Java从入门到精通 - 算法、正则、异常

算法、正则、异常

此笔记参考黑马教程，仅学习使用，如有侵权，联系必删

1. 常见算法

1.1 简单认识算法

1.1.1 什么是算法？

• 解决某个实际问题的过程和方法

1.1.2 为什么要学习算法？

• 编程思维
• 面试

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1.2 排序算法

学习算法的技巧：

1. 先搞清楚算法的流程
2. 直接去推敲如何写代码

1.2.1 冒泡排序

• 每次从数组中找出最大值放在数组的后面去

1.2.1.1 实现冒泡排序的关键步骤分析

• 确定总共需要做几轮：数组的长度 - 1
• 每轮比较几次：

• 当前位置大于后一个位置则交换数据

代码实现

package Advanced.b_algorithm;import java.util.Arrays;/*** 目标：掌握冒泡排序的编写*/
public class 冒泡排序 {public static void main(String[] args) {// 1. 准备一个数组int[] arr = {5, 2, 3, 1};// 2.定义一个循环控制排几轮for (int i = 0; i < arr.length; i++) {// 3. 定义一个循环控制比较几轮for (int j = 0; j < arr.length - i - 1; j++) {// 判断当前位置的元素值，是否大于后一个位置处的元素值，如果大则交换if (arr[j] > arr[j + 1]) {int temp = arr[j + 1];arr[j + 1] = arr[j];arr[j] = temp;}}}System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [1, 2, 3, 5]}
}

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1.2.2 选择排序

• 每轮选择当前位置，开始找出后面的较小值与该位置交换


1.2.2.1 选择排序的关键

• 确定总共需要选择几轮：数组的长度 - 1
• 控制每轮从以前位置为基准，与后面元素选择几次

代码实现

package Advanced.b_algorithm;import java.util.Arrays;/*** 目标：掌握选择排序*/
public class 选择排序 {public static void main(String[] args) {// 1. 准备好一个数组int[] arr = {5, 1, 3, 2};// 2. 控制选择几轮for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {// 3. 控制每轮选择几次for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {// 判断当前位置是否大于后面位置处的元素值，若大于则交换if (arr[i] > arr[j]) {int temp = arr[i];arr[i] = arr[j];arr[j] = temp;}}}System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [1, 2, 3, 5]}
}

• 优化

package Advanced.b_algorithm;import java.util.Arrays;/*** 目标：掌握选择排序*/
public class 选择排序 {public static void main(String[] args) {// 1. 准备好一个数组int[] arr = {5, 1, 3, 2};// 2. 控制选择几轮for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {int minIndex = i;// 3. 控制每轮选择几次for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {// 判断当前位置是否大于后面位置处的元素值，若大于则交换if (arr[minIndex] > arr[j]) {minIndex = j;}}// 决定是否交换if (i != minIndex) {int temp = arr[i];arr[i] = arr[minIndex];arr[minIndex] = temp;}}System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [1, 2, 3, 5]}
}

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1.3 查找算法

1.3.1 基本查找/顺序查找

就是暴力一个一个循环查找

注意：在数据量特别大的时候，基本查找这种从前往后挨个找的形式，性能是很差的！

1.3.2 二分查找（折半查找）

前提条件：数组中的数据必须是有序的

核心思想：每次排除一半的数据，查询数据的性能明显提高极多

二分查找正常的折半条件应该是开始位置 left <= 结束位置 right

代码实现

package Advanced.b_algorithm;import java.util.Arrays;/*** 目标：掌握二分查找*/
public class 二分查找 {public static void main(String[] args) {// 1. 准备号一个数组int[] arr = {7, 23, 79, 81, 103, 127, 131, 147};System.out.println(binarySearch(arr, 81)); // 3System.out.println(Arrays.binarySearch(arr, 81)); // 3}public static int binarySearch(int[] arr, int data) {// 1. 定义两个变量，一个站在左边位置，一个站在右边位置int left = 0;int right = arr.length - 1;// 2. 定义一个循环控制折半while (left <= right) {// 3. 每次折半，都算出中间位置处的索引int middle = (left + right) / 2;// 4. 判断当前要找的元素值，与中间位置处的元素值的大小情况if (data < arr[middle]) {// 往左走，截止位置（右边位置） = 中间位置 - 1right = middle - 1;} else if (data > arr[middle]) {// 往右边找，起始位置（左边位置） = 中间位置 + 1} else {// 中间位置处的元素值，正好等于我们要找的元素值return middle;}}return -1; // -1特殊结果，就代表没有找到数据，数组中不存在该数据}
}

