תרגול מספר 3: מערכים

Transcription

1 היום בתרגול:.1.2 תרגול מספר 3: מערכים מערך חד-מימדי: מה זה מערך ולמה צריך אותו? איך מגדירים? איך זה נראה בזכרון? דוגמאות לשימוש במערך חד-מימדי השוואה בין משתנה פרימיטיבי למשתנה שאינו פרימיטיבי מערך דו-מימדי: למה צריך? איך מגדירים? איך זה נראה בזכרון? דוגמאות לשימוש במערך דו-מימדי מערך חד-מימדי: מערך הינו מבנה זיכרון המכיל מספר ערכים מאותו טיפוס, גודל המערך נקבע כאשר הוא נוצר )בזמן ריצה( ולאחר מכן הוא קבוע. תיאור מערך: מבנה מסודר של ערכים. לכל ערך יש מקום. כל איברי המערך הם מאותו סוג. מערך יכול להכיל כל טיפוס פרימיטיבי)וכן טיפוסים שאינם פרימיטיביים כפי שנלמד בהמשך( הצורך במערך: יש צורך לשמור מספר גדול של משתנים מאותו סוג. 1. זהו מבנה מאורגן המאגד בתוכו קבוצה גדולה של ערכים שניתן לעבור עליהם באופן שיטתי. 2. בזמן כתיבת התכנית לא ידוע כמה משתנים כאלה נרצה לשמור. 3. מערך מאפשר לפונקציה להחזיר יותר מערך אחד)נלמד בהמשך הקורס(. 4. הגדרת מערך: כמו כל משתנה, גם מערך צריך הגדרה והשמה. int[] myarray; //declares an array of integers ההגדרה מורכבת מטיפוס המערך ומשם המערך, הסוגריים המרובעים לאחר הטיפוס מציינים שהמשתנה המוגדר הוא מסוג מערך. הקצאת זכרון: ההגדרה עצמה אינה מקצה זיכרון עבור המערך, אלא רק מכריזה על קיומו ויש ליצור )על ידי הקצאת זיכרון( את המערך. myarray = new int[5]; // create an array of integers myarray תמונה של מערך בזיכרון: אוסף של תאים "רצופים", כל אחד בגודל המתאים לסוג המערך. הקצאת הזכרון למערך מתרחשת פעם אחת בלבד, בזמן יצירתו. תוכן התאים במערך יכול להשתנות תוך כדי ריצה, אך לא כן מספר התאים )הגודל(. למערך קיים מאפיין בשם length המחזיר את גודל המערך. ניתן בעיקרון להקצות מערך בכל גודל חיובי שלם)גם בגודל אפס אך מערך כזה אינו שימושי(.

2 ניתן להקצאות זכרון עבור גודל המערך בעזרת משתנה: int size = 5; int[] myarray; myarray = new int[size]; System.out.println(myArray.length); // prints 5 size = 6; מה לדעתכם תדפיס כעת השורה הבאה? System.out.println(a.length); // משתנים המצביעים על מערכים יכולים גם לקבל השמה לערך המיוחד :null myarray = null; בטבלת המשתנים המשתנה myarray מצביע לערך המיוחד הקבוע.null שאלה: מה נקבל כאשר נבקש myarray.length לפני שהקצינו את המערך? int[] myarray; System.out.println(myArray.length); תשובה: שגיאת קופילציה, הקומפיילר מזהה את השגיאה ועוצר את תהליך הקומפילצייה. שאלה: ואם נבקש myarray.length כאשר ל- null? נעשתה השמה של myarray תשובה: שגיאת זמן ריצה מסוג NullPointerException המציינת שניסינו לפנות למשתנה שערכו הוא ;null הקומפיילר אינו מזהה את השגיאה. כמו במשתנים אחרים, גם כאן ניתן לבצע הגדרה והקצאה בשורה אחת: int[] myarray = new int[10]; אם יודעים את כל הערכים בזמן כתיבת התכנית ניתן להגדיר ולהקצות מערך כך: int[] smallprimes = {2,3,5,7,11}; איתחול זה יכול להתבצע רק בסמוך להגדרה boolean char, int, double, וכן טיפוסים שנכיר char[] chararray; float[] floatarray; boolean[] booleanarray; מערך יכול להיות מכל טיפוס של : java בהמשך. מספור תאים במערך: אם במערך יש n תאים המערכת מתייחסת אליהם ע"י המספרים 1-n 0

