Что такое массив: что это такое простыми словами и из чего состоит

что это такое простыми словами и из чего состоит

Массив в информатике — это тип данных, в котором хранится упорядоченный набор однотипных элементов. Массивы есть в большинстве языков программирования и нужны для удобного хранения нескольких значений и быстрой работы с ними.

Структуру данных можно сравнить с набором пронумерованных коробок, в каждой из которых находится какой-то предмет. Этот предмет — элемент массива, а номер на коробке — индекс элемента, порядковый номер, по которому его можно найти.

В некоторых языках программирования у массивов есть альтернативные названия, например, ряд, матрица или вектор. Структура данных действительно похожа на эти математические понятия: они тоже представляют собой непрерывный набор элементов с четко зафиксированной позицией.

Массивами пользуются практически все программисты. Они нужны в ситуациях, когда необходимо работать с однотипным набором данных, например последовательностью чисел, объектов или строк.

Массив помогает:

• хранить несколько однотипных значений внутри одной переменной;
• структурировать и упорядочивать информацию;
• легко получать доступ к каждому элементу;
• быстро применять одинаковые действия ко всем элементам массива;
• экономить память и поддерживать высокую скорость выполнения действий.

Кроме того, это просто удобнее, чем «класть» несколько похожих элементов в разные переменные. Массивы — одна из базовых структур в программировании, и без них писать код было бы куда сложнее.

Технически массив — это переменная, которая включает в себя несколько значений, своеобразный контейнер. Элементы массива обычно имеют одинаковый тип, например, это все числа или строки. Расположены элементы в соседних ячейках памяти, поэтому перебор элементов или другие действия с ними выполняются довольно быстро.

Время доступа к каждому элементу фиксировано, а получить ссылку на любой из них легко благодаря индексам.

У классического статического массива фиксированная длина, то есть количество элементов. Она задается при создании переменной: разработчик сразу пишет в описании массива, сколько элементов он будет хранить. Если выйти за пределы этого диапазона и, например, попытаться присвоить значение шестому элементу массива из пяти элементов, возникнет ошибка.

Индексы в стандартном массиве могут быть только целыми числами, которые идут по порядку: 0, 1, 2 и так далее. В большинстве языков программирования индексация начинается с нуля.

Одно из достоинств использования массива — гибкость и легкость работы с данными. Элементам можно задавать разные значения, а потом менять их или обнулять. Можно обращаться к элементам по индексу. Например, array[5] — это обращение к пятому элементу массива под названием array.

С элементами по отдельности можно делать то же, что с обычными переменными: проводить разнообразные операции, выводить на экран или в файл, использовать внутри формул и так далее. В большинстве языков также есть операции и методы, которые применяются ко всем элементам массива: так можно написать одну строчку и модифицировать весь массив.

Курс Уверенный старт в IT Поможем определить подходящую вам IT-профессию и освоить её с нуля. Вы на практике попробуете разные направления: разработку на разных языках, аналитику данных, Data Science, менеджмент в IT. Это самый подходящий курс для построения карьеры в IT в новой реальности.

Подробнее

Есть и другие особые функции. Например, в некоторых языках можно преобразовать в массив строку или переменную другого типа. Бывают отдельные команды для обращения к первому и последнему элементам массива, для их удаления или модификации, для получения длины массива и так далее.

Конкретная реализация и набор функций зависят от языка программирования. В разных языках работа с массивами может различаться, но суть структуры данных остается прежней.

Одномерными и многомерными. Классический массив — одномерный, то есть выглядит как ряд элементов. Но массив может быть и многомерным, чаще всего двумерным: тогда он состоит из нескольких рядов, расположенных друг под другом. У двумерного массива два индекса: один определяет ряд, второй — положение элемента в этом ряде. Это похоже на математическую матрицу или на двумерную систему координат.

Иногда двумерные массивы реализуют как «массив в массиве», в других случаях для них есть отдельный способ описания — тут все зависит от языка, фреймворка и других используемых технологий.

Трехмерные массивы и структуры с большей размерностью используют крайне редко.

Статическими и динамическими. Статический массив — классическая реализация этой структуры данных. У него фиксированное количество элементов, которое задается при создании и остается неизменным все время его существования. Но это не всегда удобно, поэтому существуют также динамические массивы.

У динамических массивов «гибкая» длина, которая автоматически увеличивается или уменьшается, когда в структуру данных добавляют или удаляют элемент. Это удобнее для разработчиков и экономит память: не приходится хранить множество «пустых» элементов, как в статическом массиве, у которого задействована не вся длина.

Внутри динамические массивы чаще всего устроены как статические, которые пересоздаются, когда изменяется длина. При этом «шаг» пересоздания — не один элемент, а больше, то есть длина увеличивается сразу, скажем, на пять элементов, а не на один. Это нужно, чтобы не слишком перегружать программу постоянными пересозданиями массива.

