Java實現普通二維陣列和稀疏陣列的相互轉換

weixin_47219685發表於2020-09-25

稀疏陣列應用場景

在五子棋遊戲當中，一般都有“存檔”和“繼續上局”的功能，存檔的時候需要把棋盤上的資料轉成二維陣列，儲存到磁碟中，繼續上局的時候需要把資料從磁碟中取出來，還原到棋盤上。

在這裡插入圖片描述

我們發現，這個二維陣列很多資料都是0，有效資料只有4個（1，2，1，2），這樣直接儲存會浪費磁碟空間，這時候需要將資料壓縮為稀疏陣列來節省空間。

稀疏陣列格式

為了對比學習，我們先初始化一個原始二維陣列,模擬棋盤

int[][] initialArray = {
    {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}
    ,{0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}
    ,{0,0,0,0,1,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0}
    ,{0,0,0,0,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}
    ,{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}
    ,{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}
    ,{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}    
};

稀疏陣列也是一個二維陣列，定義格式與普通二維陣列一樣，略有不同的是稀疏陣列只有3列。稀疏陣列的行數為：原始陣列的有效的資料的數量+1。

int[][] sparseArray = new int[][3];

二維陣列轉稀疏陣列

稀疏陣列的第一行第一個資料是原始二維陣列的行數，第一行第二個資料是原始二維陣列的列數，第一行第三個資料是原始二維陣列的有效資料個數。

sparseArray[0][0] = initialArray.length;
sparseArray[0][0] = initialArray[0].length;
// 計算原始陣列中有效的資料的數量
int effectiveDataNum = 0;
for (int i = 0; i < initialArray.length; i++) {
    for (int j = 0; j < initialArray[i].length; j++) {
        if (initialArray[i][j] != 0) {
            effectiveDataNum ++;
        }
    }
}
sparseArray[0][3] = effectiveDataNum ;

從第二行開始，第一個資料是二維陣列有效資料的縱座標，第二個資料是二維陣列有效資料的橫座標，第三個資料是二維陣列有效資料的值。

//2、迴圈往稀疏陣列中賦值
// 由於稀疏陣列第一行已經有資料了，所以是從第二行開始插入
int index = 1;
for (int i = 0; i < initialArray.length; i++) {
    for (int j = 0; j < initialArray[i].length; j++) {
        if (arraya[i][j] != 0) {
            sparseArray[index][0] = i;
            sparseArray[index][1] = j;
            sparseArray[index][2] = arraya[i][j];
            index++;
        }
    }
}

這樣一個二維陣列就已經成功的轉為了一個稀疏陣列，我們輸出一下看看稀疏陣列的資料。

// 4.輸出稀疏陣列
System.out.println("得到的稀疏陣列:");
for (int i = 0; i < sparseArray.length; i++) {
    for (int j = 0; j < sparseArray[i].length; j++) {
        System.out.print(sparseArray[i][j]+"  ");
    }
    System.out.println();
}

// 輸出結果如下：
/*
得到的稀疏陣列:
15 15 4 
5 4 1 
6 4 1 
6 5 2 
7 4 2 

*/

稀疏陣列轉二維陣列

能從二維陣列轉成稀疏陣列，也要能從稀疏陣列轉成二維陣列，轉換方法如下：

//稀疏陣列轉為原始陣列
int[][] arrayb = new int[sparseArray[0][0]][sparseArray[0][1]];
for (int i = 1; i < sparseArray.length; i++) {
    arrayb[sparseArray[i][0]][sparseArray[i][1]] = sparseArray[i][2];
}

// 我們輸出一下轉化後的陣列
for (int i = 0; i < arrayb.length; i++) {
    for (int j = 0; j < arrayb[i].length; j++) {
        System.out.print(arrayb[i][j]+" ");
    }
    System.out.println();
}
/*
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 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 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 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
*/

