Содержание

#5. Динамический массив. Принцип работы

Курс по структурам данных: https://stepik.org/a/134212

Смотреть материал на видео

Мы продолжаем курс по структурам данных. На этом занятии речь пойдет о динамических массивах. Что это такое? На данный момент мы с вами уже хорошо знаем, что из себя представляет и как работает статический массив. Но у него есть один существенный недостаток – неизменяемое число элементов. Поэтому, когда создается статический массив, программист должен как то решить, сколько элементов он должен иметь. Далеко не всегда можно указать разумное значение. Чтобы как то выйти из этой ситуации в мире программирования появилась более гибкая структура данных тоже в виде массива, но с изменяемым (увеличивающимся) числом элементов. Такие массивы получили название динамические.

Приведу один простой пример их использования. Предположим, мы просматриваем файловую систему и сохраняем имена файлов в каждом каталоге.

Очевидно, число файлов может варьироваться от нескольких десятков до нескольких тысяч. Если воспользоваться статическим массивом, то придется задавать число элементов, скажем, в 10 000. И это приведет к неоправданному расходу памяти. Гораздо лучше взять динамические массивы с начальным размером в 100 элементов. А, затем, по мере необходимости, увеличивать этот размер. Тогда память будет расходоваться куда экономнее.

Структура динамического массива

Давайте теперь посмотрим, как можно организовать массив с изменяемым числом элементов. Для этого воспользуемся обычным массивом с некоторым начальным размером, допустим, в 10 элементов:

Реальный размер массива называют физическим, а число записанных в него данных – логическим. Чтобы программно оперировать этими величинами вводят две вспомогательные переменные, например: 

currentLength = 7
maxCapacity = 10

Переменная currentLength содержит индекс следующего добавляемого в массив значения, а также определяет число уже записанных данных. Переменная maxCapacity равна максимальному числу элементов, который имеет массив dar.

Добавление и вставка элементов в массив

Теперь предположим, что мы хотим добавить новое значение в конец этого массива. Так как все элементы в массивах должны следовать строго друг за другом с самого начала без каких-либо пропусков, то новое значение нам следует записать в ячейку с индексом currentLength: 

dar[currentLength] = 8

и увеличить значение currentLength на единицу: 

currentLength += 1

С точки зрения О большого скорость этой операции составляет O(1).

Но это добавление в конец. А что если нам нужно вставить новое значение, скажем, после пятерки. Как в этом случае будет выглядеть алгоритм? В действительности, так же, как и в обычном статическом массиве. Необходимо сдвинуть значения 6, 7, 8 вправо на один элемент и на прежнее место шестерки записать вставляемое значение.

Переменная currentLength увеличивается на единицу:

Вычислительная сложность этой операции с точки зрения О большого составляет O(n), где n – физический размер динамического массива.

Изменение физического размера динамического массива

Я думаю эти простые операции добавления и вставки новых значений в массив, пока есть свободное место, вы себе хорошо представляете. Но что делать, когда все элементы заняты, а мы хотим добавить еще один?

Было бы неплохо выделить следующие несколько байт под новый элемент массива и записать туда требуемое значение.

При этом вся выделенная под массив область памяти должна быть непрерывной. К сожалению, в общем случае, такую операцию выполнить не получится, т.к. следующие ячейки памяти могут быть заняты другими процессами. Поэтому приходится идти несколько более сложным, но более надежным путем. Выделяется память под новый статический массив длиной в два, три раза больший первоначального (чаще всего удваивают физический размер). В этот новый массив копируют все значения из прежнего массива, записывают новое значение и увеличивают переменную currentLength:

Вычислительная сложность этой операции с позиции О большого составляет O(n), где n – физический размер динамического массива.

Далее, если все новые элементы также будут заполнены, то операция удвоения физического размера массива повторяется. Это принцип работы динамического массива.