Однородными и гетерогенными.

Опять же классический массив — однородный, то есть в нем находятся элементы только одного типа. Но некоторые языки поддерживают гетерогенные массивы, где могут храниться разнотипные элементы: например, число, потом строка, а потом объект.

Такая возможность может быть удобной, но с ней нужно быть аккуратнее, потому что она в теории увеличивает риск ошибки со стороны программиста. Например, он попытается сложить элементы как числа, а один из них окажется строкой. Возникнет ошибка или программа начнет вести себя непредсказуемо.

Ассоциативными. Ассоциативные массивы — особый подвид структуры данных, в котором индексы не обязательно являются упорядоченными целыми числами. Это набор данных в формате «ключ — значение», где ключ — аналог индекса, а значение — аналог элемента.

Ассоциативный массив может называться по-разному: в Python, к примеру, его называют словарем. Структура данных действительно похожа на словарь, где ключ — слово, а значение — его описание. Второй наглядный пример — телефонный справочник, где сведения приведены в формате «ФИО — номер телефона».

Часто ассоциативные массивы бывают гетерогенными и динамическими, но это опять же зависит от языка программирования.

Массив — не единственная структура данных, хранящая несколько элементов. Еще существуют так называемые кучи и множества, где информация не пронумерована, стеки, где доступ возможен только к первому элементу, и очереди — там можно получить доступ только к последнему элементу. Также есть связные списки, графы и деревья — в этих структурах данных элементы особым образом связаны между собой ссылками.

Какую именно структуру выбрать для хранения конкретного набора значений, зависит от задачи.

Значение имеют скорость доступа, удобство работы и другие критерии.

Вы можете узнать о хранении данных больше на курсах по программированию — получите новую профессию и станьте востребованным IT-специалистом.

Массивы в памяти компьютера | PHP: Массивы

Зарегистрируйтесь для доступа к 15+ бесплатным курсам по программированию с тренажером

Работая на таких высокоуровневых языках как PHP, позволительно не знать устройство массивов для решения повседневных задач. С другой стороны, подобное понимание делает код менее магическим и даёт возможность заглядывать чуть дальше.

Массивы в си

Реальные массивы лучше всего рассматривать на языке Cи, который, с одной стороны, достаточно простой и понятный, с другой — очень близок к железу и не скрывает от нас практически ничего. Когда мы говорим про примитивные типы данных, такие как «строка» или «число», то на интуитивном уровне все довольно понятно. Под каждое значение выделяется некоторый размер памяти (в соответствии с типом), в которой и хранится само значение. А как должна выделиться память под хранение массива? И что такое массив в памяти? На уровне хранения, понятия массив не существует. Массив представляется цельным куском памяти, размер которого вычисляется по следующей формуле: количество элементов * количество памяти под каждый элемент. Из этого утверждения есть два интересных вывода:

• Размер массива — фиксированная величина. Те динамические массивы, с которыми мы имеем дело во многих языках, реализованы уже внутри языка, а не на уровне железа.
• Все элементы массива имеют один тип и занимают одно и то же количество памяти. Благодаря этому появляется возможность простым умножением (по формуле, описанной выше) получить адрес той ячейки, в которой лежит нужный нам элемент. Именно это происходит под капотом, при обращении к элементу массива под определённым индексом.

Фактически, индекс в массиве — смещение относительно начала куска памяти, содержащего данные массива. Адрес, по которому расположен элемент под конкретным индексом, рассчитывается так:

начальный адрес + индекс * количество памяти, занимаемое одним элементом (для данного типа данных). Начальный адрес, это адрес ячейки памяти, начиная с которой размещается массив. Он формируется во время выделения памяти под массив.

Пример на Си:

// Инициализация массива из пяти элементов типа int
// В этом месте резервируется память под него
// Непрерывный кусок памяти размером _количество элементов * количество байт под int_
int mark[] = {19, 10, 8, 17, 9};
// _Начальный адрес + 3 * количество байт под int_
// Так рассчитывается фактический адрес, по которому располагаются данные
mark[3]; // 17

Если предположить, что тип int занимает в памяти 2 байта (зависит от архитектуры), то адрес элемента, соответствующего индексу 3, вычисляется так: начальный адрес + 3 * 2. Для индекса 1 – начальный адрес + 1 * 2.

В такой формуле расчета адреса, есть ровно один способ физически разместить данные в начале доступной памяти – использовать нулевой индекс: начальный адрес + 0 * размер элемента конкретного типа = начальный адрес.

