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：

掌握数组的声明、初始化和遍历

理解集合框架（List、Set、Map）的核心区别与应用场景

能够使用集合解决实际数据存储与操作问题

避免数组越界和集合操作中的常见错误

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）

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 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 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 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 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 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

编写程序找出数组中第二大的数

使用HashMap实现电话簿功能（添加、查询联系人）

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