Здесь у вас может возникнуть вопрос, зачем под новый массив выделять в несколько раз больше элементов, чем в прежнем? Почему бы не увеличить его просто на один элемент (или требуемое число элементов)? Зачем удваивать? Ответ прост. Если нам не хватило физического размера прошлого массива, то скорее всего не хватит и для нового массива с одним дополнительным элементов.

А, значит, операцию выделения памяти и копирования всех прежних значений в новый массив снова придется повторять. Это приводит к неоправданному расходу процессорного времени. Логичнее сделать размер массива сразу в два раза больше и минимизировать вероятность создания новых массивов с большими размерами.

Удаление элементов в динамическом массиве

Итак, с добавлением новых значений и изменением физического размера динамического массива мы с вами разобрались. Осталось сказать пару слов про удаление значений. Здесь все намного проще, т.к. физический размер массива при этом не меняется. Поэтому здесь все абсолютно так же, как и в случае со статическими массивами.

Предположим, нам нужно исключить последнее значение. Нет ничего проще. Достаточно уменьшить значение currentLength на единицу и все. Последнего значения теперь как бы нет. Вычислительная сложность этой операции составляет O(1).

Немного сложнее выполняется удаление остальных значений (не последнего). В этом случае нам нужно сдвинуть все элементы правее удаляемого влево на одну позицию и не забыть уменьшить значение currentLength на единицу:

Сложность этой операции составляет O(n). Еще раз отмечу, что при удалении значений физический размер массива не меняется, даже если ранее он увеличивался.

Заключение

Давайте подведем итог этого занятия.

Динамический массив – это массив, который может менять число своих элементов в процессе работы программы.

Динамические массивы реализуются на основе обычных статических массивов и хранят данные в непрерывной области памяти. Благодаря этому доступ к произвольному элементу выполняется за фиксированное время с вычислительной сложностью O(1).

Если начального физического размера динамического массива недостаточно, то создается новый массив размером в несколько раз больше предыдущего с копированием всех прежних значений. Часто делают удвоение размеров.

Операции добавления и удаления значений элементов в динамическом массиве выполняются почти так же, как и в статических массивах. Разница только в том, что при добавлении новых значений может дополнительно происходить увеличение физического размера массива. При этом вычислительная сложность операций вставки/удаления составляет O(n), где n – общий размер динамического массива.

На следующем занятии мы продолжим эту тему и увидим, как реализуются динамические массивы на языках Python и С++.

Курс по структурам данных: https://stepik.org/a/134212

Видео по теме

#1. О большое (Big O) — верхняя оценка сложности алгоритмов

#2. О большое (Big O). Случаи логарифмической и факториальной сложности

#3. Статический массив. Структура, его преимущества и недостатки

#4. Примеры реализации статических массивов на C++

#5. Динамический массив. Принцип работы

#6. Реализация динамического массива на Python

#7. Реализация динамического массива на С++ с помощью std::vector

#8. Односвязный список. Структура и основные операции

#9. Делаем односвязный список на С++

#10. Двусвязный список. Структура и основные операции

#11. Делаем двусвязный список на С++

#12. Двусвязный список (list) в STL на С++

#13. Очереди типов FIFO и LIFO

#14. Очередь collections.deque на Python

#15. Очередь deque библиотеки STL языка C++

#16. Стек. Структура и принцип работы

#17. Реализация стека на Python и C++

#18. Бинарные деревья. Начало

#19. Бинарное дерево. Способы обхода и удаления вершин

#20. Реализация бинарного дерева на Python

#21. Множества (set). Операции над множествами

#22. Множества set и multiset в C++

#23. Контейнер map библиотеки STL в C++

#24. Префиксное (нагруженное, Trie) дерево. Ассоциативные массивы

#25. Хэш-таблицы. Что это такое и как работают

#26. Хэш-функции. Универсальное хэширование

#27. Метод открытой адресации. Двойное хэширование

#28. Использование хэш-таблиц в Python и С++

10 Что такое динамический массив и чем он лучше обычного?

  • Главная >
  • org/ListItem»> Видео канал >
  • 10 Что такое динамический массив и чем он лучше обычного?

