この記事では、Javaにおける多次元配列の扱い方を紹介します。2次元配列、不規則な多次元配列、3次元配列の操作方法を具体的なコード例とともに解説し、さらにJava 8以降で導入されたStream APIや、Java 9以降の配列のファクトリメソッドなどを活用した効率的な配列操作についても理解を深めることができます。
多次元配列の宣言
多次元配列は、データを表形式や立体的に表現する際に非常に有用です。例えば、2次元配列は行列やグリッドの表現に、3次元配列は3D空間のデータ表現に適しています。
Java
int[][] matrix = new int[3][4];この宣言方法は、2次元配列を作成し、特定のサイズを指定します。
int[][]は整数型の2次元配列を宣言することを示します。matrixは配列の名前（変数名）です。new int[3][4]は3行4列の2次元配列を新しく作成することを指示します。 この方法で作成された配列は、すべての要素が0で初期化されます。つまり、3×4=12個の要素がすべて0となります。
Java
int[][] matrix = { {1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12} }; この宣言方法は、配列リテラルを使用して2次元配列を作成し、同時に初期化します。
- 外側の波括弧
{}は2次元配列全体を表します。 - 内側の各波括弧
{}は1つの行を表します。 - 各行の中のカンマで区切られた数値が、その行の各列の値となります。 この方法では、配列のサイズを明示的に指定する必要がありません。コンパイラが自動的に行数と列数を判断します（この場合、3行4列）。 また、この方法では各要素に直接値を割り当てているため、0で初期化される最初の方法とは異なり、指定した値で初期化されます。
両方の方法とも有効な2次元配列の宣言方法ですが、用途によって使い分けます。サイズだけが分かっていて初期値がまだ決まっていない場合は最初の方法を、初期値も同時に設定したい場合は2番目の方法を使用するのが一般的です。
2次元配列へのアクセス
Java
public class ArrayAccessExample {
public static void main(String[] args) {
// 2次元配列（行列）の定義
int[][] matrix = {
{ 1, 2, 3, 4 },
{ 5, 6, 7, 8 },
{ 9, 10, 11, 12 }
};
System.out.println("for文によるアクセス:");
// 通常のfor文を使用して2次元配列にアクセス
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
// 各要素を出力
System.out.print(matrix[i][j] + " ");
}
// 各行の終わりで改行
System.out.println();
}
System.out.println("\n拡張for文によるアクセス:");
// 拡張for文（foreach文）を使用して2次元配列にアクセス
for (int[] row : matrix) {
for (int element : row) {
// 各要素を出力
System.out.print(element + " ");
}
// 各行の終わりで改行
System.out.println();
}
}
}実行結果：
for文によるアクセス:
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
拡張for文によるアクセス:
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12 ネストされたループを使用して多次元配列にアクセスします。通常のfor文では配列のインデックスを直接制御できますが、拡張for文はより簡潔に記述できます。
コードの解説
Java
// 通常のfor文を使用して2次元配列にアクセス
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
// 各要素を出力
System.out.print(matrix[i][j] + " ");
}
// 各行の終わりで改行
System.out.println();
}for文によるアクセス:
- 外側のループ
iは行を反復します。 - 内側のループ
jは各行の列を反復します。 matrix[i][j]で各要素にアクセスし、出力します。- 各行の終わりで
System.out.println()を呼び出して改行します。
Java
// 拡張for文（foreach文）を使用して2次元配列にアクセス
for (int[] row : matrix) {
for (int element : row) {
// 各要素を出力
System.out.print(element + " ");
}
// 各行の終わりで改行
System.out.println();
}拡張for文によるアクセス:
- 外側のループ
for (int[] row : matrix)は各行をrowとして取得します。 - 内側のループ
for (int element : row)は各行の要素をelementとして取得します。 - 各要素を出力し、行の終わりで改行します。
不規則な多次元配列
Javaでは、各行の列数が異なる不規則な多次元配列も作成できます。
Java
public class IrregularArrayExample {
public static void main(String[] args) {
// 不規則な2次元配列の宣言
int[][] irregular = new int[3][];