3 פניה לאיבר במערך: int[] smallprimes = {2,3,5,7,11}; index Value int i = smallprimes[3] * 2; // i = 7*2 = 14 smallprimes[3] = 13; // i is still 14 קריאת ערך מתא במערך: כתיבת ערך לתא במערך: index value ? 4 11 פניה למערך במיקום שאינו קיים )כלומר מעבר לגבולות המערך( תגרור שגיאה בזמן ההרצה, בדומה לחילוק באפס, הקומפיילר לא בודק חריגה מגבולות מערך אפילו שלכאורה הוא יכול, למשל: smallprimes[5] = 13; i = smallprimes[-1]; // run time error (yes, the compiler //doesn't care the index is negative!)

4 דוגמאות לשימוש במערך חד-מימדי: דוגמא 1 פעולות על מערך: //Demonstarte basic array operations public class BasicArray { public static void main(string[] arg) { int[] smallprimes = {2,3,5,7,11}; System.out.println(smallPrimes[0]); smallprimes[0] = 13; System.out.println(smallPrimes[0]); System.out.println("The length of the array is " + smallprimes.length); for(int i=0; i < smallprimes.length ;i=i+1) System.out.print(smallPrimes[i]+", "); } //class BasicArray /* output: 2 13 the length of the array is 5 13, 3, 5, 7, 11, */ דוגמא 2 איתחול מערך ע"י לולאה: //Demonstrate array init with a loop public class IntArray { public static void main(string[] arg) { int[] intarray = new int[5];// allocate an array System.out.println(); for(int i=0;i < intarray.length ;i=i+1) intarray [i] = i*3; for(int i=0;i < intarray.length ;i=i+1) System.out.print("["+i+"]="+ intarray [i]+", "); } //class IntArray /* output: [0]=0, [1]=3, [2]=6, [3]=9, [4]=12, */ דוגמאות נוספות לפניה לאיבר במערך: - myarray[3] = 7; - int i = 5; myarray[i] = 3; - myarray [i/2] = 1; // i/2 = 5/2 = 2 // in the [] there could be any math expression, a call to function etc, as long as the result is an int

5 השוואה בין משתנה פרימיטיבי למשתנה שאינו פרימיטיבי בניגוד לטיפוסים פרימיטיביים ההתיחסות למערכים היא דרך,references ולכן אם נכתוב: int x = 3; int y = x; x=7; ערך שם טיפוס int x 3, 7 טבלת המשתנים int y 3 int[] xarray = new int[5]; int[] yarray = xarray; xarray[1] = 6; x y y ישאר ללא שינוי. לעומת זאת, ע"י הקוד גם yarray השתנה. בעצם, הגדרנו מקום בזכרון עבור x ואת y כיוונו לאותו מקום. טבלת המשתנים שאלה: מה יקרה בזכרון בזמן הרצת הקוד הבא: תשובה: אין יותר משתנים המצביעים על המערך הראשון שהוקצה לשימוש אחר. אם היינו שומרים במערך זה נתונים כלשהם הם היו הולכים לאיבוד int[] myarray; myarray = new int[10]; myarray = new int[20]; )בגודל 10( והזכרון שהופנה עבורו יועבר. מה נמצא בטבלת המשתנים השמה משתנה פרימיטיבי הערך עצמו הערך מועתק משתנה שאינו פרימיטיבי )מערך למשל ) הכתובת הכתובת מועתקת השוואה )==( השוואה בין ערכים השוואה בין כתובות int[] arr1 = null; int[] arr2 = null; השוואה בין שני מערכים עם כתובת :null

6 System.out.println(arr1==arr2); //prints true מבוא למדעי המחשב - סמסטר א' תשע"ב מערך דו-מימדי במערך דו-מימדי לכל אלמנט יש שני אינדקסים)מערך של מערכים(: ניתן בקלות ליצור מערך דו-מימדי שבו כל המערכים הפנימיים הם באותו האורך, מערך כזה נקרא מטריצה: int[][] array1 = new int [3][2]; array1 כל מערך פנימי יכול להיות באורך שונה: int[][] array2 = {{1,3},{5,6,7},{4}}; array מערך דו-מימדי הוא מערך של : references פניה ל-[ array2[0 תחזיר את המערך במקום ה- 0 ){1,3}(. אפשר לבדוק את האורך של מערך: array1.length 3 array1[0].length 2 array2.length 3 array2[2].length 1 array2[1].length 3 array2[3].length run time error

