다차원 배열

• 다차원 배열, 일반 구문
• 2차원 배열
• 2차원 배열 선언, 생성 및 초기화
• 2차원 배열을 화면에 표시하기
• 2차원 배열의 빠른 출력
• 2차원 배열의 "길이"
• 2차원 배열 사용 예: 체커보드
• 2차원 배열 사용 예: 행렬 곱셈
• 직사각형이 아닌 2차원 배열
• 3차원 배열
• Java 프로그래머의 실제 작업에서의 다차원 배열
• 2차원 및 3차원 배열의 흥미로운 문제

1차원 Java 배열이란 무엇입니까?

배열은 동일한 유형, 기본 요소 또는 참조 요소의 순서가 지정된 집합입니다. 배열(주로 1차원)에 대한 일반 정보는 " Arrays in Java " 기사와 JavaRush 과정에서 찾을 수 있습니다 . 이 기사에서는 요소가 다른 배열인 배열에 대해 설명합니다. 이러한 배열을 다차원이라고 합니다. 다른 배열을 요소로 하는 배열, 즉 배열의 배열을 2차원이라고 합니다. 모든 언어가 다차원 배열을 이런 식으로 구성한 것은 아니지만, Java에서는 그렇습니다.

Java 다차원 배열, 일반 구문

일반적으로 Java의 다차원 배열은 다음과 같습니다.

Data_type[dimension1][dimension2][]..[dimensionN] array_name = new data_type[size1][size2]….[sizeN];

Data_type배열의 요소 유형은 어디에 있습니까? 기본 또는 참조(클래스)일 수 있습니다. 안쪽에 있는 괄호 쌍의 개수는 dimension배열의 차원입니다(이 경우 - N). array_name— 배열 이름 size1...sizN— 배열의 각 차원에 있는 요소 수입니다. 다차원 배열 선언:

int[][] twoDimArray; //two-dimensional array
String[][][] threeDimArray; //three-dimensional array
double[][][][][] fiveDimArray; // five-dimensional array

아마도 이 모든 것이 매우 추상적으로 보일 수 있으므로 이제 다차원 배열(2차원 및 3차원)의 구체적인 표현으로 넘어가겠습니다. 사실 Java 개발자는 때때로 2차원 배열을 사용하지만 훨씬 덜 자주 사용합니다. 3차원 배열과 더 큰 배열은 극히 드뭅니다. 아마도 당신은 그들을 만나지 않을 것입니다.

2차원 Java 배열이란 무엇입니까?

Java의 2차원 배열은 배열의 배열입니다. 즉, 각 셀에는 배열에 대한 참조가 포함되어 있습니다. 그러나 주어진 행 수(1차원)와 열 수(2차원)가 있는 테이블 형식으로 표시하는 것이 훨씬 쉽습니다. 모든 행의 요소 수가 동일한 2차원 배열을 직사각형이라고 합니다.

2차원 배열 선언, 생성 및 초기화

2차원 배열을 선언하고 생성하는 절차는 1차원 배열의 경우와 거의 동일합니다.

int[][] twoDimArray = new int[3][4];

이 배열에는 3개의 행과 4개의 열이 있습니다. 직사각형 2차원 배열의 크기(직사각형이 아닐 수 있음, 아래에서 자세히 설명), 즉 총 요소 수는 행 수에 열 수를 곱하여 결정할 수 있습니다. 이제 기본값으로 초기화(채워짐)되었습니다. 즉, 0입니다. 필요한 값으로 채워보겠습니다.

twoDimArray[0][0] = 5;//write the value 5 into the cell at the intersection of the zero row and zero column
twoDimArray[0][1] = 7; //write the value 7 into the cell at the intersection of the zero row and the first column
twoDimArray[0][2]  = 3;
twoDimArray[0][3] = 17;
twoDimArray[1][0] = 7;
twoDimArray[1][1] = 0;
twoDimArray[1][2] = 1;
twoDimArray[1][3] = 12;
twoDimArray[2][0] = 8;
twoDimArray[2][1] = 1;
twoDimArray[2][2] = 2;
twoDimArray[2][3] = 3;

1차원 배열과 마찬가지로 초기화 절차를 더 빠르게 수행할 수 있습니다.

int [][] twoDimArray = {{5,7,3,17}, {7,0,1,12}, {8,1,2,3}};

두 경우 모두 정수로 채워진 행 3개와 열 4개로 구성된 2차원 배열을 얻게 됩니다.