// 各行の長さを個別に設定
irregular[0] = new int[2];
irregular[1] = new int[3];
irregular[2] = new int[4];
// 配列に値を代入
for (int i = 0; i < irregular.length; i++) {
for (int j = 0; j < irregular[i].length; j++) {
irregular[i][j] = i + j;
}
}
// 配列の内容を出力
System.out.println("不規則な2次元配列:");
for (int[] row : irregular) {
for (int element : row) {
System.out.print(element + " ");
}
System.out.println();
}
}
}実行結果：
不規則な2次元配列:
0 1
1 2 3
2 3 4 5 この出力は、各行の長さが異なる不規則な2次元配列の構造を反映しています。各要素の値は、その行と列のインデックスの和になっています。このような不規則な配列は、データの構造が均一でない場合や、メモリを効率的に使用したい場合に有用です。
コードの解説
Java
// 不規則な2次元配列の宣言
int[][] irregular = new int[3][];
// 各行の長さを個別に設定
irregular[0] = new int[2];
irregular[1] = new int[3];
irregular[2] = new int[4];不規則な2次元配列の宣言：
この部分では、不規則な（ジャグ配列とも呼ばれる）2次元配列を作成しています。
new int[]で3行の2次元配列を宣言しますが、各行の長さは指定していません。- その後、各行に対して個別に配列を割り当てています。
- 1行目は2要素
- 2行目は3要素
- 3行目は4要素
これにより、各行の長さが異なる2次元配列が作成されます。
Java
// 配列に値を代入
for (int i = 0; i < irregular.length; i++) {
for (int j = 0; j < irregular[i].length; j++) {
irregular[i][j] = i + j;
}
}配列に値を代入：
- 外側のループ
iは行を反復します。 - 内側のループ
jは各行の列を反復します。 - 各要素に
i + jの値を代入しています。これにより、位置に基づいた値が各要素に設定されます。
Java
// 配列の内容を出力
System.out.println("不規則な2次元配列:");
for (int[] row : irregular) {
for (int element : row) {
System.out.print(element + " ");
}
System.out.println();
}配列の内容を出力：
- 外側のループ
for (int[] row : irregular)は各行を取得します。 - 内側のループ
for (int element : row)は各行の要素を取得します。 - 各要素を出力し、行の終わりで改行します。
3次元の配列へのアクセス
Java
public class ThreeDimensionalArrayExample {
public static void main(String[] args) {
// 3次元配列の初期化
int[][][] cube = {
{{1, 2}, {3, 4}},
{{5, 6}, {7, 8}},
{{9, 10}, {11, 12}}
};
System.out.println("3次元配列の要素:");
// 拡張for文を使用して3次元配列の各要素にアクセス
for (int[][] plane : cube) {
for (int[] row : plane) {
for (int element : row) {
// 各要素を空白区切りで出力
System.out.print(element + " ");
}
// 各行の終わりで改行
System.out.println();
}
// 各平面の終わりで空行を挿入
System.out.println();
}
}
}実行結果：
3次元配列の要素:
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12この出力は、3つの平面が空行で区切られ、各平面内の2行2列の要素が表示されています。
コードの解説
3次元配列の初期化：
Java
int[][][] cube = {
{{1, 2}, {3, 4}},
{{5, 6}, {7, 8}},
{{9, 10}, {11, 12}}
};cubeという名前の3次元整数配列を初期化しています。- この配列は3つの平面（2次元配列）で構成されており、各平面は2行2列の要素を持っています。
- 最も内側の中括弧
{}は1次元配列（行）を、中間の中括弧は2次元配列（平面）を、最も外側の中括弧は3次元配列全体を表します。
配列の内容を出力（拡張for文使用）：
Java
System.out.println("3次元配列の要素:");
for (int[][] plane : cube) {
for (int[] row : plane) {
for (int element : row) {
System.out.print(element + " ");
}
System.out.println();
}
System.out.println();
}この部分では、3重の拡張for文（foreach文）を使用して3次元配列の内容を出力しています：
