C#第四次作业（类型转换，常见集合类型）

1. 整数转换，整数和字符串，字符串和整数之间的转换怎么实现？

1.1整数到字符串的转换

使用ToString()方法

整数类型（如int、long等）都提供了ToString()方法，可以直接将整数转换为字符串。
```
int number = 123; 
string numberAsString = number.ToString(); 
Console.WriteLine(numberAsString); // 输出：123
```
拓：使用字符串插值或$前缀

使用字符串插值或$前缀来简化字符串的构造，也可以用于将整数转换为字符串。
```
int number = 123; 
string numberAsString = $"{number}"; 
Console.WriteLine(numberAsString); // 输出：123
```

1.2字符串到整数的转换

使用int.Parse()方法

int.Parse()方法尝试将字符串参数转换为int类型。如果字符串不是有效的整数表示，则会抛出FormatException异常；如果转换的数字超出了int的范围，则会抛出OverflowException。

string strNumber = "123"; 
int number = int.Parse(strNumber); 
Console.WriteLine(number); // 输出：123

使用int.TryParse()方法

与int.Parse()不同，int.TryParse()方法尝试转换字符串，但不会抛出异常。如果转换成功，它会返回true，并将转换后的值存储在第二个参数（一个out参数）中；如果转换失败，它会返回false，并且第二个参数不会被修改。


	string strNumber = "123"; 

	if (int.TryParse(strNumber, out int number)) 

	{ 

	Console.WriteLine(number); // 输出：123 

	} 

	else 

	{ 

	Console.WriteLine("转换失败"); 

	}

使用Convert.ToInt32()方法

Convert.ToInt32()方法也可以用于将字符串转换为int类型。如果转换失败，它会抛出FormatException或OverflowException。
```
string strNumber = "123"; 
int number = Convert.ToInt32(strNumber); 
Console.WriteLine(number); // 输出：123
```

对于其他整数类型（如long、short等），也有类似的Parse、TryParse和Convert方法，可以根据需要选择使用。

2. 日期转换，获取当前日期，字符串转日期，日期转字符串怎么实现？

处理日期和时间通常涉及到DateTime类，以及DateTime.Parse、DateTime.TryParse、ToString等方法和格式化字符串。

2.1获取当前日期

使用DateTime.Now或DateTime.UtcNow来获取当前日期和时间。DateTime.Now返回本地时间，而DateTime.UtcNow返回协调世界时（UTC）。

DateTime now = DateTime.Now; // 获取当前本地日期和时间 
DateTime utcNow = DateTime.UtcNow; // 获取当前UTC日期和时间 


Console.WriteLine(now.ToString()); // 输出本地时间 
Console.WriteLine(utcNow.ToString()); // 输出UTC时间

2.2字符串转日期

将字符串转换为DateTime对象时，可以使用DateTime.Parse或DateTime.TryParse方法。Parse方法在转换失败时会抛出异常，而TryParse方法则不会，它会返回一个布尔值来表示转换是否成功。


	string dateString = "2023-04-01"; 

	

	// 使用DateTime.Parse（如果字符串格式不正确，将抛出异常） 

	DateTime date = DateTime.Parse(dateString); 



	// 使用DateTime.TryParse（更安全，不会抛出异常） 

	if (DateTime.TryParse(dateString, out DateTime parsedDate)) 

	{ 

	Console.WriteLine(parsedDate.ToString()); // 输出转换后的日期 

	} 

	else 

	{ 

	Console.WriteLine("日期格式无效"); 

	}

2.3日期转字符串

将DateTime对象转换为字符串时，可以使用ToString方法，并可以传递一个格式化字符串来指定输出格式。

DateTime date = DateTime.Now; 


// 使用默认格式 
string defaultString = date.ToString(); 


// 使用自定义格式 
string customString = date.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); // 输出格式为年-月-日 时:分:秒 


Console.WriteLine(defaultString); 
Console.WriteLine(customString);

在ToString方法的格式化字符串中，你可以使用各种自定义格式说明符来指定日期的各个部分如何显示。例如，yyyy代表四位数的年份，MM代表月份，dd代表日，HH代表小时（24小时制），mm代表分，ss代表秒。

注意：如果你知道字符串的确切格式，并且它可能与当前文化设置不匹配，你可以使用DateTime.ParseExact或DateTime.TryParseExact方法，并指定格式字符串和CultureInfo对象。

