Урок 10. Двумерные массивы

Авторadmin / Опубликовано

Лабораторные работы си шарп и задания по теме «Язык программирования c sharp: двумерные массивы»

Назад
К оглавлению
Далее

Теория

    В примере ниже показан код для объявления двумерного массива из пяти строк и трех столбцов (5 х 3).

  • Объявление массива:
    • int[,] arr = new int[5, 3];
  • Инициализация массива значениями:
    • // 1. Инициализация массива при объявлении:
int[,] arr1 = new int[,] { { 1, 2 }, { 3, 4 }, { 5, 6 }, { 7, 8 } };
// Тот же массив с заданными размерами:
int[,] arr1 = new int[4, 2] { { 1, 2 }, { 3, 4 }, { 5, 6 }, { 7, 8 } };
 
// 2. Инициализация массива без указания размерности:
int[,] arr2 = { { 1, 2 }, { 3, 4 }, { 5, 6 }, { 7, 8 } };
 
// 3. Инициализация массива после его объявления:
int[,] arr;
arr = new int[,] { { 1, 2 }, { 3, 4 }, { 5, 6 }, { 7, 8 } };
 
// Присваивание значения конкретному элементу массива:
arr[2, 1] = 25;
  • Доступ к элементам массива:
    • int[,] arr1 = new int[,] { { 1, 2 }, { 3, 4 }, { 5, 6 }, { 7, 8 } };
System.Console.WriteLine(arr1[0, 0]); //1
System.Console.WriteLine(arr1[0, 1]); //2
System.Console.WriteLine(arr1[1, 0]); //3
System.Console.WriteLine(arr1[1, 1]); //4
System.Console.WriteLine(arr1[3, 0]); //7
  • Получение значения определенного элемента массива и присвоение его переменной:
    • int elementValue = arr1[2, 1];
  • Получение общего количества элементов (или размерности массива):
    • int[,] arr = new int[,] { { 1, 2 }, { 3, 4 }, { 5, 6 }, { 7, 8 } };
var arrayLength = arr.Length;
var total = 1;
for (int i = 0; i < arr.Rank; i++) {
    total *= arr.GetLength(i);
}
System.Console.WriteLine("{0} равно {1}", arrayLength, total); // 8 равно 8
  • Получение количества строк и столбцов:
    • int[,] matrix = new int[,] { { 1, 2 }, { 3, 4 }, { 5, 6 }, { 7, 8 } };
int r=matrix.GetLength(0); // строки
int c=matrix.GetLength(1); // столбцы

Задания и лабораторные работы

Лабораторная работа 1.
  
Выполнить: Инициализируйте двумерный массив* с именем arr2d заданными целочисленными значениями: ((1, 2); (3, 4); (5, 6)).
1) Сначала выведите все элементы массива.
2) После этого выведите следующие элементы в консоль (элементы для вывода отмечены синим цветом): 

(1, 2)
(3, 4) 
(5, 6)

  

* Двумерный массив может называться матрицей.

Пример выполнения:

Массив:
1  2
3  4
5  6
1-й элемент = 3, 2-й элемент = 5

  

[Название проекта: Lesson_10Lab1, название файла L10Lab1.cs]

✍ Алгоритм:

  • Создайте новый проект с именем файла, как указано в задаче.
  • Подключите следующую библиотеку, чтобы не печатать каждый раз название класса console:
    • using static System.Console;
  • Чтобы объявить двумерный массив целочисленного типа с именем arr2d, мы можем использовать оператор int[,] arr2;. Сразу в этой же строке инициализируем массив значениями. Для этого добавьте следующий код в функцию Main:
    • int[,] arr2d= { {1, 2}, {3, 4}, {5, 6} };

    Теперь у нас есть двумерный массив со значениями.