УЛУЧШАЙТЕ НАВЫКИ С ПОМОЩЬЮ ПРАКТИКУМА

СЛЕДУЮЩЕЕ

Объяснение понятия динамического массива, свойств динамического массива, главных задач динамического массива. Толкование понятия синтаксиса. Разъяснение синтаксиса в Delphi динамического массива. Демонстрация главных особенностей динамичного массива.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Регистрация через

✖

или E-mail

Нажав на кнопку «Зарегистрироваться»,
Вы соглашаетесь с условиями использования.

Уже есть аккаунт

Получите курс бесплатно

✖

Вы выбрали курс для изучения
«»
Чтобы получить доступ к курсу, зарегистрируйтесь на сайте.

РЕГИСТРАЦИЯ

Спасибо за регистрацию

✖

Перейдите на почту и подтвердите Ваш аккаунт,
чтобы получить доступ ко всем
бесплатным урокам и вебинарам на сайте ITVDN.com

ПОДТВЕРДИТЬ ПОЧТУ НАЧАТЬ ОБУЧЕНИЕ

Спасибо за регистрацию

✖

Ваш аккаунт успешно подтвержден.
Начать обучение вы можете через Личный кабинет
пользователя или непосредственно на странице курса.

НАЧАТЬ ОБУЧЕНИЕ

Подтверждение аккаунта

На Ваш номер телефона было отправлено смс с кодом активации аккаунта. Пожалуйста, введите код в поле ввода.

Отправить код еще раз

Изменить номер телефона

Ошибка

✖

Динамический массив в Java — Темы масштабирования

Обзор

Мы знаем, что массивы представляют собой линейные и однородные структуры данных фиксированного размера. При создании массива мы должны указать его размер, который нельзя изменить после создания массива во время выполнения. Это создает проблему, если у нас нет верхнего предела количества элементов в массиве.

Эту проблему можно решить с помощью динамических массивов или ArrayList в Java. Размер ArrayList является динамическим, что означает, что его можно изменить во время выполнения. ArrayList является частью фреймворка Java Collections и присутствует в 9 версиях.0005 пакет java.util .

Scope

  • В этой статье рассматриваются динамические массивы в Java.
  • Будут подробно рассмотрены различные концепции вместе с примерами.

Введение в динамический массив в Java

Все мы знакомы со структурой данных массива. Это одна из наиболее часто используемых структур данных во всех языках программирования.

Массивы:

  • линейные (элементы хранятся в последовательном порядке),
  • однородный (может хранить элементы одного типа) и
  • непрерывный (выделение последовательных блоков памяти элементам)

структуры данных. Массивы имеют фиксированный размер, который необходимо указать при создании. Это вызывает угрозу, когда мы хотим добавить элементы, превышающие их первоначальный размер во время выполнения.

В этом сценарии мы должны создать новый массив большего размера и скопировать элементы предыдущего массива во вновь созданный массив. Это тратит не только время, но и много памяти.

Решение

Чтобы смягчить проблему размера массива, появились динамические массивы. Структура данных ArrayList используется для реализации концепции динамических структур данных в Java. Как следует из названия, динамические массивы имеют динамический размер, который можно изменить во время выполнения. Нам не нужно указывать размер ArrayList во время создания.

Преимущества динамических массивов:

  • Размер переменной: Нам не нужно указывать начальный размер, он является переменным по своей природе в зависимости от вставленных или удаленных элементов.
  • Постоянное время поиска: Когда элемент должен быть получен по заданному индексу, ArrayList занимает время O(1), как и обычные массивы.
  • Кэширование: Динамические массивы также размещают элементы в непрерывном порядке, что приводит к эффективному использованию кэша.

Недостаток динамических массивов:

O(N) временная сложность: Наихудшая временная сложность добавления элемента в структуру данных ArrayList составляет O(N)O(N)O(N) при появлении нового массив должен быть создан и все элементы скопированы в него.

