【JAVA】实验一 从面向过程到面向对象

实验名称??? 实验一 从面向过程到面向对象

实验目的???

1. 掌握Java语言简单数据类型、表达式、输入输出；

2. 理解Java类中main方法的编写及过程化编程；

3. 掌握Java数组的使用。???????????

实验内容

1. 输入年份，判断是否是闰年。闰年的条件是符合下面两个条件之一：

（1）能被400整除的年份是闰年；

（2）能被4整除，但不能被100整除的年份是闰年；

2. 输入0~100的成绩，输出优、良、中、及格、不及格的等级。

3. 使用while循环，利用公式求的值。

4. 白马百担问题。大马驮3担，中马驮2担，两匹小马驮1担，现有100匹马正好驮100担，问：大、中、小马各有几匹？

5. 实现冒泡法排序，如将10个整数按从小大顺序输出。代码中适当使用增强型for循环：for(数组元素类型 e: 数组名)。

6. 打印杨辉三角

import java.util.Scanner;

public class Main {
??? public static void main(String[] args) {
??????? Scanner scanner = new Scanner(System.in);

??????? // 1. 判断是否是闰年
??????? System.out.println("1. 请输入年份：");
??????? int year = scanner.nextInt();
??????? if (isLeapYear(year)) {
??????????? System.out.println(year + "年是闰年");
??????? } else {
??????????? System.out.println(year + "年不是闰年");
??????? }

??????? // 2. 成绩等级
??????? System.out.println("2. 请输入成绩（0~100）：");
??????? int score = scanner.nextInt();
??????? printGrade(score);

??????? // 3. 使用while循环求值
??????? System.out.println("3. 使用while循环，输入n求1到n的和：");
??????? float pi = 0;
??????? float q = 1;
??????? float sign = 1;
??????? do {
??????????? pi += sign / q;
??????????? sign = -sign;
??????????? q += 2;
??????? } while(q <= 1000000);

??????? pi = 4 * pi;
??????? System.out.println("pi = " + pi);

??????? // 4. 白马百担问题
??????? System.out.println("4. 白马百担问题的解：");
??????? solveHorseProblem();

??????? // 5. 冒泡法排序
??????? System.out.println("5. 冒泡法排序：");
??????? int[] array = {5, 3, 8, 1, 2, 7, 4, 6, 10, 9};
??????? bubbleSort(array);
??????? System.out.print("排序后的数组：");
??????? for (int num : array) {
??????????? System.out.print(num + " ");
??????? }
??????? System.out.println();

??????? // 6. 打印杨辉三角
??????? System.out.println("6. 打印杨辉三角：");
??????? printPascalTriangle(8);
??? }

??? // 判断是否是闰年
??? private static boolean isLeapYear(int year) {
??????? return (year % 400 == 0) || ((year % 4 == 0) && (year % 100 != 0));
??? }

??? // 成绩等级
??? private static void printGrade(int score) {
??????? if (score >= 90) {
??????????? System.out.println("优");
??????? } else if (score >= 80) {
??????????? System.out.println("良");
??????? } else if (score >= 70) {
??????????? System.out.println("中");
??????? } else if (score >= 60) {
??????????? System.out.println("及格");
??????? } else {
??????????? System.out.println("不及格");
??????? }
??? }

??? // 使用while循环，求1到n的和
??? private static int calculateSum(int n) {
??????? int sum = 0;
??????? int i = 1;
??????? while (i <= n) {
??????????? sum += i;
??????????? i++;
??????? }
??????? return sum;
??? }

??? // 白马百担问题
??? private static void solveHorseProblem() {
??????? System.out.println("big\tmid\tsmall");
??????? System.out.println("----------------------------");
??????? for(int big = 0; big <= 33; big++) {
??????????? for(int mid = 0; mid <= 50; mid++)? {
??????????????? int small = 100 - big - mid;
??????????????? if(small % 2 == 0 && 3*big + 2*mid + small/2 == 100) {
??????????????????? System.out.println(big + "\t" + mid + "\t" + small);
??????????????? }
??????????? }
??????? }
??? }

