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Java二维数组与稀疏数组相互转换实现详解

2022-09-26 08:33:03 作者：小黎的培培笔录

在某些应用场景中需要大量的二维数组来进行数据存储，但是二维数组中却有着大量的无用的位置占据着内存空间，稀疏数组就是为了优化二维数组，节省内存空间

一、稀疏数组

1、什么是稀疏数组

当一个数组中大部分元素为0，或者为同一个值的数组时，可以用稀疏数组来保存该数组。稀疏数组，记录一共有几行几列，有多少个不为零的值或相同的值。

简单来说就是将大规模的数组缩小成小规模的数据，从而减少空间浪费。

2、图示

上面的图示中，左侧是二维数组，右侧是稀疏数组，将二维数组转成稀疏数组，明显的可以看出空间减少了，可以有效的节约空间，提高效率。那么二维数组怎么生成稀疏数组呢？其实很简单，因为二维数组有特定的格式，按格式将二维数组中的数据放入稀疏数组即可。

3、稀疏数组的表达方式

稀疏数组的列是固定的，只有三列，第一列表示二维数组的行，第二列表示二维数组的列，第三列表示二维数组非零数的个数。稀疏数组的第一行是固定的，用来表示总行数，总列数，总个数。其余行数根据个数而定。

二、二维数组→稀疏数组

根据上图所示：

第一步：创建二维数组

//首先创建二维数组
int[][] ChessArr1 = new int[11][11];
//赋值
ChessArr1[1][2] = 1;
ChessArr1[2][3] = 2;
//循环遍历得到非零个数
int num = 0;
for(int[] row : ChessArr1) {
   for(int data : row) {
       if(data != 0) {
           num++;
        }
   }
}

上面用到了增强for循环，第一个增强for循环表示每一个row代表一行（二维数组的行）也就相当与一维数组，第二个增强for循环再遍历一维数组得到每一个数据data来进行判断是否是非零数。

第二步：创建稀疏数组，并赋值

int[][] SparseArr = new int[num + 1][3];
//第一行赋值
SparseArr[0][0] = 11;
SparseArr[0][1] = 11;
SparseArr[0][2] = num;

前面分析的时候说了，第一行是固定的，二维数组的大小是知道的，所以行列的总数可以直接赋值，总有效个数也求了，也可以直接赋值。

第三步：遍历二维数组并赋值给稀疏数组

        int count = 0;
        for(int i = 0; i < 11; i++) {
            for(int j = 0; j < 11; j++) {
                if(ChessArr1[i][j] != 0) {
                    count++;
                    SparseArr[count][0] = i;
                    SparseArr[count][1] = j;
                    SparseArr[count][2] = ChessArr1[i][j];
                }
            }
        }

遍历二维数组，判断条件是这个数不等于零，此处需要一个计数变量，每符合一个非零数，计数变量就加一，可以用来表示稀疏数组的第几行，稀疏数组的列数是固定的，所以找到后直接进行赋值操作。

最后打印稀疏数组即可。

完整代码

        //首先创建二维数组
        int[][] ChessArr1 = new int[11][11];
        //赋值
        ChessArr1[1][2] = 1;
        ChessArr1[2][3] = 2;
        //将原始数组转 换成 稀疏数组
        //1、先遍历原始数组得到非0数的个数
        int num = 0;
        for(int[] row : ChessArr1) {
            for(int data : row) {
                if(data != 0) {
                    num++;
                }
            }
        }
        //2、创建 稀疏数组
        int[][] SparseArr = new int[num + 1][3];
        //3、第一行赋值
        SparseArr[0][0] = 11;
        SparseArr[0][1] = 11;
        SparseArr[0][2] = num;
        //4、循环赋非0值
        int count = 0;
        for(int i = 0; i < 11; i++) {
            for(int j = 0; j < 11; j++) {
                if(ChessArr1[i][j] != 0) {
                    count++;
                    SparseArr[count][0] = i;
                    SparseArr[count][1] = j;
                    SparseArr[count][2] = ChessArr1[i][j];
                }
            }
        }
        //5、打印稀疏数组
        System.out.println("\n===打印稀疏数组===");
        for(int[] row : SparseArr) {
            for(int data : row) {
                System.out.printf("%d\t",data);
            }
            System.out.println();
        }

三、稀疏数组→二维数组

第一步：创建新的二维数组

//1、定义一个新的二维数组
int[][] ChessArr2 = new int[SparseArr[0][0]][SparseArr[0][1]];

二维数组的大小来自稀疏数组的第一行第一列和第一行第二列，也就是 SparseArr[0][0] 和 SparseArr[0][1] ；初始状态下的二维数组数据全为零。

第二步：循环遍历并赋值

        //2、赋值
        for(int i = 1; i <= SparseArr[0][2]; i++) {
            ChessArr2[SparseArr[i][0]][SparseArr[i][1]] = SparseArr[i][2];
        }

因为除了少数是有效个数，其他全是零，所以我们只需要遍历有效个数。i 表示第几个有效个数也表示当前这个数在稀疏数组中的行，如上图所示：如 i = 1，表示在稀疏数组的第一行，它在二维数组中的位置为（1,2），数值为 1 ；所以行和列分别是SparseArr[1][0]和SparseArr[1][1]，数值为SparseArr[1][2]。

所以赋值表达式为：ChessArr2[SparseArr[i][0]][SparseArr[i][1]] = SparseArr[i][2]。