔 https:/qastack.cn/cs/11458/quicksort-partitioning-hoare-Vs-lomuto

六、ArrayList扩容规则

可以看看这位博主的：https://www.cnblogs.com/ruoli-0/p/13714389.html

• ArrayList()会使用长度为零的数组
  • 直接调用无参方法初始容量为0（空数组）
• ArrayList(int initialCapacity)会使用指定容量的数组
  • 调用有参方法数组容量为传入的容量值
• public ArrayList(Collection<?extends E>c)会使用c的大小作为数组容量
  • 传入的是一个集合使用的是集合的大小
• add(0 bject o)首次扩容为10，再次扩容为上次容量的1.5倍
• addAll(Collection c)没有元素时，扩容为Math.max(10,实际元素个数)，有元素时为Math.max(原容量1.5倍，实际元素个数)
  • 如过集合中没有元素 扩容会在（10和实际元素个数）中选择一个大的，有元素时扩容会在(原容量1.5倍和实际元素个数)选择一个大的

ArrayList的特点：

• 1.ArrayList的底层数据结构是数组，所以查找遍历快，增删慢。

• 2.ArrayList可随着元素的增长而自动扩容，正常扩容的话，每次扩容到原来的1.5倍。

• 3.ArrayList的线程是不安全的。

ArrayList的扩容：

扩容可分为两种情况：

第一种情况，当ArrayList的容量为0时，此时添加元素的话，需要扩容，三种构造方法创建的ArrayList在扩容时略有不同：

• 1.无参构造，创建ArrayList后容量为0，添加第一个元素后，容量变为10，此后若需要扩容，则正常扩容。

• 2.传容量构造，当参数为0时，创建ArrayList后容量为0，添加第一个元素后，容量为1，此时ArrayList是满的，下次添加元素时需正常扩容。

• 3.传列表构造，当列表为空时，创建ArrayList后容量为0，添加第一个元素后，容量为1，此时ArrayList是满的，下次添加元素时需正常扩容。

第二种情况，当ArrayList的容量大于0，并且ArrayList是满的时，此时添加元素的话，进行正常扩容，每次扩容到原来的1.5倍。

七、Iterator_FailFast_FailSafe

• ArrayList是fail-fast的典型代表，遍历的同时不能修改，尽快失败
• CopyOnWriteArrayList是fail-safe的典型代表，遍历的同时可以修改，原理是读写分离

八、LinkedList

九、HashMap