??? // 冒泡法排序
??? private static void bubbleSort(int[] array) {
??????? int n = array.length;
??????? for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
??????????? for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
??????????????? if (array[j] > array[j + 1]) {
??????????????????? // 交换元素
??????????????????? int temp = array[j];
??????????????????? array[j] = array[j + 1];
??????????????????? array[j + 1] = temp;
??????????????? }
??????????? }
??????? }
??? }

??? // 打印杨辉三角
// 6. 打印杨辉三角
??? private static void printPascalTriangle(int rows) {
??????? int[][] triangle = new int[rows][];
??????? for (int i = 0; i < rows; i++) {
??????????? triangle[i] = new int[i + 1];
??????????? triangle[i][0] = triangle[i][i] = 1;
??????????? for (int j = 1; j < i; j++) {
??????????????? triangle[i][j] = triangle[i - 1][j - 1] + triangle[i - 1][j];
??????????? }
??????? }

??????? // 打印杨辉三角
??????? for (int i = 0; i < rows; i++) {
??????????? // 打印左侧空格
??????????? for (int k = 0; k < rows - i - 1; k++) {
??????????????? System.out.print(" ");
??????????? }

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

实验程序及结果（附录）

思考

如何取得二维数组a的行数以及第i行的列数？

在Java中，你可以使用以下方法来获取二维数组的行数以及特定行的列数：

1. **获取二维数组的行数：**

?? ```java

?? int rowCount = array.length;

?? ```

?? 这里，`array.length`将返回二维数组的行数。

2. **获取特定行的列数：**

?? int specificRow = 2; // 例如，获取第2行的列数

?? int columnCount = array[specificRow].length;

?? 这里，`array[specificRow].length`将返回第`specificRow`行的列数。

public class ArrayExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // 创建一个二维数组

??????? int[][] array = {

??????????????? {1, 2, 3},

??????????????? {4, 5, 6},

??????????????? {7, 8, 9}

??????? };



??????? // 获取行数

??????? int rowCount = array.length;

??????? System.out.println("行数：" + rowCount);



??????? // 获取第2行的列数

??????? int specificRow = 1;

??????? int columnCount = array[specificRow].length;

??????? System.out.println("第" + (specificRow + 1) + "行的列数：" + columnCount);

??? }

}

在这个示例中，`rowCount`将输出3，表示二维数组有3行。`columnCount`将输出3，表示第2行有3列。

1. Java语言简介

1.1 Java的起源与发展

• Java是由James Gosling和Sun Microsystems团队于1995年推出的编程语言。
• Sun Microsystems的口号是“Write Once, Run Anywhere”（一次编写，到处运行）。
• Java具有跨平台性，即在不同平台上编写的Java程序可以在不进行修改的情况下运行。

1.2 Java的特点与优势

• 简单易学：?Java语法设计简洁，相对于其他语言更易于学习和理解。
• 面向对象：?Java是一种面向对象的编程语言，支持类和对象的概念。
• 平台无关性：?Java程序可以在不同的平台上运行，只需安装适当的Java虚拟机（JVM）。
• 安全性与可靠性：?Java具有强大的安全性和可靠性，通过自动内存管理和异常处理来防止程序崩溃。

2. 基本数据类型与表达式

2.1 整型、浮点型、字符型等数据类型

• 整型：?byte、short、int、long
• 浮点型：?float、double
• 字符型：?char

2.2 算术、关系、逻辑等表达式

• 算术运算符：?+、-、*、/、%
• 关系运算符：?==、!=、<、>
• 逻辑运算符：?&&、||、!

// 示例代码：基本数据类型与表达式

public class DataTypesAndExpressions {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // 数据类型示例

??????? int integerNumber = 10;

??????? double floatingPointNumber = 3.14;

??????? char character = 'A';

??????? // 表达式示例

??????? int result = 2 + 3 * 4;

??????? boolean isGreater = (result > 10);

??????? // 输出结果

??????? System.out.println("Integer: " + integerNumber);

??????? System.out.println("Floating Point: " + floatingPointNumber);

??????? System.out.println("Character: " + character);

??????? System.out.println("Result: " + result);

??????? System.out.println("Is Greater: " + isGreater);

