本教程详细介绍了如何在Java中使用二维数组存储美国州及其首府数据。内容涵盖了二维数组的初始化、遍历显示、基于首府名称的冒泡排序实现、用户输入获取、以及对用户输入进行不区分大小写的验证，并统计正确答案数量。通过具体代码示例，帮助读者掌握处理结构化数据、排序算法和交互式程序开发的核心技能。
1. 二维数组的初始化与数据结构
在java中，二维数组是存储表格数据（如本例中的州与首府对）的理想选择。每个内部数组代表一个州及其对应的首府。
import java.util.Scanner; import java.util.Arrays; public class StateCapitalQuiz { public static void main(String[] args) { // 初始化存储州和首府的二维数组 String[][] stateAndCapitals = { {"Alabama", "Montgomery"}, {"Alaska", "Juneau"}, {"Arizona", "Phoenix"}, {"Arkansas", "Little Rock"}, {"California", "Sacramento"}, {"Colorado", "Denver"}, {"Connecticut", "Hartford"}, {"Delaware", "Dover"}, {"Florida", "Tallahassee"}, {"Georgia", "Atlanta"}, {"Hawaii", "Honolulu"}, {"Idaho", "Boise"}, {"Illinois", "Springfield"}, {"Indiana", "Indianapolis"}, {"Iowa", "Des Moines"}, {"Kansas", "Topeka"}, {"Kentucky", "Frankfort"}, {"Louisiana", "Baton Rouge"}, {"Maine", "Augusta"}, {"Maryland", "Annapolis"}, {"Massachusetts", "Boston"}, {"Michigan", "Lansing"}, {"Minnesota", "Saint Paul"}, {"Mississippi", "Jackson"}, {"Missouri", "Jefferson City"}, {"Montana", "Helena"}, {"Nebraska", "Lincoln"}, {"Nevada", "Carson City"}, {"New Hampshire", "Concord"}, {"New Jersey", "Trenton"}, {"New Mexico", "Santa Fe"}, {"New York", "Albany"}, {"North Carolina", "Raleigh"}, {"North Dakota", "Bismarck"}, {"Ohio", "Columbus"}, {"Oklahoma", "Oklahoma City"}, {"Oregon", "Salem"}, {"Pennsylvania", "Harrisburg"}, {"Rhode Island", "Providence"}, {"South Carolina", "Columbia"}, {"South Dakota", "Pierre"}, {"Tennessee", "Nashville"}, {"Texas", "Austin"}, {"Utah", "Salt Lake City"}, {"Vermont", "Montpelier"}, {"Virginia", "Richmond"}, {"Washington", "Olympia"}, {"West Virginia", "Charleston"}, {"Wisconsin", "Madison"}, {"Wyoming", "Cheyenne"} }; System.out.println("--- 原始州与首府列表 ---"); displayArray(stateAndCapitals); } /** * 辅助方法：显示二维数组的内容 * @param array 要显示的二维字符串数组 */ public static void displayArray(String[][] array) { for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.println(Arrays.toString(array[i])); } System.out.println(); // 打印空行以增加可读性 } }
上述代码展示了如何声明并初始化一个 String[][] 类型的二维数组，其中每个内部数组包含两个元素：州名和其首府。displayArray 辅助方法用于遍历并打印数组的每一行，方便查看当前数据状态。
2. 二维数组的冒泡排序
冒泡排序是一种简单的排序算法，它重复地遍历待排序的列表，比较相邻的元素并根据需要交换它们。对于二维数组，排序的关键在于：当根据某一列（例如首府名称）进行比较时，如果需要交换元素，则必须交换整个行，以确保州名和首府的对应关系不被破坏。
/** * 对二维数组进行冒泡排序，按第二列（首府）的字母顺序排序。 * @param array 要排序的二维字符串数组 */ public static void bubbleSortByCapital(String[][] array) { int n = array.length; for (int i = 0; i < n - 1; i++) { for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) { // 比较第二列（索引为1）的字符串，不区分大小写 if (array[j][1].compareToIgnoreCase(array[j + 1][1]) > 0) { // 交换整个行以保持州和首府的对应关系 String[] temp = array[j]; array[j] = array[j + 1]; array[j + 1] = temp; } } } }
在 bubbleSortByCapital 方法中，我们使用 compareToIgnoreCase() 方法进行字符串比较，这使得排序过程不区分大小写。当 array[j][1].compareToIgnoreCase(array[j + 1][1]) > 0 为真时，表示 array[j][1] 在字母顺序上晚于 array[j + 1][1]，因此需要交换这两行。交换时，我们直接交换 String[] 类型的整行，而不是单独交换列元素。
