智能医学工程-计算机程序设计-2025版-实验03：数组与字符串一、实验目的掌握一维数组的声明、初始化、遍历及常见操作

一、实验目的

掌握一维数组的声明、初始化、遍历及常见操作（如求平均值、最大值、最小值、排序、复制等）。
理解多维数组的使用，特别是二维数组的声明、初始化和遍历。
熟悉 String 类的常用操作，包括字符串的创建、修改、类型转换等。
掌握 StringBuffer 和 StringBuilder 类的使用，理解它们的区别及适用场景。
综合运用数组和字符串的知识，解决实际问题。

二、实验学时

2学时

三、实验类型

验证性

四、实验需求

1、硬件

每人配备计算机1台，建议优先使用个人计算机开展实验。

2、软件

安装IntelliJ IDEA，以及Java运行所需要的相关基础环境。

3、网络

本地主机能够访问互联网和实验中心网络。

4、工具

无。

五、实验任务

一维数组操作：实现一维数组的常见操作，包括求平均值、最大值、最小值、排序和复制。
二维数组操作：实现二维数组的声明、初始化和遍历，并完成矩阵转置操作。
字符串操作：使用 String 类实现字符串的常见操作，包括字符串的拼接、查找、替换和类型转换。
StringBuffer 和 StringBuilder 的使用：比较 StringBuffer 和 StringBuilder 的性能差异，并实现字符串的动态修改。
综合任务：结合数组和字符串的知识，实现一个简单的学生成绩管理系统。

六、实验内容及步骤

任务 1：一维数组操作

步骤：

声明并初始化一个一维数组。
计算数组的平均值、最大值和最小值。
对数组进行排序。
复制数组到另一个数组。

示例代码：

import java.util.Arrays;

public class ArrayOperations {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {5, 3, 9, 1, 7, 4};

        // 计算平均值
        int sum = 0;
        for (int num : array) {
            sum += num;
        }
        double average = (double) sum / array.length;
        System.out.println("Average: " + average);

        // 计算最大值和最小值
        int max = array[0], min = array[0];
        for (int num : array) {
            if (num > max) max = num;
            if (num < min) min = num;
        }
        System.out.println("Max: " + max);
        System.out.println("Min: " + min);

        // 数组排序
        Arrays.sort(array);
        System.out.println("Sorted Array: " + Arrays.toString(array));

        // 数组复制
        int[] copyArray = Arrays.copyOf(array, array.length);
        System.out.println("Copied Array: " + Arrays.toString(copyArray));
    }
}

运行结果如图3-1

图3-1

任务 2：二维数组操作

步骤：

声明并初始化一个二维数组（矩阵）。
遍历二维数组并打印矩阵。
实现矩阵的转置操作。

示例代码：

public class TwoDArray {
    public static void main(String[] args) {
        int[][] matrix = {
            {1, 2, 3},
            {4, 5, 6},
            {7, 8, 9}
        };

        // 打印原始矩阵
        System.out.println("Original Matrix:");
        printMatrix(matrix);

        // 矩阵转置
        int[][] transposedMatrix = new int[matrix[0].length][matrix.length];
        for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
            for (int j = 0; j < matrix[0].length; j++) {
                transposedMatrix[j][i] = matrix[i][j];
            }
        }

        // 打印转置后的矩阵
        System.out.println("Transposed Matrix:");
        printMatrix(transposedMatrix);
    }

    // 打印二维数组
    public static void printMatrix(int[][] matrix) {
        for (int[] row : matrix) {
            for (int num : row) {
                System.out.print(num + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

运行结果如图3-2

图3-2

任务 3：字符串操作

步骤：

使用 String 类创建字符串。
实现字符串的拼接、查找、替换操作。
实现字符串与基本数据类型的转换。

示例代码：

public class StringOperations {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "Hello";
        String str2 = "World";

        // 字符串拼接
        String result = str1 + " " + str2;
        System.out.println("Concatenated String: " + result);

        // 查找子字符串
        int index = result.indexOf("World");
        System.out.println("Index of 'World': " + index);

        // 替换字符串
        String replaced = result.replace("World", "Java");
        System.out.println("Replaced String: " + replaced);

        // 类型转换
        int num = 123;
        String numStr = Integer.toString(num); // int to String
        int parsedNum = Integer.parseInt(numStr); // String to int
        System.out.println("Parsed Number: " + parsedNum);
    }
}

运行结果如图3-3

图3-3

任务 4：StringBuffer 和 StringBuilder 的使用

步骤：

使用 StringBuffer 和 StringBuilder 分别实现字符串的动态修改。
比较两者的性能差异。

示例代码：

public class StringBufferBuilder {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用StringBuffer
        //System.currentTimeMillis();//毫秒
        long startTime = System.nanoTime();//纳秒
        StringBuffer buffer = new StringBuffer("Hello");
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            buffer.append("Java");
        }
        //System.currentTimeMillis();//毫秒
        long endTime = System.nanoTime();//纳秒
        System.out.println("StringBuffer Time: " + (endTime - startTime) + "ns");

        // 使用StringBuilder
        //System.currentTimeMillis();//毫秒
        startTime = System.nanoTime();//纳秒
        StringBuilder builder = new StringBuilder("Hello");
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            builder.append("Java");
        }
        //System.currentTimeMillis();//毫秒
        endTime = System.nanoTime();//纳秒
        System.out.println("StringBuilder Time: " + (endTime - startTime) + "ns");
    }
}

运行结果如图3-4

图3-4

任务 5：综合任务 - 学生成绩管理程序

步骤：

使用数组存储学生姓名和成绩。
实现成绩的录入、查询、排序和输出功能。

代码：

import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;

public class StudentGradeSystem {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String[] names = new String[5];
        int[] scores = new int[5];

        // 录入学生姓名和成绩
        for (int i = 0; i < names.length; i++) {
            System.out.print("请输入学生姓名: ");
            names[i] = scanner.next();
            System.out.print("请输入学生成绩: ");
            scores[i] = scanner.nextInt();
        }

        // 按成绩排序
        for (int i = 0; i < scores.length - 1; i++) {
            for (int j = i + 1; j < scores.length; j++) {
                if (scores[i] < scores[j]) {
                    // 交换成绩
                    int tempScore = scores[i];
                    scores[i] = scores[j];
                    scores[j] = tempScore;
                    // 交换姓名
                    String tempName = names[i];
                    names[i] = names[j];
                    names[j] = tempName;
                }
            }
        }

        // 输出排序后的学生成绩
        System.out.println("打印结果:");
        for (int i = 0; i < names.length; i++) {
            System.out.println(names[i] + ": " + scores[i]);
        }
    }
}

运行结果如图3-5

图3-5

七、实验考核

本实验考核采用【实验随堂查】方式开展。

每个实验完成后，在实验课上通过现场演示的方式向实验指导教师进行汇报，并完成现场问答交流。

每个实验考核满分100分，其中实验成果汇报60分，现场提问交流40分。

实验考核流程：

（1）学生演示汇报实验内容的完成情况，实验指导老师现场打分。

（2）指导老师结合实验内容进行提问，每位学生提问2-3个问题，根据回答的情况现场打分。

（3）实验考核结束后，进行公布成绩。