2차원 배열을 화면에 표시하기

이 작업을 수행하는 가장 논리적인 방법은 먼저 제로 라인 요소를 요소별로 출력한 다음 두 번째 등을 출력하는 것입니다. Java에서 2차원 배열을 출력하는 가장 일반적인 방법은 두 개의 중첩 루프를 사용하는 것입니다.

int [][] twoDimArray = {{5,7,3,17}, {7,0,1,12}, {8,1,2,3}};//declared an array and filled it with elements
for (int i = 0; i < 3; i++) {  //go through the lines
            for (int j = 0; j < 4; j++) {//go through the columns
                System.out.print(" " + twoDimArray[i][j] + " "); //output element
            }
            System.out.println();// line wrap for the visual preservation of the tabular form
        }

2차원 배열의 빠른 출력

2차원 배열의 요소 목록을 화면에 표시하는 가장 짧은 방법은 deepToString클래스 메소드를 사용하는 것입니다 Arrays. 예:

int[][] myArray = {{18,28,18},{28,45,90},{45,3,14}};
System.out.printLn(Arrays.deepToString(myArray));

프로그램의 결과는 다음과 같습니다: [[18, 28, 18], [28, 45, 90], [45, 3, 14]]

2차원 배열의 "길이"

1차원 배열의 길이(즉, 배열의 요소 수)를 얻으려면 변수를 사용할 수 있습니다 length. 즉, 배열을 정의하면 int a[] = {1,2,3}연산은 a.length3을 반환합니다. 하지만 2차원 배열에 동일한 절차를 적용하면 어떻게 될까요?

int [][] twoDimArray = {{5,7,3,17}, {7,0,1,12}, {8,1,2,3}};
System.out.println(twoDimArray.length);

출력: 3 따라서 이 작업은 배열의 행 수를 출력합니다. 열 수를 얻는 방법은 무엇입니까? 직사각형 2차원 배열(즉, 모든 선의 길이가 동일한 배열)을 다루는 경우 twoDimArray[0].length0 요소(본질적으로 0 선) 대신에 기존의 다른 요소를 적용할 수 있습니다. Java에서 2차원 배열은 배열의 배열이고 요소 0은 twoDimArray[0]길이가 4인 배열이기 때문에 이를 수행할 수 있습니다. 이를 직접 확인할 수 있습니다.

2차원 배열 사용 예: 체커보드

2차원 배열은 예를 들어 게임, 특히 체스에서 유한한 2차원 필드를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 체스판을 2차원 배열로 생각하기 쉽습니다. 여기에 그래픽을 "부착"할 수 있지만 지금은 기호를 사용하여 체스판을 정의하고 이를 콘솔에 출력하겠습니다. 체스판의 왼쪽 하단 사각형은 검은색으로 칠해져 있고, 다음 정사각형은 흰색이며 그 위도 마찬가지입니다. 그래서 옆에 인접한 셀로 이동할 때마다 색상이 변경됩니다. 체스 색상을 수동으로 설정하지 않고 알고리즘을 사용하여 설정하려면 패리티 검사를 사용할 수 있습니다. 행과 열 인덱스의 합이 짝수 또는 0이면 셀이 흰색이 되고 그렇지 않으면 검정색이 됩니다. 이 확인을 위해 알고리즘에서 나머지 연산자 %를 사용합니다. W그래픽이 아닌 기호로 작업하므로 흰색 셀은 문자 (흰색)로, 검은색 셀은 문자(검은색)로 표시하겠습니다 B.

//set the chessboard as a two-dimensional array
String [][] chessBoard = new String[8][8];
        for (int i = 0; i< chessBoard.length; i++) {
            for (int j = 0; j < chessBoard[0].length; j++) {
                if ((i + j) % 2 == 0) chessBoard[i][j] = "W";
                else chessBoard[i][j] = "B";
            }
        }

프로그램의 출력은 다음과 같습니다. WBWBWBWBBWBWBWBWWBWBW BWBBWBWBWBWWBWBWBWBBW BWBWBWWBWBWBWBBWBWBWBWB W 모든 것이 실제 체스판과 같으므로 확인할 수 있습니다. 이제 배열 언어가 아닌 "체스" 언어로 셀 번호를 올바르게 매기는 방법을 작성해 보겠습니다. 보드의 왼쪽 하단 셀은 A1이라고 불리는 반면, 우리 배열에서는 입니다 chessBoard[7][0]. 2차원 배열의 각 인덱스 쌍을 해당 "체스"와 연관시켜 보겠습니다. 이를 위해 " abcdefgh" 및 " 87654321"라는 두 줄을 사용합니다(단순화를 위해 역순으로 체커보드 8이 0 열에 해당함).