Работа динамического массива в Java

Емкость динамических массивов по умолчанию в Java равна 10. Это означает, что внутри создается динамический массив с внутренней емкостью 10. Всякий раз, когда пользователь вставляет элемент в динамический массив, его размер увеличивается на .

Когда размер динамического массива становится равным его емкости, создается новый массив с удвоенной емкостью, а предыдущие элементы сохраняются внутри нового массива, созданного внутри.

Размер и емкость

Емкость — это текущее максимальное количество элементов, которое может содержать динамический массив, тогда как Размер — это общее количество элементов, присутствующих в динамическом массиве.

В приведенном выше примере массив может решить максимум 9 элементов. Однако в настоящее время он содержит 6 элементов. Следовательно, он имеет емкость 9 и размер 6.

Создание динамического массива в Java

Синтаксис объявления ArrayList:

Используя это, мы можем создать ArrayList определенного типа данных, начальная емкость которого равна 10.

Пример:

Вывод:

Объяснение:

Мы создали динамический массив, т. е. ArrayList. целых чисел обр, а затем проверил его размер. Поскольку в ArrayList нет добавленных элементов, его размер в настоящее время равен 0. При добавлении элементов их размер увеличивается.

Добавление элемента в динамический массив

Чтобы добавить элемент в динамический массив, мы используем функцию add().

Синтаксис:

Чтобы добавить целочисленный элемент в ArrayList arr, объявленный выше, мы можем использовать следующую инструкцию:

009

Объяснение:

Мы создали ArrayList, то есть динамический массив и добавленные к нему элементы. Мы видим, что после добавления элементов размер динамического массива увеличивается.

Изменение размера динамического массива в Java

Как обсуждалось ранее, при создании динамических массивов его внутренняя реализация использует массив. Итак, в момент, когда размер динамического массива становится равным его вместимости , создается новый массив двойного размера .

Это фрагмент, показывающий внутреннее изменение размера:

Динамический массив с ArrayList

Теперь мы рассмотрим пример, в котором мы можем выполнять некоторые операции с динамическим массивом.

Пример-

Выход-

Объяснение:

Мы создали динамический массив, то есть ArrayList ARR, и мы выполнили несколько операций, таких как добавление, удаление и получение элемента.

Примечание:

Мы не можем определить емкость структуры данных ArrayList.

:::

Заключение

  • Массивы имеют фиксированный размер, поэтому для их изменения требуется много операций и памяти.
  • Динамические массивы имеют динамический размер. Нам не нужно указывать размер ArrayList во время создания.
  • Динамический массив также известен как ArrayList в Java.
  • Динамические массивы в Java имеют переменный размер, постоянное время поиска и удобны для кэширования.
  • Начальная емкость ArrayList равна 10, и когда размер становится равным 10, размер изменяется.

Создание динамического массива в Java

Что такое массив?

Однородные структуры данных, реализованные в Java как объекты, называются массивами. Массив может хранить несколько значений определенного типа данных. Массив предоставляет индексированный адрес для хранения этих различных типов данных. Таким образом, для доступа к любому элементу массива используется индекс.

Что такое динамический массив в Java?

Динамический массив обладает унаследованным свойством увеличиваться сам по себе при любой вставке, если для входящих данных не осталось места. Этот рост достигает двойного размера площади. Таким образом, динамический массив решает проблемы простого массива. Это структура данных списка переменного размера.

Динамический массив в Java позволяет добавлять или удалять элементы. Во время выполнения память выделяется с использованием концепции кучи. При этом размер динамического массива можно изменить.

Динамический массив легко создать в Java . Вы можете начать с выделения массива фиксированного размера, который больше, чем количество элементов, требуемых немедленно.

Посетите наши бесплатные курсы по технологиям, чтобы получить преимущество над конкурентами.

Ознакомьтесь с нашими популярными курсами по программной инженерии

«}» data-sheets-userformat=»{«2″:513,»3»:{«1″:0},»12»:0}»>

Ознакомьтесь с нашими популярными курсами по программной инженерии

Как работает динамический массив в Java?