3. 举例一维、二维、三维数组

数组是一种数据结构，用于在内存中连续存储相同类型的数据。

3.1一维数组

一维数组是最简单的数组形式，它代表了一个线性序列的数据。


// 初始化时直接赋值 
int[] oneArray= { 1, 2, 3, 4, 5 }; 


// 访问数组元素 
Console.WriteLine(oneArray[2]); // 输出：3

3.2 二维数组

二维数组是数组的数组，可以看作是表格或矩阵。每个元素都是一个一维数组。

int[,] twoDimensionalArray = new int[3, 4] {
{ 1, 2, 3, 4 },
{ 5, 6, 7, 8 },
{ 9, 10, 11, 12 }
}; // 创建一个3行4列的二维数组， 初始化时直接赋值

// 访问数组元素 
Console.WriteLine(twoDimensionalArray[1, 2]); // 输出：7

3.3三维数组

三维数组可以看作是数组的数组的数组，通常用于表示三维空间中的数据，如立方体中的值。

using System;  
  
class Program  
{  
    static void Main()  
    {  
        // 声明并初始化一个三维数组   
        int[,,] threeDimArray = new int[3, 3, 3]  
        {  
            {  
                {1, 2, 3},  
                {4, 5, 6},  
                {7, 8, 9}  
            },  
            {  
                {10, 11, 12},  
                {13, 14, 15},  
                {16, 17, 18}  
            },  
            {  
                {19, 20, 21},  
                {22, 23, 24},  
                {25, 26, 27}  
            }  
        };  
  
        // 访问三维数组中的元素  
        // 例如，访问第一层的第二个元素（一个二维数组），然后从这个二维数组中访问第二行第三列的元素  
        // 这将是数字15  
        Console.WriteLine(threeDimArray[1, 1, 2]); // 输出: 15  
  
        // 遍历三维数组  
        for (int i = 0; i < 3; i++)  
        {  
            for (int j = 0; j < 3; j++)  
            {  
                for (int k = 0; k < 3; k++)  
                {  
                    Console.Write(threeDimArray[i, j, k] + " ");  
                }  
                Console.WriteLine(); // 每完成一层二维数组的遍历后换行  
                if (j < 2) // 为了更好的格式，在两层二维数组之间添加两个空行  
                {  
                    Console.WriteLine();  
                    Console.WriteLine();  
                }  
            }  
        }  
    }  
}

4. 需求：有个88笔费用记录，总额3亿，金额在300万~800万之间，随机数如何实现？并记录总耗时。

思路：

初始化:

初始化一个Stopwatch来记录操作所需的时间。

定义常量，包括总交易数（totalTransactions）、目标总金额（totalAmountTarget）、每笔交易的最小金额（minAmount）和最大金额（maxAmount）。

创建一个List<double>来存储每笔交易的金额，并初始化一个变量sum来累加这些交易的金额。

初步分配:

计算每笔交易的平均金额（average），即目标总金额除以总交易数。

通过循环，为每笔交易分配一个初始金额。这个初始金额是平均金额加上一个随机调整值（adjustment），该调整值在-10% * (maxAmount - minAmount)到+10% * (maxAmount - minAmount)之间随机选择，以确保每笔交易的金额都在最小值和最大值之间。

将每笔交易的金额添加到transactions列表中，并累加到sum变量中。

检查并调整总额:

计算实际总金额（sum）与目标总金额（totalAmountTarget）之间的差异（difference）。

如果这个差异的绝对值超过了目标总金额的5%，则需要进行调整。

计算需要调整的交易数（adjustCount），根据差异大小和每笔交易可调整的范围来计算。乘以了1.2来向上取整，确保有足够的空间进行调整。然后，将adjustCount限制在总交易数以内。

计算每笔需要调整的金额（adjustAmountPerItem），即差异除以需要调整的交易数。

通过循环，将调整金额均分到最近的几笔交易中。如果差异为正，则增加这些交易的金额；如果差异为负，则减少这些交易的金额。同时，确保每笔交易的金额不会超出最小值和最大值的限制。

在循环中，还加入了一个条件检查，如果差异已经缩小到目标总金额的5%以内，则提前退出循环。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();

        const int totalTransactions = 88;
        const double totalAmountTarget = 300000000; // 3亿  
        const double minAmount = 3000000; // 300万  
        const double maxAmount = 8000000; // 800万  