public static String chessBoardCoord(int a, int b) {
            String letters = "abcdefgh";
            String numbers = "87654321";
            if ((a > 7)|| (b>7)) return null; //if the number is outside the board, return the default value - null
            else return (Character.toString(letters.charAt(a)) + numbers.charAt(b)); /*charAt - a method with which we extract from the string the element under the passed number, here - under the numbers a and b. Character.toString - a method that converts the received character into a string */
        }

이제 다음 방법을 사용하여 각 셀에 색상뿐만 아니라 번호도 표시해 보겠습니다.chessBoardCoord

String [][] chessBoard = new String[8][8];
        for (int i = 0; i < chessBoard.length; i++) {
            for (int j = 0; j < chessBoard[0].length; j++) {
                if ((i + j) % 2 == 0) chessBoard[i][j] = "W" + chessBoardCoord(j,i);
                else chessBoard[i][j] = "B"+ chessBoardCoord(j,i);
            }
        }

            for (int i = 0; i < chessBoard.length; i++) {
                for (int j = 0; j < chessBoard[0].length; j++) {
                    System.out.print(" " + chessBoard[i][j] + " ");
                }
                System.out.println();
            }

프로그램 출력: Wa8 Bb8 Wc8 Bd8 We8 Bf8 Wg8 Bh8 Ba7 Wb7 Bc7 Wd7 Be7 Wf7 Bg7 Wh7 Wa6 Bb6 Wc6 Bd6 We6 Bf6 Wg6 Bh6 Ba5 Wb5 Bc5 Wd5 Be5 Wf5 Bg5 Wh5 Wa4 Bb4 Wc4 Bd4 We4 Bf4 Wg4 Bh4 Ba3 Wb3 Bc3 Wd 3 Be3 Wf3 Bg3 Wh3 Wa2 Bb2 Wc2 Bd2 We2 Bf2 Wg2 Bh2 Ba1 Wb1 Bc1 Wd1 Be1 Wf1 Bg1 Wh1 여기서는 We2e2로 표시된 흰색 사각형을 의미합니다.

2차원 배열 사용 예: 행렬 곱셈

주목!이 예제에는 행렬에 대한 기본 지식이 필요합니다. 여기서는 그들에 대해 거의 언급하지 않을 것이며, 이 정보는 행렬 연산을 공부했지만 다소 잊어버린 사람들을 위한 것입니다. 그러나 이 지식은 오픈 소스, 특히 Wikipedia의 기사 에서 얻을 수 있습니다 . 이는 2차원 배열을 사용하는 좋은 예이지만, 배열 없이도 계속 진행할 수 있습니다. 따라서 지금 수학적 관점에서 이해하기 어려운 것 같고 실제로 자세히 알아보고 싶지 않다면 예제를 건너뛰셔도 됩니다. 기본 선형 대수학을 공부했다면 직사각형 배열과 직사각형 행렬에 대해 배웠을 것입니다. 여기서 a11, a12... aNN은 숫자입니다. 그림에서 행렬은 직사각형이 아니라 정사각형입니다(행 수는 열 수와 같지만 항상 그런 것은 아닙니다). 실제 생활에서는 이러한 행렬이 거의 발생하지 않지만 프로그래밍 및 컴퓨터 과학에서는 매우 일반적입니다. 특히 컴퓨터 그래픽과 게임 엔진에 사용됩니다. 예를 들어, 회전 행렬을 사용하여 화면의 개체를 어떤 각도로든 회전하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 2차원 공간에서 회전 행렬은 다음과 같습니다. 여기서 세타는 객체를 회전해야 하는 각도입니다. 동일한 차원의 행렬은 서로 추가될 수 있으며 추가는 요소별로 발생합니다(동일한 인덱스를 가진 요소를 추가합니다). 그러나 행렬 곱셈의 연산은 덜 익숙합니다. 따라서 첫 번째 행렬의 열 수가 두 번째 행렬의 행 수와 일치하는 경우에만 행렬을 곱하여 결과 행렬을 얻을 수 있습니다. 결과 행렬은 첫 번째 행렬과 동일한 수의 행과 두 번째 행렬과 동일한 수의 열을 갖습니다. 곱셈은 ​​다음과 같이 수행됩니다. a[l][m]행렬 과 을 가지자 b[m][n]. 곱셈의 결과로 우리는 행렬을 얻어야 합니다 c[l][n]. c[0][0]곱 행렬 의 요소를 얻으려면 a[0][0]첫 번째 행렬의 0 행에 있는 0 요소에 두 번째 행렬의 0 요소를 곱한 다음 첫 번째 행렬의 첫 번째 행에 있는 첫 번째 요소에 첫 번째 요소를 곱해야 합니다. 두 번째 행렬의 첫 번째 열 등을 거쳐 모든 결과 제품이 추가됩니다.

