Ласкаво просимо до нашого уроку про масиви та зв’язані списки. У цьому уроці ми навчимося двом простим способам зберігання та організації даних. Уявіть, що у вас у школі є ряд ящиків для іграшок або ряд шафок. Масиви та пов’язані списки працюють подібним чином. Вони допомагають нам зберігати речі охайними та легкими для пошуку. Цей урок написаний простою мовою з повсякденними прикладами, які допоможуть вам легко зрозуміти ці ідеї.
Структури даних допомагають комп’ютерам зберігати та впорядковувати інформацію. Двома важливими структурами даних є масиви та пов’язані списки. Ви можете уявити собі масив як ряд ящиків, а пов’язаний список – як ланцюжок пов’язаних підказок під час пошуку скарбів. Обидва вони допомагають нам відстежувати багато речей, як-от іграшки, книги чи навіть ваші улюблені закуски.
Ми поговоримо про те, що таке масив, що таке зв’язаний список, як вони працюють і чим вони відрізняються. Ми також побачимо реальні приклади, які роблять ці ідеї максимально зрозумілими.
Масив — це просто набір елементів. Це як ряд коробок, де кожна коробка містить один предмет. Наприклад, уявіть собі набір із п’яти ящиків, вишикуваних в ряд. Ви можете використовувати кожну коробку для зберігання улюбленої іграшки або перекусу.
Кожна коробка в масиві має число, яке називається індексом. Перший ящик зазвичай має номер 0, наступний — 1, потім 2 і так далі. Така нумерація допомагає швидко знайти певний предмет. Наприклад, якщо вам потрібен елемент у третьому полі, ви просто подивіться на поле з індексом 2.
Ось проста формула, яка пояснює, як ми можемо знайти елемент у масиві. Якщо перша коробка знаходиться в початковій точці, то адресу будь-якого елемента можна уявити так:
\( \textrm{Адреса}(A(i)) = \textrm{Адреса}(A(0)) + i \times \textrm{(розмір однієї речі)} \)
Це говорить нам про те, що для переходу від першого ящика до потрібного нам потрібно відрахувати певну кількість проміжків.
Уявіть собі ряд, як сидіння в маленькому кінотеатрі. Кожне місце має номер, і ви можете швидко перейти до свого місця, якщо знаєте його номер.
Уявіть, що у вашій школі є ряд шафок, кожна з яких має унікальний номер. Коли ви йдете класти сумку в шафку, ви використовуєте певний номер на шафці. У масиві кожна шафка схожа на коробку, і номер вказує точне місце, де зберігається ваша сумка або дані.
Зв’язаний список – ще один спосіб зберігання елементів. Він відрізняється від масиву тим, що не використовує довгий ряд фіксованих прямокутників. Замість цього він використовує спеціальні ящики, які називаються вузлами. Кожен вузол містить елемент, а також має вказівник, який повідомляє, де знаходиться наступний вузол.
Уявіть, що ви шукаєте скарби. Кожна підказка, яку ви знайдете, говорить вам, де захована наступна підказка. У пов’язаному списку кожен вузол є як одна з цих підказок. Коли ви починаєте з першої підказки, ви слідуєте за вказівником від одного вузла до наступного, поки не знайдете те, що вам потрібно.
Кожен вузол можна розглядати як маленький конверт. На конверті є картка (дані), а також записка (вказівник). Ця записка повідомляє вам, який конверт буде наступним у черзі.
Давайте розглянемо простий спосіб написання того, що таке вузол:
Вузол = {дані, покажчик)
«Дані» у вузлі — це інформація, що зберігається, а «вказівник» схожий на стрілку, яка спрямовує вас до наступного вузла. На відміну від масиву, зв’язаний список не вимагає, щоб усі вузли були поруч один з одним у пам’яті; вони можуть бути де завгодно, доки їх з’єднують покажчики.
Існують різні стилі пов’язаних списків. Ось три поширені види:
Уявіть, що ви йдете за картою скарбів. Кожен крок на карті вказує, де наступний крок. Навіть якщо ви додасте додаткову підказку або видалите її, ви все одно зможете слідувати, прочитавши підказку на кожній картці. Ось як працює пов’язаний список. Кожен вузол (або підказка) з’єднаний з наступним, що дозволяє переходити по списку крок за кроком.
І масиви, і пов’язані списки допомагають нам зберігати елементи, але роблять це різними способами. Ось кілька порівнянь:
Кожна структура даних має свої переваги та свої проблеми. Розуміння цього допоможе вам вибрати найкращий для використання.
Масиви:
Переваги:
Недоліки:
Зв'язані списки:
Переваги:
Недоліки:
Давайте подивимося, як ми можемо використовувати масив простим способом. Припустимо, ви хочете зберегти свої п'ять улюблених кольорів. Ви створюєте масив із п’ятьма ящиками. Потім ви поміщаєте кожен колір у коробку по порядку. Наприклад:
Тепер, якщо ви хочете знати, який колір у вікні 2, ви просто подивіться на це поле, і ви побачите «Зелений». Цей легкий доступ є однією з найкращих частин використання масиву.