Элементы в динамическом массиве хранятся в непосредственной близости от начала массива. Следовательно, после хранения оставшиеся места остаются неиспользованными. Таким образом, это неиспользуемое пространство является пределом, до которого элементы могут быть добавлены в динамический массив.

Необходимо расширить этот массив фиксированного размера, когда зарезервированное пространство будет полностью заполнено. Есть два способа добиться этого.

Во-первых, перед добавлением элемента вводится массив большего размера. Элементы из предыдущего массива фиксированного размера копируются в этот новый массив. Система возвращается к этому новому массиву перед добавлением элемента.

Вторым способом создается функция. Эта функция создает новый массив двойного размера, копирует все элементы из старого массива и возвращается к новому массиву.

Оба эти способа могут быть реализованы для уменьшения размера любого динамического массива в Java .

Изучайте онлайн-курсы по разработке программного обеспечения в лучших университетах мира. Участвуйте в программах Executive PG, Advanced Certificate Programs или Master Programs, чтобы ускорить свою карьеру.

Востребованные навыки разработки программного обеспечения

«}» data-sheets-userformat=»{«2″:513,»3»:{«1″:0},»12»:0}»>

Востребованные навыки разработки программного обеспечения

Каков размер и емкость динамического массива в Java?

Будучи структурой данных, размер и емкость динамического массива не совпадают. При инициализации любого динамического массива создается массив фиксированного размера. Когда количество элементов добавляется к массиву, они начинают занимать свои места, как A, B, C, D и E на изображении. Последние пять мест по-прежнему пусты. Таким образом, длина этого динамического массива равна пяти размерам, но он может вместить десять элементов.

Это разница между размером и емкостью динамического массива в Java .

Источник

Читайте наши популярные статьи о разработке программного обеспечения

«}» data-sheets-userformat=»{«2″:513,»3»:{«1″:0},»12»:0}»>

Прочтите наши популярные статьи о разработке программного обеспечения

Как динамический массив работает в режиме реального времени?

На следующем рисунке показано, как элементы укладываются друг на друга в реальном времени в динамическом массиве. Здесь размер динамического массива равен трем, а емкость массива равна шести.

Источник

Ниже приведены средние и наихудшие сценарии реального времени, а также соответствующие изменения инструкций.

Источник

Как инициализировать динамический массив в Java?

В Java динамический массив инициируется так же, как статический массив. Таким образом, это можно понять с помощью следующей иллюстрации:

Ввод:

Источник

Вывод:

Источник

Каковы особенности динамического массива?

Особенности динамического массива в Java :

  • Добавление элемента

Любой элемент можно добавить просто в конец динамического массива, если в нем есть место. Если места нет, то нужно увеличить размер массива. После увеличения размера элемент и индекс добавляются в конец исходного массива.

Эта копия занимает O (n) времени, где n обозначает количество элементов в массиве. Следовательно, в массиве фиксированной длины для элемента требуется всего O (1) времени. Таким образом, время, затрачиваемое на добавление элемента, отличается от O (1) до O (n).

Если вам нужно добавить еще несколько элементов в массив фиксированного размера, можно реализовать следующий подход.

Источник

  • Удаление элемента

Любой элемент может быть удален из динамического массива с помощью метода remove() или removeAt(i). Метод remove() по умолчанию сохраняет ноль в последнем индексе после удаления элемента массива. Метод removeAt (i) может удалить элемент по определенному индексу. Вызывается метод removeAt (i), который сдвигает все элементы слева от заданного индекса «i».

 

Источник

  • Изменение размера массива

Изменение размера массива необходимо, когда вам нужно добавить новый элемент в динамический массив, все пространство которого уже занято. В случае, когда динамический массив имеет нулевые данные в правой части и занимает неразделенную память, используется метод srinkSize(). Это освобождает дополнительную память. В других случаях изменение размера достигается путем выделения большего массива, копирования элементов из старого массива и добавления нового элемента. Следующая иллюстрация помогает понять изменение размера динамический массив в Java.