        List<double> transactions = new List<double>();
        double sum = 0;

        double average = totalAmountTarget / totalTransactions;
        for (int i = 0; i < totalTransactions; i++)
        {
            double adjustment = (new Random().NextDouble() - 0.5) * (maxAmount - minAmount) * 0.1; 
            double amount = average + adjustment;
            amount = Math.Max(amount, minAmount); // 确保不小于最小值  
            amount = Math.Min(amount, maxAmount); 

            transactions.Add(amount);
            sum += amount;
        }
        double difference = totalAmountTarget - sum;
        if (Math.Abs(difference) > totalAmountTarget * 0.05) // 误差超过5%  
        {
            int adjustCount = (int)(Math.Abs(difference) / (maxAmount - minAmount) * 1.2); // 向上取整，确保有足够空间进行调整  
            adjustCount = Math.Min(adjustCount, totalTransactions); // 不超过总交易数  

            double adjustAmountPerItem = difference / adjustCount;

            for (int i = 0; i < adjustCount && i < totalTransactions; i++)
            {
                if (difference > 0)
                {
                    transactions[i] += adjustAmountPerItem;
                    transactions[i] = Math.Min(transactions[i], maxAmount); // 防止超出上限  
                }
                else
                {
                    transactions[i] -= adjustAmountPerItem;
                    transactions[i] = Math.Max(transactions[i], minAmount); // 防止低于下限  
                }
                difference -= adjustAmountPerItem;
                if (Math.Abs(difference) < totalAmountTarget * 0.005)
                {
                    break;
                }
            }
        } 
        Console.WriteLine("Total Transactions: " + totalTransactions);
        Console.WriteLine("Total Amount: " + sum.ToString("N0"));
        Console.WriteLine("Average Amount: " + (sum / totalTransactions).ToString("N0"));
        Console.WriteLine("Elapsed Time: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds + "ms"); 
        foreach (var transaction in transactions)
        {
            Console.WriteLine(transaction.ToString("N0"));
        }
    }
}

5. 简述常见的集合类型的存储结构和它们的作用以及优缺点，并写出实现案例

集合类型是一种非常强大且常用的数据结构，用于存储和管理一系列的对象或值。

线性表

5.1 List<T>（泛型集合，可以被视为动态数组）

存储结构：基于数组的动态数组。
作用：存储和操作对象的序列，允许根据索引快速访问元素，支持动态扩容。
优点：随机访问速度快，支持动态添加和删除元素。
缺点：在列表中间插入或删除元素时性能较低，因为需要移动其他元素。

实现案例：


	List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 }; 

	numbers.Add(6); // 添加元素 

	numbers.Remove(3); // 删除元素 

	Console.WriteLine(numbers[2]); // 访问索引为2的元素

5.2 Array（数组）

存储结构：固定大小的连续内存块。
作用：存储固定数量的元素，类型相同。
优点：内存连续，访问速度快，固定大小可以提高内存效率。
缺点：大小不可变，灵活性差。

实现案例：

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 }; 
Console.WriteLine(numbers[0]); // 访问索引为0的元素

5.3 LinkedList<T>（链表）

存储结构：双向链表。
作用：存储和操作对象的序列，支持在序列的任何位置快速添加和删除元素。
优点：在列表头部和尾部添加、删除元素时性能高。
缺点：随机访问性能低，需要遍历链表。

实现案例：

LinkedList<int> numbers = new LinkedList<int>(); 
numbers.AddLast(1); 
numbers.AddFirst(0); 
numbers.RemoveFirst(); 
foreach (var num in numbers) 
{ 
Console.WriteLine(num); 
}

5.4 Queue（队列，泛型集合）

队列是一种先进先出（FIFO, First-In-First-Out）的数据结构。它允许在队列的一端（队尾）添加元素，在另一端（队头）移除元素。

优点

先进先出：队列按照元素被添加的顺序进行处理，确保了元素的顺序性。
高效性：在大多数情况下，队列的插入和删除操作（在队尾插入和在队头删除）具有较高的效率。
适用性广：队列广泛应用于各种场景，如任务调度、消息传递、广度优先搜索等。

缺点

空间限制：基于数组实现的队列在扩容时可能会受到内存空间的限制。
并发性能：在并发环境下，普通的队列实现（如Queue<T>）可能不是线程安全的，需要额外的同步机制来保护数据一致性，这可能会影响性能。
访问特定元素：队列不支持通过索引直接访问特定位置的元素，这限制了其在某些场景下的使用。