??? }

}

3. 输入与输出

3.1?Scanner?类的使用

• 使用?Scanner?类从控制台读取用户输入。

import java.util.Scanner;

public class InputOutputExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // 使用Scanner类获取用户输入

??????? Scanner scanner = new Scanner(System.in);

??????? System.out.print("Enter your name: ");

??????? String name = scanner.nextLine();

??????? System.out.print("Enter your age: ");

??????? int age = scanner.nextInt();

??????? // 输出用户输入

??????? System.out.println("Name: " + name);

??????? System.out.println("Age: " + age);

??????? // 关闭Scanner

??????? scanner.close();

??? }

}

3.2 控制台输出与格式化输出

• 使用?System.out.println?进行简单输出。
• 使用?System.out.printf?进行格式化输出。

public class OutputFormattingExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? String name = "John";

??????? int age = 25;

??????? // 简单输出

??????? System.out.println("Name: " + name);

??????? System.out.println("Age: " + age);

??????? // 格式化输出

??????? System.out.printf("Name: %s, Age: %d%n", name, age);

??? }

}

4. 过程化编程与面向对象编程

4.1 过程化编程概念与示例

• 过程是一组有序的步骤，可以完成特定的任务。
• 示例代码：简单过程化程序

public class ProceduralExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // 过程式编程示例

??????? int result = addNumbers(5, 7);

??????? System.out.println("Sum: " + result);

??? }

??? // 过程式编程中的过程

??? private static int addNumbers(int a, int b) {

??????? return a + b;

??? }

}

4.2 面向对象编程基本概念

• 类与对象的概念。
• 封装、继承、多态的基本概念。

// 面向对象编程示例

public class ObjectOrientedExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // 创建对象

??????? Car myCar = new Car("Toyota", "Camry", 2022);

??????? // 访问对象的属性和方法

??????? myCar.displayInfo();

??????? myCar.startEngine();

??? }

}

// 定义一个简单的Car类

class Car {

??? String make;

??? String model;

??? int year;

??? // 构造方法

??? public Car(String make, String model, int year) {

??????? this.make = make;

??????? this.model = model;

??????? this.year = year;

??? }

??? // 方法

??? public void displayInfo() {

??????? System.out.println("Car: " + year + " " + make + " " + model);

??? }

??? public void startEngine() {

??????? System.out.println("Engine started!");

??? }

}

5. 主方法（main方法）

5.1 Java程序执行入口

• public static void main(String[] args)?方法的结构。
• args参数的作用。

// 主方法示例

public class MainMethodExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // 主方法的代码逻辑

??????? System.out.println("Hello, Java!");

??? }

}

6. 数组的使用

6.1 一维数组与二维数组

• 声明与初始化数组。
• 访问数组元素。

// 数组示例

public class ArrayExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // 一维数组

??????? int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

??????? // 二维数组

??????? int[][] matrix = {

??????????????? {1, 2, 3},

??????????????? {4, 5, 6},

??????????????? {7, 8, 9}

??????? };

??????? // 访问数组元素

??????? int firstElement = numbers[0];

??????? int matrixElement = matrix[1][2];

??????? // 输出结果

??????? System.out.println("First Element: " + firstElement);

??????? System.out.println("Matrix Element: " + matrixElement);

??? }

}

6.2 获取数组的长度与元素访问

• 使用?length?属性获取数组长度。
• 示例代码：数组操作。

// 数组示例：获取数组长度与元素访问

public class ArrayOperationsExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // 一维数组

??????? int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

??????? // 获取数组长度

??????? int length = numbers.length;

??????? // 遍历数组并访问元素

??????? System.out.print("Array Elements: ");

??????? for (int i = 0; i < length; i++) {

??????????? System.out.print(numbers[i] + " ");

??????? }

??????? System.out.println();

??? }

}

7. 条件判断与循环

7.1?if-else语句

• 单条件与多条件判断。

// 条件判断示例：if-else语句

public class IfElseExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? int number = 10;

??????? // 单条件判断

??????? if (number > 0) {

??????????? System.out.println("Number is positive");

??????? }

??????? // 多条件判断

??????? if (number > 0) {

??????????? System.out.println("Number is positive");