a[0][0]*b[0][0] + a[0][1]*b[1][0] + … + a[0][m-1]*b[m-1][0]

결과 행렬의 첫 번째 행의 두 번째 요소를 얻으려면 두 번째 행에 대해 동일한 절차를 수행합니다.

a[1][0]*b[0][0] + a[1][1]*b[0][1] + … + a[0][m-1]*b[m-1][0]

그리고 줄이 끝날 때까지 계속됩니다. 그런 다음 다음 줄로 이동하여 줄이 다 떨어질 때까지 절차를 반복합니다. 즉, 첫 번째 행렬의 행과 두 번째 행렬의 열을 곱합니다. 아래는 행렬 곱셈에 대한 코드입니다. 위에서 언급한 행 및 열 수 조건을 준수하는지 확인하여 이를 보완할 수 있습니다.

//declaring two matrices
int [][] twoDimArray1 = {{1,0,0,0},{0,1,0,0},{0,0,0,0}};
int[][] twoDimArray2 = {{1,2,3},{1,1,1},{0,0,0},{2,1,0}};

//matrix multiplication process
int[][]twoDimArray3 = new int [twoDimArray1.length][twoDimArray2[0].length];
        for (int i=0; i<twoDimArray3[0].length; i++)
            for (int j=0; j<twoDimArray3.length; j++)
                for (int k=0; k<twoDimArray1[0].length; k++)
                              twoDimArray3[i][j] = twoDimArray3[i][j] + twoDimArray1[i][k] * twoDimArray2[k][j];

//output on display
        for (int i = 0; i < twoDimArray3.length; i++) {
            for (int j = 0; j < twoDimArray3[0].length; j++) {
                System.out.print(" " + twoDimArray3[i][j] + " ");
            }
            System.out.println();
        }

프로그램은 다음 결과를 출력합니다: 1 2 3 1 1 1 0 0 0

직사각형이 아닌 2차원 배열

2차원 배열은 Java의 배열 배열이므로 각 내부 배열의 길이는 다를 수 있습니다. 배열을 생성할 때 행 수만 지정할 수 있으며 열 수(즉, 동일한 행의 길이)는 지정할 수 없습니다. 예를 살펴보겠습니다.

//declaring and creating an array, specifying only the number of rows
int [][] twoDimArray = new int[5][];

//initialize the array, filling it with arrays of different lengths
        twoDimArray[0] = new int[]{1, 2, 3, 4, 5};
        twoDimArray[1] = new int[]{1,2,3,4};
        twoDimArray[2] = new int[]{1,2,3};
        twoDimArray[3] = new int[]{1,2};
        twoDimArray[4] = new int[]{1};
//display the resulting non-rectangular two-dimensional array on the screen
        for (int i = 0; i < twoDimArray.length; i++) {
            for (int j = 0; j < twoDimArray[i].length; j++) {
                System.out.print(" " + twoDimArray[i][j] + " ");
            }
            System.out.println();
        }

프로그램 출력: 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 2 3 1 2 1 따라서 배열의 0번째 라인에는 array 가 포함되고 {1,2,3,4,5}, 네 번째 라인에는 array 가 포함됩니다 {1}.

Java의 3차원 배열

3차원 배열은 상식과 자바 언어의 논리에 따라 "배열의 배열" 또는 "각 요소가 2차원 배열인 배열"이라고 부를 수 있습니다. 게다가 이러한 2차원 배열은 다를 수 있습니다. 예:

// create a three-dimensional array consisting of two two-dimensional arrays
int[][][] threeDimArr = new int[2][][];
//create the first 2D array of a 5x2 3D array
        threeDimArr[0] = new int[5][2];
//create a second 2D array of a 1x1 3D array
        threeDimArr[1] = new int[1][1];

그러나 실제로는 세 가지 양이 모두 동시에 정의되는 3차원 배열, 즉 직사각형 2차원 배열과 유사한 3차원 배열이 더 자주 사용됩니다. 이미 언급했듯이 3차원 이상의 배열은 거의 사용되지 않습니다. 그러나 3D 배열을 사용하면 흥미로운 것을 프로그래밍할 수 있습니다. 예를 들어, 다층 주차장. 각 층은 2차원 배열로 간주될 수 있으며, 주차 공간은 3차원 배열의 특정 요소로 간주될 수 있습니다. 그러한 배열의 요소는 공간이 비어 있으면 boolean값이 false 이고 공간이 채워져 있으면 true 인 유형으로 표시될 수 있습니다.

