Pensamento Computacional - Arrays Multidimensionais no Java

Como definir e operar com matrizes no Java

Na aula anterior estudamos os vetores, que são estruturas de dados que permitem organizar os dados tal como
se fossem uma tabela unidimensional. O acesso a cada elemento do vetor é realizado pela indexação do mesmo, ou seja , um número inteiro que permite identificar a posição de um determinado vetor.

De forma similar ao vetor, pode-se criar arranjos multidimensionais. Por exemplo, uma matriz bidimensional pode ser definida usando um nome seguido de suas dimensões (de uma dupla de colchetes para indicar linha e a coluna). Os elementos da matriz serão todos de um mesmo tipo.

Um Exemplo de Soma de Matrizes da Matemática

A soma de duas matrizes na matemática é realizada pela soma dos elementos de mesma linha e coluna.
A dimensão das matrizes deve ser a mesma. Podemos usar os arranjos bidimensionais no Java para acomodar estas matrizes.
OBSERVAR que a operação de soma deve ser realizada elemento por elemento. Dois loops aninhados serão usados para iterar sobre as linhas e colunas.

Vejamos o exemplo abaixo.

PROBLEMA: Definir duas matrizes de inteiros de dimensão 2x3 e computar a soma das mesmas. As matrizes serão iniciadas na definição.
:Dados de Entrada: Matrizes mA[2][3] e mB[2][3] de inteiros. Por questões de facilidade, já serão iniciadas na definição.
:Dados de Saída: Matriz mC[2][3] resultante da soma de mA com mB

Exemplo 1 - Soma de Matrizes

Implementar um programa para calcular a média de todos elementos da matriz C do exemplo acima.

public class SomaMatrizes {
    public static void main(String[] args) {
        // Exemplo de matrizes
        int[][] matrizA = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}};
        int[][] matrizB = {{9, 8, 7}, {6, 5, 4}, {3, 2, 1}};

        // Chamando o método para somar as matrizes
        int[][] matrizC = somarMatrizes(matrizA, matrizB);

        // Exibindo a matriz resultante
        System.out.println("Matriz Resultante:");
        imprimirMatriz(matrizC);
    }

    // Método para somar duas matrizes
    public static int[][] somarMatrizes(int[][] matrizA, int[][] matrizB) {
        int linhas = matrizA.length;
        int colunas = matrizA[0].length;

        // Verificando se as matrizes têm as mesmas dimensões
        if (linhas != matrizB.length || colunas != matrizB[0].length) {
            throw new IllegalArgumentException("As matrizes devem ter as mesmas dimensões para serem somadas.");
        }

        int[][] resultado = new int[linhas][colunas];

        // Iterando sobre as matrizes e realizando a soma
        for (int i = 0; i < linhas; i++) {
            for (int j = 0; j < colunas; j++) {
                resultado[i][j] = matrizA[i][j] + matrizB[i][j];
            }
        }

        return resultado;
    }

    // Método para imprimir uma matriz
    public static void imprimirMatriz(int[][] matriz) {
        for (int i = 0; i < matriz.length; i++) {
            for (int j = 0; j < matriz[0].length; j++) {
                System.out.print(matriz[i][j] + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

DISCUSSÃO: Observe a forma como são declarados os arranjos bidimensionais. A dimensão não é informada:

       public static int[][] somarMatrizes(int[][] matrizA, int[][] matrizB) 

É importante lembrar que arranjos são passados como REFERÊNCIA. Desta forma, quando o método é invocado, os arranjos passados na chamada serão os próprios arranjos manipulados pelo método (no caso matrizA e matrizB. Desta forma, é possível consulatar a propriedade length destes arranjos para que sejam processados devidamente.

Desta forma, o primeiro processamento do método é justamente verificar se as dimensões dos dois arranjos são iguais. Isto deve ser realizado comparando o números de linhas e o número de colunas dos mesmos. Aqui é importante verificar que para acessar o número de linhas de matrizA, por exemplo, basta acessar 'matrizA.length', Já para consultar o número de colunas bastaria consultar o número de colunas da linha 0.

Uma forma de pensar sobre isso é inaginar que o arranjo bidimensional pode ser visto como um vetor de linhas.

Uma instrução que ainda não conhecemos está sendo usada aqui:

           throw new IllegalArgumentException("As matrizes devem ter as mesmas dimensões para serem somadas.");

Por enquanto vamos entender esta instrução como uma forma de AVISAR que algo errado aconteceu (uma exceção gerada) e, neste caso o programa se encerra. Futuramente será visto como tratar esta exceção.

Após a verificação inicial, o procedimento de adição é realizado, iterando sobre cada elemento usando a indexação de linha (usando variável auxiliar i) e indexação de coluna (usando variável auxiliar j).

        // Iterando sobre as matrizes e realizando a soma
       for (int i = 0; i < linhas; i++) {
           for (int j = 0; j < colunas; j++) {
               resultado[i][j] = matrizA[i][j] + matrizB[i][j];
           }
       }

Note a matriz resultado foi criada anteriormente usando o operador new():

           int[][] resultado = new int[linhas][colunas];

Após todo o processamento, esta matriz (sua referência) é retornada.