??????? } else if (number < 0) {

??????????? System.out.println("Number is negative");

??????? } else {

??????????? System.out.println("Number is zero");

??????? }

??? }

}

7.2?switch语句

• 多分支选择结构。

// 条件判断示例：switch语句

public class SwitchExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? int dayOfWeek = 3;

??????? String dayName;

??????? // 使用switch语句判断星期几

??????? switch (dayOfWeek) {

??????????? case 1:

??????????????? dayName = "Monday";

??????????????? break;

??????????? case 2:

??????????????? dayName = "Tuesday";

??????????????? break;

??????????? case 3:

??????????????? dayName = "Wednesday";

??????????????? break;

??????????? case 4:

??????????????? dayName = "Thursday";

??????????????? break;

??????????? case 5:

??????????????? dayName = "Friday";

??????????????? break;

??????????? case 6:

??????????????? dayName = "Saturday";

??????????????? break;

??????????? case 7:

??????????????? dayName = "Sunday";

??????????????? break;

??????????? default:

??????????????? dayName = "Invalid day";

??????? }

??????? // 输出结果

??????? System.out.println("Day of the week: " + dayName);

??? }

}

7.3?while、do-while、for循环

• 循环的基本结构与用法。

// 循环示例

public class LoopExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // while循环

??????? int i = 0;

??????? while (i < 5) {

??????????? System.out.print(i + " ");

??????????? i++;

??????? }

??????? System.out.println();

??????? // do-while循环

??????? int j = 0;

??????? do {

??????????? System.out.print(j + " ");

??????????? j++;

??????? } while (j < 5);

??????? System.out.println();

??????? // for循环

??????? for (int k = 0; k < 5; k++) {

??????????? System.out.print(k + " ");

??????? }

??????? System.out.println();

??? }

}

8. 方法与函数

8.1 方法的定义与调用

• 方法的声明与实现。
• 方法的调用与返回值。

// 方法示例

public class MethodExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // 调用方法

??????? int result = addNumbers(5, 7);

??????? // 输出结果

??????? System.out.println("Sum: " + result);

??? }

??? // 方法的定义

??? private static int addNumbers(int a, int b) {

????? ??return a + b;

??? }

}

8.2 方法的参数与返回值

• 形参与实参。
• 返回值的类型与使用。

// 方法参数与返回值示例

public class MethodParametersAndReturnValue {

??? public static void main(String[] args) {

??????? // 调用带参数的方法

??????? greetUser("John");

??????? // 调用带返回值的方法

??????? int sum = addNumbers(3, 5);

??????? System.out.println("Sum: " + sum);

??? }

??? // 带参数的方法

??? private static void greetUser(String name) {

??????? System.out.println("Hello, " + name + "!");

??? }

??? // 带返回值的方法

??? private static int addNumbers(int a, int b) {

??????? return a + b;

??? }

}

9. 逻辑运算与位运算

9.1 逻辑运算符（与、或、非）

• 逻辑与、逻辑或、逻辑非。

// 逻辑运算符示例

public class LogicalOperatorsExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? boolean condition1 = true;

??????? boolean condition2 = false;

??????? // 逻辑与

??????? boolean resultAnd = condition1 && condition2;

??????? System.out.println("Result of AND: " + resultAnd);

??????? // 逻辑或

??????? boolean resultOr = condition1 || condition2;

??????? System.out.println("Result of OR: " + resultOr);

??????? // 逻辑非

??????? boolean resultNot = !condition1;

??????? System.out.println("Result of NOT: " + resultNot);

??? }

}

9.2 位运算符与操作

• 位与、位或、位异或、位非。

// 位运算符示例

public class BitwiseOperatorsExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? int number1 = 5;? // 二进制表示为 0101

??????? int number2 = 3;? // 二进制表示为 0011

??????? // 位与

??????? int resultAnd = number1 & number2;

??????? System.out.println("Result of AND: " + resultAnd);

??????? // 位或

??????? int resultOr = number1 | number2;

??????? System.out.println("Result of OR: " + resultOr);

??????? // 位异或

??????? int resultXor = number1 ^ number2;