// Первый элемент
// Начальный адрес + 2 * 0 = начальный адрес
mark[0]; // 19
// Начальный адрес + 2 * 1 = начальный адрес + 2
// То есть сместились на 2 байта
mark[1]; // 10
// Начальный адрес + 2 * 2 = начальный адрес + 4
// То есть сместились на 4 байта
mark[2]; // 8
// Последний элемент
// Начальный адрес + 2 * 4 = начальный адрес + 8
// То есть сместились на 8 байт
// И сам элемент занимает 2 байта. В сумме как раз 10
mark[4]; // 9

Теперь должно быть понятно, почему индексы в массиве начинаются с нуля. 0 — означает отсутствие смещения.

Но не все данные имеют одинаковый размер. Как будет храниться массив строк? Строки ведь имеют разную длину, а значит требуют разное количество памяти для своего хранения. Один из способов сохранить строки в массиве на языке Си – создать массив массивов (тут нужно понимать, что любая строка в Си это массив символов). Вложенные массивы обязательно должны быть одного размера, невозможно обойти физические ограничения массивов. Хитрость в том, что этот размер должен быть достаточно большой, чтобы туда поместились необходимые строки.

// Массив из трех элементов, внутри которого массивы по 10 элементов
// Это значит, что здесь можно хранить 3 строки длиной не больше 10 символов
char strings[3][10] = {
   "spike",
   "tom",
   "jerry"
};
strings[0]; // spike

Безопасность

В отличие от высокоуровневых языков, в которых код защищён от выхода за границу массива, в таком языке как Си, выход за границу не приводит к ошибкам. Обращение к элементу, индекс которого находится за пределами массива, вернёт данные, которые лежат в той самой области памяти, куда его попросили обратиться (в соответствии с формулой выше). Чем они окажутся — никому не известно (но они будут проинтерпретированы в соответствии с типом массива. Если массив имеет тип int, то вернётся число). Благодаря отсутствию какой-либо защиты, выход за границу массива активно эксплуатируется хакерами для взлома программ.

Массивы в динамических языках

В динамических языках, таких как PHP или JS, устройство массивов значительно сложнее чем в си. Так как типы данных вычисляются автоматически во время выполнения кода. Массив в такой среде не может работать как в си. Неизвестно, данные каких типов окажутся внутри в процессе работы.

Что такое массив умножения в математике? Определение, примеры

Что такое массив умножения?

Чтобы понять концепцию массива умножения, давайте сначала разобьем концепцию на два слова и разберем их по отдельности.

Умножение — это математическая концепция, которая позволяет нам умножать одно число на другое. Например, 3 x 5 — это три раза по пять, то есть 15 .

Массив представляет собой таблицу, представляющую числа или данные в виде столбцов и строк.

Массив умножения создает механизм, в котором мы отображаем данные в виде массива, чтобы найти произведение любого вопроса на умножение. Массив обычно создается с использованием небольших объектов, форм или точек, чтобы сделать его интерактивным.

Например, чтобы умножить 3 x 5, тот же пример, что и выше, мы создадим следующий массив умножения.

Совет. Хотя вы можете использовать любое количество объектов в строке или столбце, в начале используйте один метод для каждой проблемы, чтобы избежать путаницы. Итак, будем представлять первое число в виде строк, а второе — в виде столбцов.

В приведенном выше массиве умножения мы можем найти ответ, подсчитав количество кругов, которое равно 15.

Рекомендуемые рабочие листы:

Как представить массив умножения?

Возьмем пример 2 x 7, также называемый 2 на 7.

Это означает, что у нас есть 2 строки и 7 столбцов.

В этом массиве каждая строка и столбец содержат одинаковое количество объектов.

Другой способ взглянуть на это состоит в том, что у нас есть равные группы в виде строк или столбцов. Когда вы берете эти равные группы и упорядочиваете их как столбцы или строки, мы получаем массивы.

Например, равные группы по две звезды, расположенные в столбцах, создали приведенный выше массив звезд.

Что такое множители и произведения в массиве умножения?

Мы используем специальные термины для чисел, участвующих в умножении:

• Множители — это числа, которые умножаются
• Продукт — результат, полученный в результате действия, то есть умножения

Что произойдет, если мы изменим порядок множителей в уравнении умножения?

В приведенном выше примере у нас было 2 строки и 7 столбцов. Что, если мы сделаем 2 столбца и 7 строк?

Ответ остается прежним; оно по-прежнему равно 14.

Ситуация одинакова, независимо от того, сохраняете ли вы первое число в виде строки или столбца, и это справедливо для любого математического уравнения.

Если в проблеме задействовано более двух факторов, мы можем изменить порядок, но все равно получим точно такой же ответ. Это называется свойством коммутативного умножения.

Решенные примеры

Пример 1: Нам нужно создать массив умножения 5 на 6. Как мы его создадим?

Возьмем 5 строк и 6 столбцов.