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2. 正则表达式

2.1 概述、初体验

• 就是由一些特定的字符组成，代表的是一个规则

作用一：用来校验数据格式是否合法

作用二：在一段文本中查找满足要求的内容

使用正则表达式校验数据，你的代码风格会非常的简单、便捷

package Advanced.c_regex;/*** 目标：体验一下使用正则表达式来校验数据格式的合法性* 需求：校验QQ号是否正确：要求全部是数字，长度是（6-20）之间，不能以0开头*/
public class RegexTest1 {public static void main(String[] args) {System.out.println(checkQQ(null)); // falseSystem.out.println(checkQQ("123456789")); // trueSystem.out.println(checkQQ("21478fadf15")); // falseSystem.out.println("------------------------");System.out.println(checkQQ1(null)); // falseSystem.out.println(checkQQ1("123456789")); // trueSystem.out.println(checkQQ1("21478fadf15")); // false}public static boolean checkQQ1(String qq) {return qq != null && qq.matches("[1-9]\\d{5,19}");}public static boolean checkQQ(String qq) {// 1. 判断qq号码是否为nullif (qq == null || qq.startsWith("0") || qq.length() < 6 || qq.length() > 20) {return false;}// 2. qq至少不是null，不是以0开头，满足6-20之间的长度// 判断qq号码中是否都是数字for (int i = 0; i < qq.length(); i++) {// 根据索引提取当前位置处的字符char ch = qq.charAt(i);// 判断ch记住的字符，如果不是数字，qq号就不合法if (ch < '0' || ch > '9') {return false;}}// 3. 说明qq号肯定是合法的return true;}
}

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2.2 书写规则

String 提供了一个匹配正则表达式的方法

public boolean matches(String regex) 判断字符串是否匹配正则表达式，匹配返回 true，不匹配返回 false

2.2.1 正则表达式的书写规则

字符类（只能匹配单个字符）	说明
[abc]	只能是 a，b 或 c
[^abc]	除了 a，b，c 之外的任何字符
[a-zA-Z]	a 到 z，A 到 z，包括（范围）
[a-d[m-p]]	a 到 d，或 m 到 p
[a-z&&[def]]	d，e 或 f（交集）
[a-z&&[^bc]]	a 到 z，除了 b 和 c（等同于 [ad-z]）
[a-z&&[^m-p]]	a 到 z，除了 m到 p（等同于 [a-lq-z]）

预定义字符（只能匹配单个字符）	说明
.	任何字符
\d	一个数字：[0-9]
\D	非数字：[^0-9]
\s	一个空白字符
\S	非空白字符：[^\s]
\w	[a-zA-Z_0-9]
\W	[^\w] 一个非单词字符

数量词	说明
X?	X，一次或0次
X*	X，零次或多次
X+	X，一次或多次
X{n}	X，正好 n 次
X{n, }	X，至少 n 次
X{n,m}	X，至少 n 但不超过 m 次

2.2.2 其他几个常用的符号

(?i) ：忽略大小写

| ：或

() ：分组

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2.3 应用案例

需求：

校验用户输入的电话、邮箱、时间是否合法

代码演示

package Advanced.c_regex;import java.util.Scanner;/*** 目标：校验用户输入的电话、邮箱、时间是否合法*/
public class RegexTest3 {public static void main(String[] args) {checkPhone();}public static void checkPhone() {while (true) {System.out.println("请您输入您的电话号码（手机|座机）：");Scanner sc = new Scanner(System.in);String phone = sc.nextLine();if (phone.matches("(1[3-9]\\d{9})|(0\\d{2,7}-?[1-9]\\d{4,19})")) {System.out.println("您输入的号码格式正确~~~");break;} else {System.out.println("您输入的号码格式不正确");}}}public static void checkEmail() {while (true) {System.out.println("请您输入您的邮箱：");Scanner sc = new Scanner(System.in);String phone = sc.nextLine();if (phone.matches("\\w{2,}@\\w{2,20}(\\.\\w{2,10}){1,2}")) {System.out.println("您输入的邮箱格式正确~~~");break;} else {System.out.println("您输入的邮箱格式不正确");}}}
}

