编程自学指南：java程序设计开发，数组与集合,为什么需要数组和集合？数组的声明与初始化, 数组遍历,多维数组

编程自学指南：java程序设计开发，数组与集合

学习目标：

1. 掌握数组的声明、初始化和遍历

2. 理解集合框架（List、Set、Map）的核心区别与应用场景

3. 能够使用集合解决实际数据存储与操作问题

4. 避免数组越界和集合操作中的常见错误

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一、课程引入

1.1 为什么需要数组和集合？

• 生活类比：

  • 数组：固定长度的储物柜（一次性分配空间）

  • 集合：可伸缩的背包（动态增减容量）

• 核心作用：批量存储和管理同一类型的数据

1.2 数组与集合的区别

特性	数组	集合（如ArrayList）
长度	固定	动态可变
功能	基础操作	提供增删改查等丰富方法
数据类型	支持基本类型和引用类型	只能存储引用类型（需装箱）

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二、数组

2.1 数组的声明与初始化

语法

// 方式1：声明后赋值  
int[] arr1 = new int[3];  
arr1[0] = 10;  

// 方式2：直接初始化  
int[] arr2 = {1, 2, 3};  

// 方式3：动态初始化  
String[] names = new String[]{"Tom", "Jerry"};

案例1：学生成绩统计

double[] scores = {85.5, 90.0, 78.5};  
double sum = 0;  
for (int i = 0; i < scores.length; i++) {  
    sum += scores[i];  
}  
System.out.println("平均分：" + sum / scores.length);

2.2 数组遍历与常见操作

案例2：查找数组最大值

int[] nums = {5, 3, 9, 2};  
int max = nums[0];  
for (int num : nums) {  
    if (num > max) {  
        max = num;  
    }  
}  
System.out.println("最大值：" + max); // 9

2.3 多维数组

案例3：二维数组表示矩阵

int[][] matrix = {  
    {1, 2, 3},  
    {4, 5, 6}  
};  
// 遍历二维数组  
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {  
    for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {  
        System.out.print(matrix[i][j] + " ");  
    }  
    System.out.println();  
} 

三、集合框架

3.1 集合框架体系

• 单列集合：List（有序可重复）、Set（无序唯一）

• 双列集合：Map（键值对存储）

3.2 List接口（ArrayList为例）

常用方法

List<String> list = new ArrayList<>();  
list.add("Apple");  // 添加元素  
list.add(0, "Banana");  // 指定位置插入  
list.remove("Apple");  // 删除元素  
String fruit = list.get(0);  // 获取元素  

案例4：商品库存管理

List<String> products = new ArrayList<>();  
products.add("手机");  
products.add("耳机");  
products.remove("耳机");  
System.out.println("库存商品：" + products); // [手机]

3.3 Set接口（HashSet为例）

案例5：过滤重复单词

Set<String> words = new HashSet<>();  
words.add("hello");  
words.add("world");  
words.add("hello");  // 重复元素自动去重  
System.out.println(words); // [hello, world]

3.4 Map接口（HashMap为例）

案例6：学生成绩查询

Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();  
scores.put("Tom", 85);  
scores.put("Jerry", 90);  
System.out.println("Tom的成绩：" + scores.get("Tom")); // 85

四、综合应用与错误分析

4.1 综合案例

案例7：统计单词出现次数

String text = "apple banana apple orange banana";  
String[] words = text.split(" ");  
Map<String, Integer> countMap = new HashMap<>();  
for (String word : words) {  
    countMap.put(word, countMap.getOrDefault(word, 0) + 1);  
}  
System.out.println(countMap); // {apple=2, banana=2, orange=1}

4.2 常见错误

• 错误1：数组越界

  int[] arr = new int[3];  
  System.out.println(arr[3]); // 报错：ArrayIndexOutOfBoundsException

• 错误2：未使用泛型

  List list = new ArrayList();  
  list.add("abc");  
  int num = (int) list.get(0); // 运行时错误：ClassCastException

五、总结与练习

5.1 总结

• 数组：固定长度，适合已知数量的数据存储

• 集合：动态扩展，提供丰富API（优先使用ArrayList和HashMap）

• 核心注意点：

  • 集合遍历时避免修改结构（使用迭代器或副本）

  • 合理选择集合类型（是否需要排序、去重）

5.2 课后任务

1. 编写程序找出数组中第二大的数

2. 使用HashMap实现电话簿功能（添加、查询联系人）

3. 预习下一节课：异常处理

5.3 扩展挑战

• 用二维数组实现井字棋游戏棋盘，并检测胜负