如何在java中创建任意深度的嵌套数组



我正在尝试创建一个数组数组等,只是在运行时之前我不知道它需要多少嵌套级别。

根据输入,我可能需要int[]int[][]int[][][][][][]或其他任何东西。(就上下文而言,我试图为元胞自动机构建一个N维网格,其中N作为参数传递。)

我没有任何代码给你,因为我不知道该怎么做;我怀疑仅仅使用数组根本不可能。如有任何帮助或其他解决方案,我们将不胜感激。

您可以对Object[]执行此操作,将其成员限制为Object[]或int[]。

例如,这里有一个数组,在一个部分深入三层,在另一部分深入两层:

   Object[] myarray = new Object[] {
         new Object[] { new int[] { 1, 2 }, 
                        new int[] { 3, 4 }},
         new int[] { 5, 6 } 
    };

创建后,您可能需要访问成员。在您的例子中,您知道前面的深度N,所以您知道在什么深度下期望Object[],在什么深度上期望int[]。

但是,如果您不知道深度,可以使用反射来确定成员是另一个Object[]级别还是叶int[]级别。

    if ( myarray[0] instanceof Object[] ) {
           System.out.println("This should print true.");
    }

编辑:

以下是一个方法的草图[到目前为止尚未测试,抱歉],该方法在给定索引数组的情况下访问已知深度数组的成员。m_root成员可以是Object[]或int[]。(您可以进一步放松以支持标量。)

   public class Grid {
        private int m_depth;
        private Object m_root;
        ...
        public int get( int ... indices ) {
            assert( indices.length == m_depth );
            Object level = m_root;
            for ( int i = 0; i + 1 < m_depth; ++i ) {
                level = ((Object[]) level)[ indices[i] ];
            }
            int[] row = (int[]) level;
            return row[ indices[m_depth - 1] ];
        }
   }

这应该可以使用Object[]实现,因为数组是对象:

int[] arr = {1,2,3};
int[] arr2 = {1,2,3};
int[] arr3 = {1,2,3};
int[] arr4 = {1,2,3};
Object[] arr5 = {arr, arr2}; // basically an int[][]
Object[] arr6 = {arr3, arr4}; // basically an int[][]
Object[] arr7 = {arr5, arr6}; // basically an int[][][]
// etc.

请注意,一个数组不必包含相同维度的数组:

Object[] arr7 = {arr5, arr};

为了防止这种情况(并允许更容易地访问数据),我建议编写一个类,该类有一个Object成员(将是您的int[]Object[])、一个深度变量和一些漂亮的函数,可以让您访问所需内容。

ArrayList也将工作:

ArrayList array = new ArrayList();
array.add(new ArrayList());
array.add(new ArrayList());
((ArrayList)array.get(0)).add(new ArrayList());
// etc.

随着N的增加,使用嵌套数组变得越来越不有利,尤其是当您有网格结构时。使用这种方法,内存使用量在N中呈指数级增长,代码变得复杂。

如果网格稀疏(有很多具有相同值的单元格),则可以使用一组"单元格"对象,其中每个对象都包含一个坐标向量和单元格的整数值。不在集合中的每个单元格都假定有一个默认值,这是最常见的值。

为了更快地访问,您可以使用例如k-d树(https://en.wikipedia.org/wiki/K-d_tree)但这在一定程度上取决于您的实际用例。

@Andy Thomas解释了如何使用Object[]为多维数组的更高级别执行此操作。不幸的是,这意味着类型不正确,不允许索引,或者不允许在没有类型转换的情况下访问元素。

你不能这样做:

    Object[] array = ...
    int i = array[1][2][3][4];

要获得允许您执行上述操作的类型,您需要创建一个实际类型为(例如)int[][][][]的对象。

但另一方面,在N是变量的情况下,对N维数组使用这种类型的索引并不实际。除非对N(即最多5个)进行绑定并分别处理不同的情况,否则您无法编写Java源代码来实现这一点。这很快就变得难以控制。

您可以使用Java反射,因为数组是对象。

    public static void main(String[] args) throws InstantiationException,
        IllegalAccessException, ClassNotFoundException {
    Class<?> intClass = int.class;
    Class<?> oneDimensionalArrayClass = Class.forName("[I");
    Object oneDimensionalIntArray1 = Array.newInstance(intClass, 1);
    Array.set(oneDimensionalIntArray1, 0, 1);
    Object oneDimensionalIntArray2 = Array.newInstance(intClass, 1);
    Array.set(oneDimensionalIntArray2, 0, 2);
    Object oneDimensionalIntArray3 = Array.newInstance(intClass, 1);
    Array.set(oneDimensionalIntArray3, 0, 3);
    Object twoDimensionalIntArray = Array.newInstance(oneDimensionalArrayClass, 3);
    Array.set(twoDimensionalIntArray, 0, oneDimensionalIntArray1);
    Array.set(twoDimensionalIntArray, 1, oneDimensionalIntArray2);
    Array.set(twoDimensionalIntArray, 2, oneDimensionalIntArray1);
    System.out.println(Array.get(Array.get(twoDimensionalIntArray, 1), 0));
}

类Array及其静态方法提供了对项的访问,而您可以用前导的"["指定数组的维度。

多维数组的整个结构只是编译器在一大块内存上为您做一些工作(好吧,正如一些人在java中评论的那样,这是多块内存)。处理您面临的问题的一种方法是在运行时使用嵌套数组列表。另一种(更具性能)的方法是只分配一个所需大小的一维数组,然后自己进行索引。然后,您可以在一个方法中隐藏索引代码,该方法传递了所有详细信息,如数组取消引用。

private int[] doAllocate(int[] dimensions)
{
    int totalElements = dimensions[0];
    for (int i=1; i< dimensions.length; i++)
    {
        totalElements *= dimensions[i];
    }
    int bigOne = new int[totalElements];
    return bigOne;
}
private int deReference(int[] dimensions, int[] indicies, int[] bigOne)
{
    int index = 0;
    // Not sure if this is only valid when the dimensions are all the same.
    for (int i=0; i<dimensions.length; i++)
    {
        index += Math.pow(dimensions[i],i) * indicies[dimensions.length - (i + 1)];
    }
    return bigOne[index];
}

上面所写的字段是由编译器检查和创建的。如果您希望在运行时使用动态数据结构,可以创建自己的数据结构。搜索Composite Pattern。一个小片段应该向您展示它是如何工作的:

interface IGrid {
  void insert(IGrid subgrid);
  void insert(int[] values);
}
class Grid implements IGrid {
  private IGrid subgrid;
  void insert(IGrid subgrid) {this.subgrid = subgrid;}
  void insert(int[] values) {/* Do nothing */}
}
class SubGrid implements IGrid {
  private int[] values;
  void insert(IGrid subgrid) {/* Do nothing */}
  void insert(int[] values) {this.values = values;}
}

您可以简单地为int[]创建一个Subgrid,或者为int[][]创建一个带有SubgridGrid。这只是一个初步的解决方案,您必须创建一些代码来处理自动机的级别和值。我会这样做的。希望它能有所帮助:)并期待更多的解决方案^^

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