Источник

  • Встроенные динамические массивы в Java

Java имеет следующие встроенные динамические массивы:

  • ArrayList

ArrayList представляет собой несинхронизированную реализацию интерфейса List с изменяемым размером массива. Он допускает все элементы, включая null, и реализует все необязательные операции со списками. Он также предлагает методы для изменения размера массива, который внутренне используется для хранения списка. Следующая программа иллюстрирует несколько методов, поддерживаемых ArrayList в Java:

Ввод:

Источник

Выход:

Источник 90 196

  • Связанный список

Это реализация двухсвязного несинхронизированного списка интерфейсов deque и list. Он реализует все необязательные операции со списками и допускает использование всех элементов, включая null. Следующая программа иллюстрирует несколько методов, поддерживаемых LinkedList в Java:

Ввод:

Источник

Выход:

Источник 90 196

  • CopyOnWriteArrayList

Это потокобезопасный вариант ArrayList, в котором все операции, такие как добавление, установка и т. д., реализуются путем создания новой копии предыдущего массива. Он очень эффективен, когда операции обхода превышают добавление, настройку и т. д. Как и в ArrayList, в CopyOnWriteArrayList разрешено значение null.

Он может использовать метод итератора в стиле снимка, который использует ссылку на состояние массива в точке, где был создан итератор. Интерфейс возможен благодаря тому, что массив никогда не меняется в течение жизни итератора. Следующая программа иллюстрирует несколько методов, поддерживаемых CopyOnWriteArrayList в Java:

Ввод:

Источник

Вывод:

Источник

  • Вектор

Содержит компоненты, доступ к которым можно получить с помощью целочисленного индекса. Он реализует расширяемый массив объектов. После создания вектора его размер может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от добавления или удаления элементов. Это не потокобезопасная реализация, но синхронизированная. Это лучшая замена ArrayList. Следующая программа, иллюстрирующая несколько методов, поддерживаемых Vector в Java:

Ввод:

Источник:

Выход:

Источник

901 95 программ: динамический массив на Java

  • Программа, демонстрирующая копирование всех элементов в новый динамический массив двойного размера когда он станет полным.

Ввод:

Источник 9019 6

Выход:

Источник

Преимущества динамического массива в Java

Преимущества динамического массива в Java :

    90 327 Нет необходимости заранее определять размер

Динамический массив в Java может быть расширен за счет добавления дополнительных элементов в режиме реального времени. Таким образом, нет необходимости определять размер динамического массива до момента выполнения. Другими словами, динамический массив имеет возможность автоматического изменения размера.

  • Переменный размер:

Динамический массив в Java имеет переменный размер. Таким образом, вы можете вставить столько элементов, сколько захотите. Динамический массив соответственно расширяется, чтобы вместить все элементы.

  • Эффективное использование кэша:

Динамический массив в Java размещает элементы рядом друг с другом. Следовательно, это кэш-дружественный.

  • Быстрый поиск:

Динамический массив в Java требует O (1) времени для извлечения элемента по заданному индексу. Как и другие массивы, динамический массив имеет быстрый поиск.

Ограничения динамического массива в Java

В Java существуют определенные ограничения динамических массивов. Это:

  • В некоторых случаях добавление происходит медленно:

В стандартных случаях добавление нового элемента в конец динамического массива в Java занимает O (1) в одном экземпляре. Однако, если в динамическом массиве не осталось индексов для дополнительных элементов, он требует расширения. Таким образом, еще O (n) времени занимает динамический массив.

  • Дорогостоящая вставка и удаление:

Динамические массивы в Java добавляют элементы последовательно. Следовательно, есть небольшие проблемы с добавлением их в конце. Но в случае, если вам нужно вставить или удалить какой-то элемент из центра массива, это непросто. В этом случае вы должны нажать элементы, что требует O (n) за раз.

На заметку: динамический массив в Java

  • Динамические массивы в Java также обычно называют ArrayList.
  • Существует фиксированная длина каждого стандартного массива Java.

    No related posts.