  • Чтобы вывести все элементы массива, мы должны использовать вложенные циклы; внешний цикл должен перебирать строки, а внутренний цикл должен перебирать элементы в каждой строке. Внутри внутреннего цикла будем выводить значения элементов. Чтобы получить доступ к каждому элементу по его индексу, необходимо использовать счетчики цикла в качестве индексов элемента: 
    • for (int i = 0; i < arr2d.GetLength(0); i++)
            {
                for (int j = 0; j < arr2d.GetLength(1); j++)
                {
                    Console.Write($"{arr2d[i, j]}  ");
                }
                Console.WriteLine();
            }
    Чтобы вывести значение конкретного элемента в окно консоли, нам нужно понять, в какой строке и столбце находится элемент. Обратите внимание, что индексы начинаются со значения 0. Итак, к элементу со значением 3 можно получить доступ как arr2[1,0] (где 1 — строка и 0 — столбец), а к элементу со значением 5 можно получить доступ так: arr2[2,0].
  • Вывод элементов:
    • Console.WriteLine($"1-й элемент = {arr2d[1,0]}, 2-й элемент = {arr2d[2, 0]}");
  • Запустите приложение еще раз и проверьте выходные данные.
  • Поэкспериментируйте с различными значениями.
  • Добавьте комментарий с текстом задачи и сохраните проект.
Задание 1:
Приведены значения температуры воздуха за 4 дня; значения взяты с трех метеостанций, расположенных в разных регионах страны:

Station number 1-й день 2-й день 3-й день 4-й день
1 -8 -14 -19 -18
2 25 28 26 20
3 11 18 20 25

То есть в двумерном массиве это выглядело бы так:

t[0,0]=-8; t[0,1]=-14; t[0,2]=-19; t[0,3]=-18;
t[1,0]=25; t[1,1]=28; t[1,2]=26; t[1,3]=20;
t[2,0]=11; t[2,1]=18; t[2,2]=20; t[2,3]=25;

  
Указание: Инициализация массива:

 int [,] t = {
                {-8,-14,-19,-18},
                { 25,28, 26, 20},
                { 11,18, 20, 25}
                };

Выполнить:

  1. Выведите значение температуры на 2-й метеостанции в течение 4-го дня и на 3-й метеостанции в течение 1-го дня (результат должен быть 20 и 11).
  2. Выведите значения температуры всех метеостанций в течение 2-го дня (необходим for цикла).
  3. Выведите значения температуры всех метеостанций в течение всех дней.
  4. Рассчитайте среднюю температуру на 3-й метеостанции (необходим for цикла).
  5. Выведите дни и номера метеостанций, где температура была в диапазоне 24—26 градусов.

  
Пример вывода:

1-е задание: 20  and  11
2-е задание: 25 28 26 20
3-е задание:
-8  -14  -19  -18
25   28   26   20
11   18   20   25

4-е задание: 18
5-е задание:
станция 1  день 0
станция 1  день 2
станция 2  день 3
     
[Название проекта: Lesson_10Task1, название файла L10Task1.cs]
Задание 2:

To do: Вводятся элементы двумерного массива 2 х 3 ([2,3]). Посчитайте сумму элементов.
   
Указание 1: Для объявления массива размерностью 2 х 3 используйте код: 

int[,] arr=new int[2, 3];

 
Указание 2: Для ввода значений элементов массива и перебора элементов, воспользуйтесь вложенными циклами:

for (int i = 0; i < 2; i++)
            {
                for (int j = 0; j < 3; j++)
                {
                   ...
                }
            }

  
Пример вывода:

Введите 6 значений для матрицы 2 х 3
2
5
1
6
7
8
Матрица:
2  5  1
6  7  8
Сумма =  29

[Название проекта: Lesson_10Task2, название файла L10Task2.cs]

Задание 3:

Выполнить: Вводятся элементы двумерного массива 4 х 3. Посчитайте количество положительных элементов.

 
Пример вывода:

Пожалуйста, введите значения матрицы 4 х 3
2  5  -1  6  7  8  1  8  6  -3  1  -6
Матрица:
2   5  -1
6   7   8
1   8   6
-3  1  -6
кол-во положительных = 9

[Название проекта: Lesson_10Task3, название файла L10Task3.cs]

Лабораторная работа 2. Использование функции Random

Выполнить: Создайте метод FillMatrix для заполнения двумерного массива случайными числами в диапазоне от -10 до 10.

Указание: Заголовок функции FillMatrix должен быть таким:

FillMatrix(matrix, minValue, maxValue);

Пример выполнения:

Введите кол-во строк:
3
Введите кол-во столбцов:
4
Массив:
-10 -7 -3 -4
-6   1  4  0
-5  -8 -1 -5

[Название проекта: Lesson_10Lab2, название файла L10Lab2.cs]

✍ Алгоритм:

  • Создайте новый проект с названием файла, которое указано в задании.
  • Подключите следующую библиотеку чтобы не указывать название класса console:
    • using static System.Console;
  • В функции Main добавьте код для того, чтобы попросить пользователя ввести количество строк и количество столбцов матрицы. Присвойте введенные значения переменным:
    • ...
Console.WriteLine("введите кол-во строк");
int rows = int.Parse(ReadLine());
Console.WriteLine("введите кол-во столбцов");
int columns = int.Parse(ReadLine());
  • Объявите матрицу:
    • int[,] matrix = new int[rows,columns];
  • Инициализируйте значениями переменные для границ генерируемого диапазона:
    •   int minValue=-10;
  int maxValue=10;

    Чтобы сделать программу более эффективной лучше использовать ReSharper (для инициализации метода):

  • Вызовите метод FillMatrix в коде функции Main (несмотря на то, что мы еще ее не создали). В функцию Main() введите следующий код:
    • FillMatrix(matrix, minValue, maxValue);
  • Название функции подчеркнуто. Если поднести курсор мыши, вы увидите изображение с желтой лампочкой. Значит, мы можем использовать ReSharper comments, щелкнув по лампочке (или Alt+Enter). Следует выбрать пункт «Генерировать метод Program.FillMatrix».

  • Заголовок функции есть в задании.
  • Change the code:
    • FillMatrix(int[,] matrix, int minValue = -10, int maxValue = 10);
  • Метод с тремя параметрами:

    • matrix — a declared matrix without initialization;
    minValue -устанавливать нижнюю границу для функции Random, значение по умолчанию — -10
    maxValue — устанавливать верхнюю границу для функции Random, значение по умолчанию 10

  • Внутри созданной функции установите генератор случайных чисел:
    • Random rand = new Random();
  • Сгенерируйте значения для матрицы и присвойте их элементам (границы генерируемых чисел: от minValue до maxValue):
    • ...
for (int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++)
            {
                for (int j = 0; j < matrix.GetLength(1); j++)
                {
                    matrix[i, j] = rand.Next(minValue, maxValue);
                    Write(matrix[i, j].ToString().PadLeft(4));
                }
                WriteLine();
            }
    Обратите внимание, что matrix.GetLength(0) означает число столбцов, а matrix.GetLength(1)означает число столбцов.
    Для прохода по элементам матрицы необходимо использовать вложенный цикл. Счетчики циклов должны быть разными переменными, можно использовать для их названий i и j. Метод GetLength(0) возвращает кол-во строк матрицы, метод GetLength(1) возвращает кол-во столбцов.
  • Щелкните CTRL+a, CTRL+k, CTRL+F для форматирования вашего кода.
  • Запустите программу.
  • Добавьте комментарии. Загрузите файл L10Lab2.cs.
Задание 4:

Выполнить: Создайте метод FillMatrix для заполнения двумерного массива случайными числами от -15 до 15. Создайте еще один метод для нахождения минимального и максимального элементов массива (FindMinMaxArr).
   
Указание 1: Сигнатура (заголовок) метода FindMinMaxArr должен быть таким: 

private static void FindMinMaxArr(int[,] matrix, ref int min, ref int max)

  
Указание 2: Алгоритм поиска минимального и максимального элемента можно посмотреть в одном из прошлых уроков Урок 5 -> Лаб. раб. 4.

  
Пример вывода:

введите кол-во строк
4
введите кол-во столбцов
5
Массив:
10   2   9  3  4
-3 -10 -14 -4  2
 2  -9  11  3 -10
-1 -13  -5 -2  3
min = -14, max = 11

[Название проекта: Lesson_10Task4, название файла L10Task4.cs]

Лабораторная работа 3. Обмен определенных столбцов матрицы

Выполнить: Создайте метод ChangeColumns для обмена определенных столбцов матрицы размера 3 х 4 (порядковые номера столбцов вводятся).

Указание: Помимо метода ChangeColumns необходимо создать метод FillMatrix для заполнения матрицы случайными числами, и метод PrintMatrix для вывода элементов матрицы.