//set a boolean three-dimensional array. This car park has 3 floors, each of which can accommodate 2x5 = 10 cars. By default, all cells are empty (false)
boolean[][][] parkingLot = new boolean[3][2][5];
//two cars arrived and parked on the ground floor in cell [1][0] and [1][3]
        parkingLot[0][1][0] = true;
        parkingLot[0][1][3] = true;

//Output the array to the console
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            for (int j = 0; j < 2; j++) {
                for (int k = 0; k < 5; k++) {
                    System.out.print("arr[" + i + "][" + j + "][" + k + "] = " + parkingLot[i][j][k] + "\t");

                }
                System.out.println();
            }
        }

2차원 및 3차원 배열의 흥미로운 문제

당신은 Java의 다차원 배열에 대해 충분히 알고 있으며 자신감이 있다면 아래 문제 중 일부를 해결해 볼 수 있습니다. 쉽지는 않지만 흥미롭습니다. 틱택토. 3x3 필드를 설정하고 교대로 플레이하는 두 명의 플레이어를 만듭니다. 처음에는 필드가 비어 있으며 각 빈 필드에 첫 번째 플레이어가 십자가를 넣을 수 있고 두 번째 플레이어는 0을 넣을 수 있습니다. 한 행, 한 열 또는 대각선으로 배열된 3개의 크로스 또는 3개의 0을 먼저 수집한 사람이 승자가 됩니다. 랭턴의 개미 . 셀(2차원 배열)로 나누어지고 검은색이나 흰색으로 칠해진 특정 필드가 있습니다(임의 함수로 설정 가능). "개미"는 세포 중 하나에서 무작위로 구체화되며, 각 단계에서 인접한 세포의 수평 또는 수직 네 방향 중 하나로 이동할 수 있습니다. 개미 이동 규칙:

• 검은색 사각형에서 개미는 왼쪽으로 90° 회전하고 셀의 색상을 흰색으로 변경한 후 다음 사각형으로 앞으로 이동해야 합니다.
• 흰색 사각형에서 개미는 오른쪽으로 90° 회전하고 세포 색상을 검은색으로 바꾼 후 다음 사각형으로 나아갑니다.

n개미의 초기 위치를 고려하여 단계 번호에서 반복을 계산하는 방법을 작성하세요 . 필드는 0과 1로 무작위로 채워질 수 있습니다(또는 체스판 예에서 했던 것처럼 문자 W와 로 표시됨). B또한 개미의 수평 및 수직 위치와 이 단계에서의 방향(북쪽, 남쪽, 서쪽, 동쪽)이라는 두 가지 매개변수가 더 필요하며, 기본적으로 개미는 북쪽을 봅니다. 3차원 배열을 사용하여 루빅스 큐브를 모델링해 볼 수 있습니다. 표준 루빅스 큐브에는 6개의 면이 있으며 각 면은 색상이 지정된 사각형의 3차원 배열입니다 Color[][][] rubik = new Color[6][3][3]. 그러나 루빅스 큐브를 구현하는 것은 간단한 작업이 아닙니다.

배열에 관한 유용한 자료

JavaRush의 많은 기사는 배열(실제로 훨씬 더 자주 사용되기 때문에 주로 1차원 배열)에 대해 다루고 있습니다. 그들에게주의를 기울이십시오.

1. Java의 배열 - 초보자를 위한 배열에 대한 예제
2. 배열에 관한 것 - 배열에 관한 좋은 상세 기사
3. Arrays 클래스 및 그 사용 - 이 문서에서는 클래스의 일부 메서드를 설명합니다.Array
4. Arrays는 배열에 관한 최초의 JavaRush 강의 입니다 .
5. null이 아닌 길이가 0인 배열 반환 - 효과적인 프로그래밍 작성자인 Joshua Bloch가 빈 배열을 더 효과적으로 반환하는 방법에 대해 설명합니다.