在 main 方法中调用排序并显示结果：
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// ... (在 main 方法中，displayArray(stateAndCapitals) 之后) bubbleSortByCapital(stateAndCapitals); System.out.println("--- 按首府排序后的列表 ---"); displayArray(stateAndCapitals);
3. 用户输入与答案验证
实现一个互动式的测验程序，要求用户输入首府名称并验证其正确性。这需要用到 Scanner 类来获取用户输入，并进行字符串比较。为了提高用户体验，比较时应忽略大小写。
/** * 进行州首府测验，获取用户输入并验证答案。 * @param stateAndCapitals 包含州和首府的二维数组 */ public static void conductQuiz(String[][] stateAndCapitals) { Scanner scanner = new Scanner(System.in); int correctCount = 0; System.out.println("--- 开始州首府测验 ---"); System.out.println("请输入每个州的对应首府。"); for (int i = 0; i < stateAndCapitals.length; i++) { String state = stateAndCapitals[i][0]; String correctCapital = stateAndCapitals[i][1]; System.out.print("请输入 " + state + " 的首府: "); String userAnswer = scanner.nextLine(); // 将用户输入和正确答案都转换为小写进行比较，实现不区分大小写验证 if (userAnswer.trim().toLowerCase().equals(correctCapital.toLowerCase())) { System.out.println("正确！"); correctCount++; } else { System.out.println("错误。正确答案是: " + correctCapital); } } System.out.println("n--- 测验结束 ---"); System.out.println("你总共答对了 " + correctCount + " 道题，总题数 " + stateAndCapitals.length + "。"); scanner.close(); // 关闭Scanner以释放资源 }
在 conductQuiz 方法中，我们遍历 stateAndCapitals 数组。对于每个州，程序会提示用户输入其首府。scanner.nextLine() 用于读取用户输入。关键的验证步骤在于 userAnswer.trim().toLowerCase().equals(correctCapital.toLowerCase())。这里：
- trim() 方法移除用户输入字符串两端的空白字符。
- toLowerCase() 方法将字符串转换为小写。
- equals() 方法用于比较两个字符串是否内容相同。
通过将用户输入和正确答案都转换为小写，我们可以实现不区分大小写的比较，从而提升程序的健壮性。
在 main 方法中调用测验：
// ... (在 main 方法中，displayArray(stateAndCapitals) 之后) conductQuiz(stateAndCapitals);
4. 完整代码示例
将上述所有组件整合到一起，形成一个完整的Java程序：
import java.util.Scanner; import java.util.Arrays; public class StateCapitalQuiz { public static void main(String[] args) { String[][] stateAndCapitals = { {"Alabama", "Montgomery"}, {"Alaska", "Juneau"}, {"Arizona", "Phoenix"}, {"Arkansas", "Little Rock"}, {"California", "Sacramento"}, {"Colorado", "Denver"}, {"Connecticut", "Hartford"}, {"Delaware", "Dover"}, {"Florida", "Tallahassee"}, {"Georgia", "Atlanta"}, {"Hawaii", "Honolulu"}, {"Idaho", "Boise"}, {"Illinois", "Springfield"}, {"Indiana", "Indianapolis"}, {"Iowa", "Des Moines"}, {"Kansas", "Topeka"}, {"Kentucky", "Frankfort"}, {"Louisiana", "Baton Rouge"}, {"Maine", "Augusta"}, {"Maryland", "Annapolis"}, {"Massachusetts", "Boston"}, {"Michigan", "Lansing"}, {"Minnesota", "Saint Paul"}, {"Mississippi", "Jackson"}, {"Missouri", "Jefferson City"}, {"Montana", "Helena"}, {"Nebraska", "Lincoln"}, {"Nevada", "Carson City"}, {"New Hampshire", "Concord"}, {"New Jersey", "Trenton"}, {"New Mexico", "Santa Fe"}, {"New York", "Albany"}, {"North Carolina", "Raleigh"}, {"North Dakota", "Bismarck"}, {"Ohio", "Columbus"}, {"Oklahoma", "Oklahoma