Пример вывода:

Матрица:
-10 -7 -3 -4
-6   1  4  0
-5  -8 -1 -5
введите номера столбцов для обмена (первый столбец - 0-й):
1
2
Результирующая матрица:
-10 -3 -7 -4
-6   4  1  0
-5  -1 -8 -5

[Название проекта: Lesson_10Lab3, название файла L10Lab3.cs]

✍ Fkujhbnv:

  • Создайте новый проект и переименуйте главный файл согласно заданию.
  • Необходимо создать матрицу с тремя строками и четырьмя столбцами. Объявите матрицу в функции Main:
    • int[,] matrix = new int[3, 4];
  • Скопируйте код метода FillMatrix из Лабораторной работы 2 и вставьте его в текущий проект. Или создайте метод заново. После этого у Вас будет код:
    • static void FillMatrix(int[,] matrix, int minValue = -10, int maxValue = 10) {
            Random rand = new Random();
            for (int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++)
            {
                for (int j = 0; j < matrix.GetLength(1); j++)
                {
                    matrix[i, j] = rand.Next(minValue, maxValue);
                 }
            }
        }
  • Создайте метод PrintMatrix для вывода элементов матрицы. Метод принимает один параметр — саму матрицу: 
    • static void PrintMatrix(int[,] m)
        {
            for (int i = 0; i < m.GetLength(0); i++)
            {
                for (int j = 0; j < m.GetLength(1); j++)
                {
                   Console.Write(m[i, j].ToString().PadLeft(4));
                }
                Console.WriteLine();
            }
        }
    Чтобы выводить элементы с одинаковыми отступами построчно мы конвертировали их в строкой тип данных и использовали метод PadLeft для формирования одинаковых отступов слева.
  • Затем в функции Main необходимо вызвать созданные методы: сначала — метод FillMatrix и затем — метод PrintMatrix.
    • ...
FillMatrix(matrix);
Console.WriteLine("Матрица 3 x 4: ");
PrintMatrix(matrix);
  • Затем необходимо ввести номера столбцов для обмена:
    • ...
Console.WriteLine("введите номера столбцов для обмена (первый столбец - 0-й):");
int col1= int.Parse(Console.ReadLine());
int col2 = int.Parse(Console.ReadLine());
  • Создайте метод ChangeColumns для обмена столбцов с указанными номерами:
    • static void ChangeColumns(int[,] matrix, int col1, int col2)
        {
            System.Diagnostics.Debug.Assert((col1 < matrix.GetLength(1)) && (col2 < matrix.GetLength(1)), "указанный номер столбца выходит за границы размерности массива!");
            for (int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++)
            {
                int temp = matrix[i, col1];
                matrix[i, col1] = matrix[i, col2];
                matrix[i, col2] = temp;
               // если используется Visual studio 2019:
               // (matrix[i, col1], matrix[i, col2]) = (matrix[i, col2], matrix[i, col1]);
            }
        }
    Счетчик i цикла проходится по строкам матрицы и в то же время каждый элемент col1 обменивается значениями с элементом col2 в каждой строке.
    System.Diagnostics.Debug.Assert используется для того, чтобы вызвать исключение при вводе значения большего, чем кол-во столбцов матрицы.
  • Вызовите метод в функции main. Затем вызовите метод PrintMatrix , чтобы увидеть результат:
    • ...
ChangeColumns(matrix, col1, col2);
Console.WriteLine("The resulting matrix:");
PrintMatrix(matrix);
  • Запустите программу, нажав горячие клавиши CTRL+F5.
  • Загрузите файл L10Lab3.cs.
Задание 5:

To do: Создайте метод PlaceZero, который замещает некоторые элементы матрицы (5 х 5) нулями (0). Посмотрите на пример вывода, чтобы понять, какие элементы должны быть замещены нулями.
   
Указание 1: Создайте методы для заполнения и вывода матрицы.
Указание 2: Заголовок метода PlaceZero должен быть следующим: 

static void PlaceZero(int[,] matrix)

  
Указание 3: Для замены элементов нулями используйте циклы.
  
Пример вывода:

Матрица:
10 2  9  3  6 
3  10 14 4  8
2  9  11 3  2
1  13 5  2  7
12 3  11 4  5

Результирующая матрица:
0  0  0  0  0 
0  10 14 4  0
0  9  11 3  0
0  13 5  2  0
0  0  0  0  0

[Название проекта: Lesson_10Task5, название файла L10Task5.cs]

Задание 6:

To do: Создайте метод FindProductOfColumn для нахождения произведения элементов матрицы M-го столбца (матрица 3 х 4) (M вводится). M — это параметр out (вывода).

