Java编程综合提升：从数组练习到问题抽象

### Java 编程综合提升：从数组练习到问题抽象 #### 1. 技能构建练习 技能构建练习部分涵盖了数组相关的多种任务，有助于提升对 Java 数组的理解和运用能力。具体任务如下： 1. **深入研究**：学习相关 Java API 类和接口，熟悉其功能。 2. **网络搜索**：查找单维和多维数组的不同应用。 3. **单维数组编程**：编写程序，根据命令行输入创建不同大小的单维整数数组，并打印数组内容。 4. **单维数组编程**：编写程序，反转命令行输入文本的顺序。 5. **深入研究**：搜索不同的排序算法以及数组在其中的应用。 6. **多维数组编程**：修改示例，创建二维字符数组，每个元素初始化为字符 'c'。 7. **多维数组编程**：再次修改示例，将字符数组初始化为命令行输入的第一个字符。 8. **探索数组类功能**：研究 `java.util.Arrays` 类的方法，编写程序创建不同类型的数组并使用排序方法排序，打印排序前后的数组内容。 #### 2. 建议项目 建议项目提供了更具挑战性的任务，涉及矩阵乘法、程序修改和计算机模拟等方面。 1. **矩阵乘法**：编写程序，将两个矩阵相乘，并将结果存储在新矩阵中，打印结果矩阵的值。 2. **修改直方图程序**：修改直方图程序，使其能够统计数字 0 - 9 和标点符号（句号、逗号、问号、冒号、分号）的出现次数。 3. **计算机模拟**：模拟加密指令集计算机系统 Mark 1（EISCS Mk1）的操作。 - **支持信息**：EISCS Mk1 的机器语言指令集由四位整数组成，前两位为操作码，后两位为操作数。 - **示例程序**：展示了一个简单的程序，读取两个数字，相乘后输出结果。 - **基本操作**： - **内存**：使用长度为 100 的整数数组表示计算机模拟器的内存。 - **指令解码**：从内存中逐个获取指令，解码为操作码和操作数后执行。示例代码如下： ```java instruction = memory[program_counter++]; operation_code = instruction / 100; operand = instruction % 100; ``` - **提示**： - 使用 `switch/case` 结构实现指令执行逻辑。 - 可以硬编码示例程序或允许用户通过控制台输入程序。 - 使用长度为 100 的整数数组表示内存。 #### 3. 自测问题与答案 自测问题用于检验对数组概念的理解，以下是问题及答案： |问题|答案| |----|----| |数组是连续分配的同质数据类型的内存元素。用自己的话解释这意味着什么？|数组包含的原始类型值或引用在内存中一个接一个排列。| |原始类型数组与引用类型数组有什么区别？|原始类型数组的元素包含实际值；引用类型数组的元素包含堆中创建对象的引用。| |Java 数组类型直接继承自哪个 Java 类？|`java.lang.Object`| |每个 Java 数组类型在内存中都有一个对应类型的对象。这个类型是什么？|`java.lang.Class`| |Java 数组类型实现了哪两个接口？|`Cloneable`，`Serializable`| |如何确定数组的长度？|通过访问数组引用的 `length` 属性。| |Java 多维数组是 _______________ 的 ______________。|数组，数组| |创建多维数组时，哪些维度是可选的，哪些是必需的？|最左边的维度是必需的，最右边的维度是可选的。| |“不规则数组” 是什么意思？|多维数组中最右边数组维度长度不同。| |`main()` 方法的 String 数组有什么作用？|允许将命令行参数传递到程序中。| #### 4. 问题抽象：创建新数据类型 在 Java 编程中，问题抽象是将现实世界问题简化为软件可处理形式的重要过程。以下将详细介绍问题抽象的相关概念和一个案例研究项目。 - **抽象的概念**：编程需要对现实世界问题进行简化，问题抽象就是选择问题的关键元素并在软件中建模的过程。例如，计算机中实数的表示是对现实中无限精度实数的近似，Java 中的 `float` 和 `double` 类型就是这种近似的体现。 - **抽象的重要性**：问题抽象是编程中最具创造性的部分，需要分析问题、提取关键元素并在软件中建模。成功的程序员需要具备跳出常规思维的能力，通过不断实践来掌握问题抽象的艺术。 - **问题抽象在开发周期中的位置**：问题抽象跨越了开发周期的分析和设计阶段。项目需求可能未充分记录，需要从已知需求中推导重要信息。选择合适的抽象来建模问题会直接影响程序的设计。 - **创建自定义数据类型**：问题抽象的最终结果是创建一个或多个新的数据类型，即抽象数据类型或用户定义类型。在 Java 中，可以通过定义新的类或接口来创建这些数据类型，它们可以相互交互以实现问题的解决方案。 #### 5. 案例研究项目：编写人员管理程序 下面以一个人员管理程序为例，详细介绍如何运用问题抽象来设计和实现程序。 - **项目规格**： - **目标**：应用问题抽象确定程序的关键元素，使用 Java 类构造创建用户定义的数据类型，在 Java 应用中使用这些数据类型，创建和操作自定义数据类型对象的数组。 - **任务**：编写程序管理人员，包括添加、删除人员，设置和查询人员的姓名和出生日期，计算人员的年龄。将人员对象存储在单维数组中，编写一个单独的应用类使用 `PeopleManager` 类的服务。 - **需求分析**： - **功能简化**：程序应专注于添加人员、删除人员、设置和查询姓名、设置和查询出生日期、查询年龄等功能。 - **类的确定**：根据项目规格，确定需要创建三个类：`Person`、`PeopleManager` 和 `PeopleManagerApplication`。 - **`Person` 类**：体现人员实体的概念，具有姓名、性别、出生日期等属性，提供设置和查询属性以及计算年龄的功能。 - **`PeopleManager` 类**：管理 `Person` 对象的数组，提供添加、删除人员和列出人员的功能。 - **`PeopleManagerApplication` 类**：作为 Java 应用类，包含 `main()` 方法，用于测试 `PeopleManage