Это означает, что нам нужно сделать 5 рядов по горизонтали и 6 столбцов по вертикали.

Когда вы посчитаете эти объекты, вы получите следующее:

5 x 6 = 30

Пример 2: Узнайте коэффициенты умножения в данном массиве умножения:

Сначала мы посчитаем количество строк: 2

Затем подсчитываем количество столбцов: 4

Таким образом, коэффициенты умножения равны 2 x 4, что также можно записать как 4 x 2.

Пример 3: Найдите ответ или произведение для данного массива умножения:

Сначала мы посчитаем объекты в каждой строке, что даст нам произведение = 12.

Если нам также нужно найти множители, то мы посчитаем строки (3) и столбцы (4).

3 x 4 = 12

Практические задачи

1

Какая из следующих цифр является массивом умножения?

A

B

Оба A и B

Ничего из вышеперечисленного

Правильный ответ: A
A образует массив, а B не образует массив. Это помогает считать и находить ответ, но формирует другую форму, например треугольник, а не массив.

2

Как мы создадим массив умножения для следующего уравнения? 3 x 5

A

B

Оба A и B

Ничего из вышеперечисленного

Правильный ответ: Оба A и B
Оба A и B представляют массив умножения для задачи (свойство коммутативного умножения)

3

Найдите произведение для данного массива умножения:

11

9

12

15

Правильный ответ: 12
У нас есть 4 строки и 3 столбца, 4 x 3, что равно 12.

Часто задаваемые вопросы

Как мы можем использовать массивы для умножения?

Чтобы использовать массив умножения, нам нужно присвоить коэффициенты строкам и столбцам, нарисовать их, а затем подсчитать. Это самый простой способ использования массива умножения.

Вам нужна фиксированная длина массива в массиве умножения?

Нет. У нас не может быть фиксированной длины массива умножения перед созданием массива.

Но после создания его длина фиксируется, и каждый столбец имеет одинаковую длину.

Обязательно ли иметь массив с четными строками и столбцами?

У нас могут быть четные строки и столбцы, но это не обязательно. Например, 4 х 4 может образовывать четный массив, а 4 х 5 — нет.

Что такое массив?. Массив — это структура данных, содержащая… | Автор Audira Zuraida

Массив — это структура данных, содержащая группу элементов. Обычно все эти элементы имеют один и тот же тип данных, например целое число или строку. Массивы обычно используются в компьютерных программах для организации данных, чтобы связанный набор значений можно было легко сортировать или искать.

В математическом понятии матрица может быть представлена ​​как двумерная сетка, двумерные массивы также иногда называют матрицами. В некоторых случаях термин «вектор» используется в вычислениях для обозначения массива, хотя кортежи, а не векторы, являются более правильным эквивалентом с математической точки зрения. Таблицы часто реализуются в виде массивов, особенно таблиц поиска; слово table иногда используется как синоним массива .

Массивы используются для реализации других структур данных, таких как списки, кучи, хэш-таблицы, очереди, очереди, стеки, строки и списки. Реализации других структур данных на основе массивов часто бывают простыми и эффективными с точки зрения использования пространства (неявные структуры данных), требуют небольших затрат пространства, но могут иметь меньшую пространственную сложность, особенно при изменении, по сравнению со структурами данных на основе дерева (сравните отсортированный массив с дерево поиска).

Когда объекты данных хранятся в массиве, отдельные объекты выбираются по индексу, который обычно является неотрицательным скалярным целым числом. Индексы также называются индексами. Индекс сопоставляет значение массива с сохраненным объектом.

Массивы могут иметь несколько измерений, поэтому нередко доступ к массиву осуществляется с использованием нескольких индексов. Например, двумерный массив A с тремя строками и четырьмя столбцами может предоставить доступ к элементу во 2-й строке и 4-м столбце с помощью выражения A[1][3] в случае системы индексации с отсчетом от нуля. Таким образом, два индекса используются для двумерного массива, три для трехмерного массива и n для n -мерного массива.

Существуют также преимущества массива, такие как:

1. Реализация массива позволяет выполнять операцию печати за линейное время и операцию поиска за постоянное время, что вполне ожидаемо
2. Возможен произвольный доступ
3. Реализация список с использованием массива проще по сравнению с другими реализациями

Не только преимущества, здесь и недостатки массива:

1. Элементы массива всегда хранятся в непрерывной памяти
2. Вставка или удаление элемента в массиве может потребовать смещения всех его элементов
3. Размер массива всегда фиксировано
4. Вы не можете добавить новый элемент за конец массива
5. Память для всего массива всегда резервируется, даже если вы используете только часть массива
6. Вы должны заранее угадать ожидаемый максимальный размер списка

Итак, после того, как мы все узнали значение, определение и преимущества и недостатки массива, давайте обсудим, как его закодировать в Python.