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2.4 用于查找信息

在一段文本中查找满足要求的内容

需求：

请把下面文本中的电话、邮箱、座机号码、热线都爬取出来

代码实现

package Advanced.c_regex;import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;/*** 目标：掌握使用正则表达式查找内容*/
public class RegexTest4 {public static void main(String[] args) {method1();}// 需求1：从一下内容中爬取出：手机、邮箱、座机、400电话等信息public static void method1() {String data = "来黑马程序员学习Java，\n" +"电话：1866668888，18699997777，\n" +"或者联系邮箱：boniu@itcast.cn，\n" +"座机电话：01036517895，010-98951256\n" +"邮箱：bozai@itcast.cn，\n" +"邮箱：dlei0009@163.com，\n" +"热线电话：400-618-9090，400-618-4000，400618400，4006189090";// 1. 定义爬取规则String regex = "(1[3-9]\\d{9})|(0\\d{2,7}-?[1-9]\\d{4,19})|(\\w{2,}@\\w{2,20}(\\.\\w{2,10}){1,2})" + "|(400-?\\d{3,7}-?\\d{3,7})";// 2. 把正则表达式封装成一个Pattern对象Pattern pattern = Pattern.compile(regex);// 3. 通过pattern对象去获取查找内容的匹配器对象Matcher matcher = pattern.matcher(data);// 4. 定义一个循环开始爬取信息while (matcher.find()) {String rs = matcher.group();System.out.println(rs);}}
}

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2.5 用于搜索替换、分割内容

正则表达式用于搜索替换、分割内容，需要结合 String 提供的如下方法完成：

方法名	说明
public String replaceAll(String regex, String newStr)	按照正则表达式匹配的内容进行替换
public String[] split(String regex)	按照正则表达式匹配的内容进行分割字符串，返回一个字符串数组

代码演示

package Advanced.c_regex;import java.util.Arrays;/*** 目标：掌握使用正则表达式做搜索替换、内容分割*/
public class RegexTest5 {public static void main(String[] args) {// 1. public String replaceAll(String regex, String newStr)：按照正则表达式匹配的内容进行替换// 需求1：请把 古力娜扎ai888迪丽热巴999aa5566马尔扎哈fbbfsfs42425卡尔扎巴，中间的非中文字符替换成 ”-“String s1 = "古力娜扎ai888迪丽热巴999aa5566马尔扎哈fbbfsfs42425卡尔扎巴";System.out.println(s1.replaceAll("\\w+", "-")); // 古力娜扎-迪丽热巴-马尔扎哈-卡尔扎巴// 需求2（拓展）：某语言系统，收到一个口吃的人说”我我我喜欢编编编编编编程！“，需要优化成”我喜欢编程“String s2 = "我我我喜欢编编编编编编程！";/*** (.)一组，匹配任意字符的* \\1：为这个组声明一个组号：1号* +：声明必须是重复的字* $1：可以去到第1组代表的那个重复的字*/System.out.println(s2.replaceAll("(.)\\1+", "$1")); // 我喜欢编程！// 2. public String[] split(String regex)：按照正则表达式的内容进行分割字符串，返回一个字符串数组// 需求1：请把 古力娜扎ai888迪丽热巴999aa5566马尔扎哈fbbfsfs42425卡尔扎巴 中的人名获取出来String s3 = "古力娜扎ai888迪丽热巴999aa5566马尔扎哈fbbfsfs42425卡尔扎巴";String[] names = s3.split("\\w+");System.out.println(Arrays.toString(names)); // [古力娜扎, 迪丽热巴, 马尔扎哈, 卡尔扎巴]}
}

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3. 异常

3.1 认识异常

3.1.1 什么是异常？

异常就是代表程序出现的问题

3.1.2 异常的体系

Error：代表的系统级别错误（属于严重问题），也就是说系统一旦出现问题，sun 公司会把这些问题封装成 Error 对象给出来，说白了，Error 是给 sun 公司自己用的，不是给我们程序员用的，因此我们开发人员不用管它

Exception：叫异常，它代表的才是我们程序员可能出现的问题，所以，我们程序员通常会用 Exception 以及它的孩子来封装程序出现的问题

• 运行时异常：RuntimeException 及其子类，编译阶段不会出现错误提醒，运行时出现异常（如：数组索引越界异常）
• 编译时异常：编译阶段就会出现错误提醒的（如：日期解析异常）

3.1.3 抛出异常（throws）

• 在方法上使用 throws 关键字，可以将方法内部出现的异常抛出去给调用者处理

方法 throws 异常1, 异常2, 异常3...{...
}

3.1.4 捕获异常（try…catch）

• 直接捕获程序出现的异常

try{// 监视可能出现异常的代码！
} catch (异常类型1 变量) {// 处理异常
} catch (异常类型2 变量) {// 处理异常
}...