個人思考

這部分是我學習了稀疏陣列之後的想法，歡迎大家來碰撞。

稀疏陣列每行的第一個資料是存放有效資料的列數，第二個資料是存放有效資料的行數，那能不能將兩個資料簡化為一個儲存有效資料在二維陣列中是第幾個數呢？以一個11*11的二維陣列為例，總共11*11 = 121個資料，那是否可以給這個陣列裡面的資料從0-120編號呢，這樣稀疏陣列就只用存放兩列資料了。第一列為有效資料的編號，第二列為稀疏陣列的值？仍以開始建立的原始二維陣列為例:

/*
	initialArray[1][6]的值為1，對應在稀疏資料裡就是
	sparseArray[1][0] = 1
	sparseArray[1][1] = 6
	sparseArray[1][2] = 1
	由於initialArray[1][6]是該二維資料的第 1*11+6+1 = 18個資料，那能不能在稀疏資料中只存放一個編號18，和一個值1呢。這樣稀疏資料又可以減少一列，相比於普通稀疏陣列又節省了月三分之一的空間了。
*/

最後，初次寫部落格，如果錯誤的地方歡迎大佬指出，謝謝！

總的程式碼如下：

package chengquan.dataStru;
/*
chengquan 20200925 稀疏陣列與二維陣列的相互轉化
 */
public class SparseArray {
    public static void main(String[] args) {
        // 1.先自定義一個二維陣列 0表示沒有棋子，1表示黑子，2表示藍子
        int[][] initialArray = {{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}
                        ,{0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}
                        ,{0,0,0,0,1,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0}
                        ,{0,0,0,0,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}
                        ,{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}
                        ,{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}
                        ,{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}};
        // 2.準備轉成稀疏陣列
            // 1、先計算出來原始陣列中有多少有效值
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < initialArray.length; i++) {
            for (int j = 0; j < initialArray[i].length; j++) {
                if (initialArray[i][j] != 0) {
                    count++;
                }
            }
        }
            // 2、原始陣列有多少行多少列
        int row = initialArray.length;
        int col = initialArray[0].length;
        //3.建立稀疏數字
        int[][] sparseArray = new int[count+1][3];
            //1、給稀疏陣列賦值 第一行第一個資料是原始二維陣列的行數，
            // 第一行第二個資料是原始二維陣列的列數，
            // 第一行第三個資料是原始二維陣列的有效資料個數
        sparseArray[0][0] = row;
        sparseArray[0][1] = col;
        sparseArray[0][2] = count;
            //2、迴圈往稀疏陣列中賦值 從第二行開始，
            // 第一個資料是二維陣列有效資料的縱座標，
            // 第二個資料是二維陣列有效資料的橫座標，
            // 第三個資料是二維陣列有效資料的值。
        int index = 1;
        for (int i = 0; i < initialArray.length; i++) {
            for (int j = 0; j < initialArray[i].length; j++) {
                if (initialArray[i][j] != 0) {
                    sparseArray[index][0] = i;
                    sparseArray[index][1] = j;
                    sparseArray[index][2] = initialArray[i][j];
                    index++;
                }
            }
        }
        // 4.輸出稀疏陣列
        System.out.println("得到的稀疏陣列:");
        for (int i = 0; i < sparseArray.length; i++) {
            for (int j = 0; j < sparseArray[i].length; j++) {
                System.out.print(sparseArray[i][j]+" ");
            }
            System.out.println();
        }

        // 5.稀疏陣列轉為原始陣列
        int[][] arrayb = new int[sparseArray[0][0]][sparseArray[0][1]];
        for (int i = 1; i < sparseArray.length; i++) {
                arrayb[sparseArray[i][0]][sparseArray[i][1]] = sparseArray[i][2];
        }
        // 輸出看看
        for (int i = 0; i < arrayb.length; i++) {
            for (int j = 0; j < arrayb[i].length; j++) {
                System.out.print(arrayb[i][j]+" ");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

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