- 最外側のループ
for (int[][] plane : cube)は各平面（2次元配列）を反復します。 - 中間のループ
for (int[] row : plane)は各平面内の行（1次元配列）を反復します。 - 最内側のループ
for (int element : row)は各行内の要素を反復します。 System.out.print(element + " ")で各要素を空白区切りで出力します。- 各行の終わりで
System.out.println()を呼び出して改行します。 - 各平面の終わりで追加の
System.out.println()を呼び出して空行を挿入し、平面を視覚的に分離します。
これは、多次元データ構造（例：3D空間データ、画像処理など）を扱う際に有用な方法です。また、拡張for文は配列の境界を自動的に処理するため、インデックスエラーのリスクを減らすことができます。
Java 8以降：Stream APIの活用
Java
import java.util.Random;
import java.util.stream.Stream;
public class StreamArrayExample {
public static void main(String[] args) {
// Stream APIを使用して2次元配列を生成
int[][] matrix = Stream.generate(() -> new Random().ints(4, 1, 100).toArray())
.limit(3)
.toArray(int[][]::new);
// 生成された2次元配列を出力
System.out.println("Stream APIで生成した2次元配列:");
for (int[] row : matrix) {
for (int element : row) {
System.out.print(element + " ");
}
System.out.println();
}
}
}実行結果：
Stream APIで生成した2次元配列:
91 98 92 11
98 62 41 93
38 42 31 23 このコードは、Java 8以降で導入された Stream API の機能です。従来のループを使用せずに、簡潔かつ宣言的な方法で複雑なデータ構造を生成できます。また、この方法は並列処理にも適しており、大規模なデータセットを扱う際に効率的です。
コードの解説
インポート文：
Java
import java.util.Random;
import java.util.stream.Stream;Random: 乱数生成のためのクラスStream: Java 8以降で導入されたストリーム処理を行うためのインターフェース
2次元配列の生成：
Java
int[][] matrix = Stream.generate(() -> new Random().ints(4, 1, 100).toArray())
.limit(3)
.toArray(int[][]::new);この部分は Stream API を使用して2次元配列を生成しています。詳細は以下の通りです：
- Stream.generate(): 無限ストリームを生成します。引数として与えられたサプライヤ（ここではラムダ式）を使用して要素を生成し続けます。
- () -> new Random().ints(4, 1, 100).toArray():
new Random(): 新しいRandomオブジェクトを作成.ints(4, 1, 100): 1から99までの範囲で4つの乱数を生成.toArray(): 生成された乱数を配列に変換
- .limit(3): ストリームの最初の3要素（ここでは3つの配列）に制限します。
- .toArray(int[][]::new): ストリームの要素を2次元配列に変換します。
結果として、3行4列の2次元配列が生成されます。各要素は1から99までのランダムな整数です。
配列の出力：
Java
System.out.println("Stream APIで生成した2次元配列:");
for (int[] row : matrix) {
for (int element : row) {
System.out.print(element + " ");
}
System.out.println();
}この部分は、生成された2次元配列の内容を出力します：
- 外側のループ
for (int[] row : matrix)は各行を反復します。 - 内側のループ
for (int element : row)は各行の要素を反復します。 - 各要素を出力し、行の終わりで改行します。
Java 9以降: 配列のファクトリメソッド
Java 9以降では、コレクションをより簡単に配列に変換できるようになりました。これは多次元配列の作成時にも応用可能です。
Java
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class CollectionToArrayExample {
public static void main(String[] args) {
// 1次元リストの作成
List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4);
// リストを1次元配列に変換
Integer[] array = list.toArray(Integer[]::new);
// 1次元リストと変換された配列の内容を出力
System.out.println("リストの内容: " + list);
System.out.println("変換された配列の内容: " + Arrays.toString(array));