代码演示

package Advanced.d_exception;import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;/*** 目标：认识异常*/
public class ExceptionTest1 {public static void main(String[] args) throws ParseException {
//        Integer.valueOf("abc");//        int[] arr = {11,22,33};
//        System.out.println(arr[5]);//        try {SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");Date d = sdf.parse("2023-11-11 10:24");System.out.println(d);
//        } catch (ParseException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }}
}

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3.2 自定义异常

• Java 无法为这个世界上全部的问题都提供异常类来代表，如果企业自己的某种问题，想通过异常来表示，以便用异常来管理该问题，那就需要自己来定义异常类了

3.2.1 自定义异常的种类

自定义运行时异常

• 定义一个异常类继承 RuntimeException
• 重写构造器
• 通过 throw new 异常类(xxx) 来创建异常对象并抛出
• 编译阶段不报错，提醒不强烈，运行时才可能出现！！！

自定义编译时异常

• 定义一个异常类继承 Exception
• 重写构造器
• 通过 throw new 异常类(xxx) 来创建异常对象并抛出
• 编译阶段就报错，提醒更加强烈！

3.2.2 异常有什么作用？

1. 异常是用来查询系统 Bug 的关键参考信息
2. 异常可以作为方法内部的一种特殊返回值，以便通知上层调用者底层的执行情况

代码演示

• AgeIllegalRuntimeException.java

package Advanced.d_exception;// 1. 必须让这个类继承自RuntimeException，才能成为一个运行时异常类
public class AgeIllegalRuntimeException extends RuntimeException {public AgeIllegalRuntimeException() {}public AgeIllegalRuntimeException(String message) {super(message);}
}

• AgeIllegalException.java

package Advanced.d_exception;// 1. 必须让这个类继承自Exception，才能成为一个编译时异常类
public class AgeIllegalException extends Exception {public AgeIllegalException() {}public AgeIllegalException(String message) {super(message);}
}

• ExceptionTest2.java

package Advanced.d_exception;/*** 目标：掌握自定义异常，以及异常的作用*/
public class ExceptionTest2 {public static void main(String[] args) {// 需求：保存一个合法的年龄try {saveAge(160);System.out.println("底层执行成功！");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();System.out.println("底层出现了bug！");}try {saveAge2(195);System.out.println("saveAge2底层执行是成功的！");} catch (AgeIllegalException e) {e.printStackTrace();System.out.println("saveAge2底层执行是出现bug的！");}}public static void saveAge(int age) {if (age > 0 && age < 150) {System.out.println("年龄被成功保存：" + age);} else {// 用一个异常对象封装这个问题// throw 抛出去这个异常对象throw new AgeIllegalRuntimeException("/age is illegal, your age is " + age);}}public static void saveAge2(int age) throws AgeIllegalException {if (age > 0 && age < 150) {System.out.println("年龄被成功保存：" + age);} else {// 用一个异常对象封装这个问题// throw 抛出去这个异常对象// throws 用在方法上，抛出方法内部的异常throw new AgeIllegalException("/age is illegal, your age is " + age);}}
}

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3.3 异常的处理

3.3.1 开发中对于异常的常见处理方式

3.3.2 抛出异常（throws）

• 在方法上使用 throws 关键字，可以将方法内部出现的异常抛出去给调用者处理

方法 throws 异常1, 异常2, 异常3...{...
}

// 推荐方式
方法 throws Exception{
}
// Exception代表可以捕获一切异常

3.3.3 捕获异常（try…catch）

• 直接捕获程序出现的异常

try{// 监视可能出现异常的代码！
} catch (异常类型1 变量) {// 处理异常
} catch (异常类型2 变量) {// 处理异常
}...

// 推荐方式
try {// 可能出现异常的代码！
} catch (Exception e) {e.printStackTrace(); // 直接打印异常对象的信息
}
// Exception代表可以捕获一切异常

代码演示

• ExceptionTest3_2.java

package Advanced.d_exception;import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;/*** 目标：异常的处理*/
public class ExceptionTest3_2 {public static void main(String[] args) {try {test1();} catch (Exception e) {System.out.println("您要找的文件不存在！");e.printStackTrace(); // 打印出这个异常对象的信息，记录下来}}public static void test1() throws Exception {SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");Date d = sdf.parse("2023-11-11 10:24:11");System.out.println(d);test2();}public static void test2() throws Exception {// 读取文件的FileInputStream is = new FileInputStream("D:/meinv.png");}
}

• ExceptionTest4.java

package Advanced.d_exception;import java.util.Scanner;/*** 目标：掌握异常的处理方式：捕获异常，尝试修复*/
public class ExceptionTest4 {public static void main(String[] args) {// 需求：调用一个方法，让用户输入一个合适的价格返回为止// 尝试修复while (true) {try {System.out.println(getMoney());break;} catch (Exception e) {System.out.println("请您输入合法的数字！！！");}}}public static double getMoney() {Scanner scanner = new Scanner(System.in);while (true) {System.out.println("请您输出合适的价格：");double money = scanner.nextDouble();if (money >= 0) {return money;} else {System.out.println("您输入的价格是不合适的！");}}}
}

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