??????? System.out.println("Result of XOR: " + resultXor);

??????? // 位非

??????? int resultNot = ~number1;

??????? System.out.println("Result of NOT: " + resultNot);

??? }

}

10. 排序算法与冒泡排序

10.1 常见排序算法概述

• 冒泡排序、快速排序等。

10.2 冒泡排序算法与实现

• 算法思想与步骤。
• 示例代码：冒泡排序。

// 冒泡排序示例

public class BubbleSortExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? int[] array = {5, 3, 8, 1, 2, 7, 4, 6, 10, 9};

??????? // 调用冒泡排序方法

??????? bubbleSort(array);

??????? // 输出排序后的数组

??????? System.out.print("Sorted Array: ");

??????? for (int num : array) {

??????????? System.out.print(num + " ");

??????? }

??????? System.out.println();

??? }

??? // 冒泡排序算法

??? private static void bubbleSort(int[] array) {

??????? int n = array.length;

??????? for (int i = 0; i < n - 1; i++) {

??????????? for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {

??????????????? if (array[j] > array[j + 1]) {

??????????????????? // 交换元素

??????????? ????????int temp = array[j];

??????????????????? array[j] = array[j + 1];

??????????????????? array[j + 1] = temp;

??????????????? }

??????????? }

??????? }

??? }

}

11. 问题求解与编程思维

11.1 解决问题的步骤与方法

• 问题分析、算法设计、编码等步骤。

11.2 编程思维的培养

• 抽象化、模块化、优化等思维方式。

12. 附加题目：杨辉三角

12.1 数学概念与应用

• 杨辉三角的性质与规律。

12.2 二维数组的使用

• 二维数组在杨辉三角中的应用。
• 示例代码：打印杨辉三角。

// 杨辉三角示例

public class PascalTriangleExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? printPascalTriangle(8);

??? }

??? // 打印杨辉三角

??? private static void printPascalTriangle(int rows) {

??????? int[][] triangle = new int[rows][];

??????? for (int i = 0; i < rows; i++) {

??????????? triangle[i] = new int[i + 1];

??????????? triangle[i][0] = triangle[i][i] = 1;

??????????? for (int j = 1; j < i; j++) {

??????????????? triangle[i][j] = triangle[i - 1][j - 1] + triangle[i - 1][j];

??????????? }

??????? }

??????? // 打印杨辉三角

??????? for (int i = 0; i < rows; i++) {

??????????? // 打印左侧空格

??????????? for (int k = 0; k < rows - i - 1; k++) {

??????????????? System.out.print(" ");

??????????? }

??????????? for (int j = 0; j <= i; j++) {

??????????????? System.out.print(triangle[i][j] + " ");

??????????? }

??????????? System.out.println();

??????? }

??? }

}

13. 附加题目：白马百担问题

13.1 数学建模与问题求解

• 将问题抽象成数学模型。

13.2 嵌套循环的应用

• 使用嵌套循环解决问题。
• 示例代码：白马百担问题求解。

// 白马百担问题示例

public class HorseProblemExample {

??? public static void main(String[] args) {

??????? solveHorseProblem();

??? }

??? // 白马百担问题求解

??? private static void solveHorseProblem() {

??????? System.out.println("big\tmid\tsmall");

??????? System.out.println("----------------------------");

??????? for (int big = 0; big <= 33; big++) {

??????????? for (int mid = 0; mid <= 50; mid++) {

??????????????? int small = 100 - big - mid;

??????????????? if (small % 2 == 0 && 3 * big + 2 * mid + small / 2 == 100) {

??????????????????? System.out.println(big + "\t" + mid + "\t" + small);

??????????????? }

??????????? }

??????? }

??? }

}

14. 实践：实验程序分析与优化

14.1 对实验程序的分析

• 程序结构、逻辑的评估。

14.2 代码优化与改进建议

• 提高程序效率的方法。
• 优化冗余代码。

15. 总结与思考

15.1 课程内容的回顾

• 主要知识点的总结。

15.2 Java编程的发展方向

• 面向对象设计、框架与库的应用。
• Java在大数据、人工智能等领域的应用展望。