// 2次元リスト（リストのリスト）の作成
List<List<Integer>> multiList = List.of(
List.of(1, 2),
List.of(3, 4),
List.of(5, 6));
// 2次元リストを2次元配列に変換
Integer[][] multiArray = multiList.stream()
.map(l -> l.toArray(Integer[]::new))
.toArray(Integer[][]::new);
// 2次元リストの内容を出力
System.out.println("\n多次元リストの内容:");
multiList.forEach(System.out::println);
// 変換された2次元配列の内容を出力
System.out.println("\n変換された多次元配列の内容:");
for (Integer[] row : multiArray) {
System.out.println(Arrays.toString(row));
}
}
}実行結果：
リストの内容: [1, 2, 3, 4]
変換された配列の内容: [1, 2, 3, 4]
多次元リストの内容:
[1, 2]
[3, 4]
[5, 6]
変換された多次元配列の内容:
[1, 2]
[3, 4]
[5, 6]この方法は、従来の方法と比較して以下の利点があります：
- コードがより簡潔になります。
- 型安全性が向上します。
- 中間のコレクションを作成する必要がないため、メモリ効率が良くなります。
Java 9以降のこれらのファクトリメソッドは、特に多次元配列や複雑なデータ構造を扱う際に非常に有用です。
コードの解説
1次元リストから配列への変換：
Java
List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4);
Integer[] array = list.toArray(Integer[]::new);List.of()メソッドを使用して、不変のリストを作成します。これはJava 9で導入された便利なファクトリメソッドです。list.toArray(Integer[]::new)メソッドを使用して、リストを配列に変換します。Integer[]::newは配列のコンストラクタ参照で、適切なサイズの新しいInteger配列を作成します。
1次元リストと配列の出力：
Java
System.out.println("リストの内容: " + list);
System.out.println("変換された配列の内容: " + Arrays.toString(array));- リストは直接出力可能ですが、配列は
Arrays.toString()メソッドを使用して文字列に変換します。
2次元リスト（リストのリスト）の作成：
Java
List<List<Integer>> multiList = List.of(
List.of(1, 2),
List.of(3, 4),
List.of(5, 6)
);List.of()を入れ子にして使用することで、2次元のリスト構造を作成します。
2次元リストから2次元配列への変換：
Java
Integer[][] multiArray = multiList.stream()
.map(l -> l.toArray(Integer[]::new))
.toArray(Integer[][]::new);この部分は Stream API を使用して2次元リストを2次元配列に変換しています：
multiList.stream(): リストをストリームに変換します。.map(l -> l.toArray(Integer[]::new)): 各内部リストを配列に変換します。.toArray(Integer[][]::new): 結果のストリームを2次元配列に変換します。
2次元リストと2次元配列の出力：
Java
System.out.println("\n多次元リストの内容:");
multiList.forEach(System.out::println);
System.out.println("\n変換された多次元配列の内容:");
for (Integer[] row : multiArray) {
System.out.println(Arrays.toString(row));
}- 2次元リストは
forEachメソッドとSystem.out::printlnメソッド参照を使用して出力します。 - 2次元配列は拡張for文と
Arrays.toString()メソッドを使用して各行を出力します。
まとめ
- 多次元配列の基本: 2次元配列の宣言とアクセス方法
- 不規則な多次元配列: より複雑な構造の配列の扱い方
- 3次元配列: 高次元の配列操作について
- Stream APIの活用: Java 8以降で導入された新しい配列操作
- 配列のファクトリメソッド: Java 9以降で追加された簡潔な配列初期化方法
この記事を通じて、読者はJavaにおける多次元配列の基本的な操作から高度な使用方法まで、段階的に学習することができます。特に、Stream APIや配列のファクトリメソッドを用いたプログラミングなど、より効率的で読みやすいコードを書く能力を身につけることができます。
未経験でもWEBスキルを取得したい方
- Javaコース
※Javaプログラミングを基礎から応用まで、体系的に学べる実践的なカリキュラムが特徴です。「マインクラフト」を通じてJavaの基本文法とフレームワークの概念を学びます。また、実際のプロジェクト開発を通じて、データベース連携やWebアプリケーション開発のスキルを身につけることができます。
コメント