Тепер давайте подивимося на пов’язаний список. Подумайте про це як про пошук скарбів, де ви починаєте з підказки, а потім дотримуйтесь інструкцій, щоб знайти наступну. У пов’язаному списку ми починаємо з вузла, який містить деякі дані. Цей вузол має покажчик, який показує, який вузол наступний.
Наприклад, уявіть, що у зв’язаному списку є три вузли, які розповідають цікаву історію:
Ви починаєте з вузла 1 і слідуєте за покажчиком (підказкою) до вузла 2, а потім до вузла 3. Навіть якщо ви хочете додати нову підказку між будь-яким із них, вам потрібно лише змінити кілька покажчиків. Це робить пов’язані списки дуже гнучкими.
Корисно уявити собі ці структури даних. Уявіть масив у вигляді довгого ряду прозорих коробок з написами на полиці. Кожна коробка щось містить і має фіксоване місце. Тепер уявіть пов’язаний список у вигляді рядка карток. Кожна картка має примітку, яка вказує, де захована наступна картка. У масиві ви можете перейти безпосередньо до певного поля за його номером. У пов’язаному списку вам потрібно слідкувати за картками по порядку.
Масиви використовуються в багатьох повсякденних речах. Наприклад, уявіть собі календар. У календарі є фіксована кількість днів у кожному тижні, і ці дні розташовані в ряд. Дивлячись на календар, ви точно знаєте, який день у якому місці.
Зв’язані списки використовуються, коли кількість елементів може змінюватися з часом. Уявіть чергу людей, які чекають біля вантажівки з морозивом. Іноді нові люди приєднуються до черги, а іноді хтось йде. Лінія може збільшуватися або зменшуватися без необхідності створення нової фіксованої структури. Це робить пов’язані списки дуже корисними в ситуаціях, коли речі часто змінюються.
Вибір між масивами та зв’язаними списками залежить від того, що вам потрібно зробити з вашими даними. Якщо ви знаєте, що завжди матимете фіксовану кількість елементів, наприклад днів у тижні, тоді масив дуже підходить. Однак якщо обсяг даних змінюється і вам потрібна структура, яка легко адаптується, пов’язаний список буде кращим вибором.
Наприклад, у комп’ютерній грі масив може використовуватися для зберігання балів для кожного рівня, оскільки кількість рівнів фіксована. З іншого боку, пов’язаний список може використовуватися для керування списком дій або ходів гравця, який може збільшуватися в ході гри.
Коли вам потрібен швидкий доступ до елементів за їхньою позицією, найкращим вибором є масиви. Це тому, що ви можете безпосередньо перейти до будь-якої точки, якщо знаєте її номер. Однак, коли вам потрібно часто додавати або видаляти елементи, зв’язані списки більш корисні, оскільки вони дозволяють змінювати список, не переміщуючи багато елементів.
Подумайте про це так: якщо у вас є альбом наклейок із заданою кількістю сторінок, масив схожий на цей альбом. Але якщо у вас є зростаюча колекція листівок, які ви додаєте на дошку оголошень, пов’язаний список більше схожий на цей, оскільки ви можете легко додати нову листівку між іншими, не змінюючи всю дошку.
Давайте повторимо основні моменти нашого уроку:
Масиви:
Зв'язані списки:
Відмінності та використання:
Таким чином, масиви та зв’язані списки є двома важливими структурами даних, які використовуються для організації даних. Масиви працюють як ряд фіксованих пронумерованих ящиків, тоді як зв’язані списки працюють як пошуки скарбів, де кожен крок підказує вам, куди йти далі. Обидва методи мають свої сильні сторони та використовуються в різних ситуаціях залежно від потреб завдання.
Розуміння цих двох методів зберігання даних дуже корисно. Багато комп’ютерних програм, ігор і програм використовують масиви та пов’язані списки у фоновому режимі. Дізнавшись, як вони працюють, ви отримаєте уявлення про те, як комп’ютери організовують дані та керують ними.
Пам’ятайте: масиви є простими та швидкими, коли структура фіксована, а пов’язані списки пропонують гнучкість, коли дані змінюються. Незалежно від того, чи уявляєте ви ряд шафок чи стежку скарбів підказок, ці концепції допомагають нам зрозуміти, як інформація зберігається та використовується щодня.
Цей урок дав вам чітке уявлення про те, що таке масиви та пов’язані списки. Якщо ви продовжуєте вивчати та вивчати інформатику, ці базові ідеї допоможуть вам зрозуміти складніші теми. Вони є будівельними блоками більш досконалих структур даних і алгоритмів.
Резюме ключових моментів:
Дякуємо, що прочитали цей урок про масиви та зв’язані списки. Сподіваємося, вам сподобалося ознайомитися з цими методами зберігання даних у зрозумілий і простий спосіб. Розростаючись і навчаючись більше, запам’ятайте ці основні структури та те, як вони допомагають комп’ютерам працювати ефективніше.