City"}, {"Oregon", "Salem"}, {"Pennsylvania", "Harrisburg"}, {"Rhode Island", "Providence"}, {"South Carolina", "Columbia"}, {"South Dakota", "Pierre"}, {"Tennessee", "Nashville"}, {"Texas", "Austin"}, {"Utah", "Salt Lake City"}, {"Vermont", "Montpelier"}, {"Virginia", "Richmond"}, {"Washington", "Olympia"}, {"West Virginia", "Charleston"}, {"Wisconsin", "Madison"}, {"Wyoming", "Cheyenne"} }; System.out.println("--- 原始州与首府列表 ---"); displayArray(stateAndCapitals); bubbleSortByCapital(stateAndCapitals); System.out.println("--- 按首府排序后的列表 ---"); displayArray(stateAndCapitals); conductQuiz(stateAndCapitals); } /** * 辅助方法：显示二维数组的内容 * @param array 要显示的二维字符串数组 */ public static void displayArray(String[][] array) { for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.println(Arrays.toString(array[i])); } System.out.println(); // 打印空行以增加可读性 } /** * 对二维数组进行冒泡排序，按第二列（首府）的字母顺序排序。 * @param array 要排序的二维字符串数组 */ public static void bubbleSortByCapital(String[][] array) { int n = array.length; for (int i = 0; i < n - 1; i++) { for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) { // 比较第二列（索引为1）的字符串，不区分大小写 if (array[j][1].compareToIgnoreCase(array[j + 1][1]) > 0) { // 交换整个行以保持州和首府的对应关系 String[] temp = array[j]; array[j] = array[j + 1]; array[j + 1] = temp; } } } } /** * 进行州首府测验，获取用户输入并验证答案。 * @param stateAndCapitals 包含州和首府的二维数组 */ public static void conductQuiz(String[][] stateAndCapitals) { Scanner scanner = new Scanner(System.in); int correctCount = 0; System.out.println("--- 开始州首府测验 ---"); System.out.println("请输入每个州的对应首府。"); // 遍历数组，进行问答 for (int i = 0; i < stateAndCapitals.length; i++) { String state = stateAndCapitals[i][0]; String correctCapital = stateAndCapitals[i][1]; System.out.print("请输入 " + state + " 的首府: "); String userAnswer = scanner.nextLine(); // 将用户输入和正确答案都转换为小写进行比较，实现不区分大小写验证 if (userAnswer.trim().toLowerCase().equals(correctCapital.toLowerCase())) { System.out.println("正确！"); correctCount++; } else { System.out.println("错误。正确答案是: " + correctCapital); } } System.out.println("n--- 测验结束 ---"); System.out.println("你总共答对了 " + correctCount + " 道题，总题数 " + stateAndCapitals.length + "。"); scanner.close(); // 关闭Scanner以释放资源 } }
5. 注意事项与总结
- 数据完整性： 在对二维数组进行排序时，务必记住，如果根据某一列的值进行比较并决定交换，则必须交换整个行，以保持行内数据的逻辑关联性。
- 字符串比较： Java的 String 类提供了 equals()、equalsIgnoreCase()、compareTo() 和 compareToIgnoreCase() 等多种比较方法。对于用户输入验证或不区分大小写的排序，使用 toLowerCase() 或 toUpperCase() 统一转换后再进行 equals() 比较，或直接使用 equalsIgnoreCase() 和 compareToIgnoreCase() 是最佳实践。
- 资源管理： 使用 Scanner 类获取用户输入后，应在程序结束前调用 scanner.close() 方法关闭它，以释放系统资源，避免潜在的资源泄漏。
- 代码可读性： 将不同的功能（如显示、排序、测验）封装到独立的辅助方法中，可以提高代码的模块化程度和可读性。
- 错误处理： 对于更健壮的应用程序，可以考虑添加错误处理机制，例如在用户输入非预期格式时进行提示或重试。
通过本教程，您应该能够熟练地使用Java二维数组来管理结构化数据，实现基本的排序算法，并开发具有用户交互和输入验证功能的应用程序。这些是数据结构与算法学习中的基础且重要的技能。
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