7 פניה לאיבר במערך דו-מימדי: System.out.println(array2[1][0]);// prints 5 array1[2][1] = 9; דוגמאות לשימוש במערך דו-מימדי: דוגמא מס' 1 // Shows a possible pitfall with reference public class ArrayRef{ public static void main(string []args){ int[][] x; x = new int[3][]; // Initialization x[0] = new int[3]; x[1] = x[0]; x[0][1] = 7; //prints the 2D array for (int i = 0 ; i < x.length ; i= i+1){ for (int j = 0 ; j < x[i].length; j = j+1){ System.out.print(x[i][j]); } System.out.println(); } } } x null שימו לב לצורת המערך כפי שהוא מתקבל בשורה המודגשת: null null מה יקרה אם נוסיף את השורה משמאל? x[2]= x; java מבדילה בין מערך של מספרים ובין מערך של מערכים של מספרים ולכן השורה הזאת לא תעבור קומפילציה )שכן איברי המערך צריכים להיות מאותו טיפוס(. public class MultiplicationTable { public static void main(string[] arg) { final int ROW = 9; final int COLUMN = 9; int[][] mat = new int[row][column]; דוגמא מס' 2 הדפסת לוח הכפל: for (int i=0; i < ROW; i=i+1) for (int j=0; j < COLUMN; j=j+1) mat[i][j] = (i+1)*(j+1); זוהי דוגמא לשימוש במערך ע " מ לבצע פעולה חוזרת על קבוצה של איברים // for (int i=0; i < ROW; i=i+1) { for (int j=0; j < COLUMN; j=j+1) System.out.print(mat[i][j]+"\t");

8 System.out.println(); } } //class הערה: כדי להדפיס למסך את לוח הכפל יכולנו להסתפק בלולאה כפולה ולא היינו צריכים להשתמש במערך דו-מימדי. דוגמא זו באה להמחיש שימוש ב : lookup table אילו החישוב של i*j היה מסובך, היינו אולי מעוניינים בטבלה כדוגמת הטבלה הזו, שתכיל את כל התוצאות. ע"י כך ניתן להבטיח כי החישוב ייעשה פעם אחת, ולנו תהיה גישה קלה לתוצאה. דוגמא מס' 3 העתקת מערך דו-ממדי כלשהו: //Copy matrix from a to c public class copymatrix{ public static void main(string[] args){ int[][] a = {{1,3},{5,6,7},{4}}; int[][] c; //Create the matrix row by row c = new int[a.length][]; int i,j; for ( i=0 ; i < c.length; i = i+1) c[i] = new int[a[i].length]; for ( i=0; i < c.length; i = i+1) for (j=0 ; j < c[i].length ; j = j+1) c[i][j] = a[i][j]; } //class Add דוגמאות נוספות )פעולות על מטריצות( : דרך טבעית לייצוג מטריצה בגודל m n היא ע"י מערך בגודל זה. חיבור מטריצות: // Adds two matrices public class Add{ public static void main(string[] args){ int[][] a = { /* insert data here */ }; int[][] b = { /* insert data here */ }; int[][] c; c = new int[a.length][a[0].length]; for (int i = 0 ; i < a.length ; i = i+1) for (int j = 0 ; j < a[i].length ; j = j+1) c[i][j] = a[i][j] + b[i][j]; } //class Add

9 כפל מטריצות: )תלמדו בהמשך הסמסטר באלגברה ) הגדרה והסברים מויקיפדיה: כפל מטריצות, matrix multiplication //Multiplies two matrices public class Mul{ public static void main(string[] args){ int[][] a = { /* insert data here */ }; int[][] b = { /* insert data here */ }; int[][]c; //Create the matrix row by row c = new int[a.length][]; for (int i = 0 ; i < c.length ; i = i+1) c[i] = new int[b[0].length]; //For each element in the matrix for (int i=0; i<a.length ; i=i+1) for(int j=0; j<b[0].length; j=j+1){ //NOTICE that b.length is equal to a[i].length //Calculate the sum c[i][j] = 0; for (int k=0; k<a[i].length ; k= k+1) c[i][j] = c[i][j] + (a[i][k] * b[k][j]); } //for } //class Mul