C# 提供了 Queue<T> 泛型类来实现队列。

Queue<int> queue = new Queue<int>(); 


// 入队 
queue.Enqueue(1); 
queue.Enqueue(2); 


// 出队 
Console.WriteLine(queue.Dequeue()); // 输出 1 


// 查看队首元素 
Console.WriteLine(queue.Peek()); // 输出 2，但不移除 


// 遍历队列 
foreach (int item in queue) 
{ 
Console.WriteLine(item); 
}

Enqueue 方法是 Queue<T> 类中的一个成员方法，用于在队列的末尾（队尾）插入一个新元素。

5.5 Stack(栈)

栈是一种后进先出（LIFO, Last-In-First-Out）的数据结构。它只允许在栈顶进行添加（push）或删除（pop）元素的操作。

Stack<int> stack = new Stack<int>(); 


// 入栈 
stack.Push(1); 
stack.Push(2); 


// 出栈 
Console.WriteLine(stack.Pop()); // 输出 2 


// 查看栈顶元素 
Console.WriteLine(stack.Peek()); // 输出 1，但不移除 


// 遍历栈（注意：栈通常不推荐遍历，因为这会破坏LIFO的原则） 
foreach (int item in stack.ToArray()) // 需要转换为数组或其他集合才能遍历 
{ 
Console.WriteLine(item); 
}

压栈（push，添加元素到栈顶）、弹栈（pop，移除栈顶元素并返回其值）、查看栈顶元素（peek或top，不移除栈顶元素但返回其值）等

哈希表

5.6 Hashtable<TKey, TValue>）（非泛型）

键值对存储：存储的元素是键值对。
非泛型集合：可以接受任何类型的键和值。
键的唯一性：每个键在Hashtable中都是唯一的。
无序：Hashtable中的元素是无序的，即它们不按照任何特定的顺序存储。

using System; 
using System.Collections; 


class Program 
{ 
static void Main() 
{ 
// 创建一个Hashtable实例 
Hashtable hashtable = new Hashtable(); 


// 添加键值对 
hashtable.Add("key1", "value1"); 
hashtable.Add("key2", 2); 
hashtable.Add("key3", true); 


// 访问Hashtable中的元素 
Console.WriteLine("key1对应的值: " + hashtable["key1"]); 
Console.WriteLine("key2对应的值: " + hashtable["key2"]); 
Console.WriteLine("key3对应的值: " + hashtable["key3"]); 


// 检查键是否存在 
if (hashtable.ContainsKey("key1")) 
{ 
Console.WriteLine("key1存在于Hashtable中。"); 
} 


// 遍历Hashtable 
foreach (DictionaryEntry entry in hashtable) 
{ 
Console.WriteLine("键: " + entry.Key + ", 值: " + entry.Value); 
} 
} 
}

在这个示例中，我们创建了一个Hashtable实例，并向其中添加了一些键值对。然后，我们通过键访问了这些值，并检查了某个键是否存在。最后，我们遍历了Hashtable中的所有元素，并打印了它们的键和值。

5.7 HashSet<T>（泛型集合）

存储结构：哈希表。
作用：存储不重复的元素集合。
优点：添加、删除和查找元素的速度快，自动去重。
缺点：不支持索引访问，元素顺序不固定。

实现案例

HashSet<int> numbers = new HashSet<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 5 }; // 自动去重 
numbers.Add(6); 
numbers.Remove(3); 
foreach (var num in numbers) 
{ 
Console.WriteLine(num); 
}

概念：
HashSet<T> 是一个泛型集合，它存储不重复的元素。HashSet 使用哈希表来存储元素，因此它可以提供非常快速的元素查找、插入和删除操作。

用途：
HashSet<T> 常用于需要快速检查一个元素是否存在于集合中，或者需要从集合中移除重复元素的场景。

优点：

快速查找：由于使用了哈希表，HashSet 提供了平均时间复杂度为O(1)的查找、插入和删除操作。
不重复元素：HashSet 自动确保集合中不包含重复的元素。
灵活性：可以存储任何类型的对象，只要它们支持相等性比较（IEquatable<T> 或 object.Equals）。

缺点：

无序：HashSet 不保证元素的顺序，特别是当元素被添加或删除时。
不支持索引访问：由于HashSet是一个集合，它不支持通过索引来访问元素。
内存占用：与字典类似，HashSet 由于需要存储元素以及它们的哈希码和内部状态信息，可能会占用比数组或列表更多的内存。