Note: Сигнатура метода FindProductOfColumn должна быть следующей:

static void FindProductOfColumn(int[,] matrix, int M,out int product)

Пример вывода:

Матрица:
-10 -3 -7 -4
-6   4  1  0
-5  -1 -8 -5
Введите номер столбца (первый столбец - 0-й):
2
Произведение элементов 2-го столбца = -64

[Название проекта: Lesson_10Task6, название файла L10Task6.cs]

Главная и побочная диагонали
  
В алгебре главная диагональ матрицы A — это все элементы матрицы Ai,j , для которых i=j. Элементы вне главной диагонали обозначены нулями, а элементы главной диагонали обозначены красными единицами:

Побочная диагональ матрицы B размерности N — это элементы Bi,j, для которых i+j=N+1 для всех 1<=i,j<=N. Но если i и j начинаются с нуля, то формула будет i+j=N-1:
Лабораторная работа 4. Работа с диагоналями матрицы

Выполнить: Создайте квадратную матрицу M-х-M (значение M вводится). Посчитайте сумму элементов побочной диагонали матрицы.

Примерный вывод:

Введите размерность матрицы:
3 
Матрица 3-х-3:
10 -7 -3 
6   1  4 
5  -8 -1 
сумма элементов побочной диагонали = 3

[Название проекта: Lesson_10Lab4, название файла L10Lab4.cs]

✍ Алгоритм:

  • Создайте новый проект и измените название главного файла согласно заданию.
  • Попросите пользователя ввести размерность матрицы и присвойте введенное значение переменной M:
    • Console.WriteLine("Введите размерность матрицы:");
int M = int.Parse(Console.ReadLine());
  • Мы собираемся создать матрицу размерностью M-х-M. Объявите матрицу в коде функции Main:
    • int[,] matrix = new int[M, M];
  • Скопируйте код метода FillMatrix с предыдущей лабораторной работы и вставьте его до или после функции Main.
  • Скопируйте код метода PrintMatrix и также вставьте его после метода FillMatrix.
  • Создайте метод AntidiagonalSum, который будет суммировать элементы побочной диагонали матрицы.
    • static int AntidiagonalSum(int[,] matrix) 
{
...
}
  • Вспомним, что для индексов элементов побочной диагонали следует использовать формулу: i+j=M-1. Для прохода по элементам матрицы будем использовать вложенные циклы:
    • ...
int sum = 0;
for (int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++)
            {
                for (int j = 0; j < matrix.GetLength(1); j++)
                {
                    if ((i+j == M-1)
                       {
                         sum+ = matrix[i,j];
                       }
                 }
            }
  • Метод должен возвратить значение суммы, поэтому будем использовать ключевое слово return:
    • ...
return sum;
  • Вызовите метод внутри функции Main:
    • int result = AntidiagonalSum(matrix);
Console.WriteLine($"сумма элементов побочной диагонали = {result}");
  • Запустите программу без отладки (CTRL+F5) и проверьте результат.
  • Добавьте комментарий с заданием и загрузите главный файл.
Задание 7:

Выполнить: Create square matrix M-by-M (M is inputted). Calculate a product of its elements within a main diagonal.

Указание: a main diagonal elements are such as i=j.

Примерный вывод:

Введите размерность матрицы:
3 
Матрица 3-х-3:
10 -7 -3 
6   1  4 
5  -8 -1 
Произведение элементов главной диагонали = -10

[Название проекта: Lesson_10Task7, название файла L10Task7.cs]

Дополнительные задания

Доп. задание 1:

Выполнить: Запрашиваются натуральные M и N. Создайте метод FillMatrix для заполнения матрицы размерностью M-х-N; все элементы J-го столбца вычисляются по формуле X*J (J - номер столбца, J = 1, ..., N), а X - число - аргумент метода.
  
Указание: заголовок метода должен быть следующим:

static int[,] FillMatrix(int M, int N, int X)

Примерный вывод:

введите кол-во строк:
3
введите кол-во столбцов:
4
Введите значение множителя (аргумента):
3 
Матрица 3-х-3:
3 6 9 12
3 6 9 12
3 6 9 12

 
[Название проекта: Lesson_10ExTask1, название файла L10ExTask1.cs]

Доп. задание 2:

Выполнить: Даны две матрицы одинаковой размерности (необходимо создать метод для заполнения матриц случайными числами). Посчитайте сумму элементов матрицы, используйте для этого еще одну матрицу.
  
Указание: Заголовок метода:

static int[,] SumMat(int[,] a, int[,] b)

Примерный вывод:

Matrix 1:
-3 8 3
-9 -6 4
6 4 -2
Matrix 2:
4 -4 1
-5 1 -1
4 8 -10
Result matrix:
1 4 4
-14 -5 3
10 12 -12

 
[Название проекта: Lesson_10ExTask2, название файла L10ExTask2.cs]

Назад
К оглавлению
Далее