Введение
Практически в каждом программном проекте возникает необходимость обработки большого числа единообразно организованных данных. В таких случаях подобные данные удобно обрабатывать как единое целое, для чего он представляется в виде массива - именованной последовательности данных одного типа. Массив - это набор элементов одного типа, доступ к которым осуществляется по номеру.
С понятием «массив» приходится сталкиваться при решении научно-технических и экономических задач обработки совокупностей большого количества значений. Массивы упрощают процесс управления данными, когда используется несколько десятков или более элементов данных одного типа, и они дают прекрасное введение в методики работы с базами данных. Массивы полезны тем, что они помогают обрабатывать большие объемы данных такими способами, которые оказались бы нереализуемыми при использовании традиционных переменных.
Любой, кто использует историю изменения цен, так или иначе имеет дело с техническим анализом. Частью технического анализа является обработка массивов. Программная обработка ценового ряда используется для контроля за его изменениями.
Глава 1. Теоретические основы работы с массивами
Использование компьютерных и информационных технологий
Развитие современного общества предполагает широкое использование компьютерных и информационных технологий, на основе которых создаются разнообразные информационные системы. Обычно получаемая в них информация анализируется человеком, который будет играть определяющую роль. Такие информационные системы являются автоматизированными, так как в их функционировании принимает участие человек.
Компьютерные программы получают результаты, обрабатывая данные. Легкость, с которой выполняется этот процесс, зависит от того, насколько точно типы данных соответствуют реальной задаче. Следовательно, очень важно, чтобы в языке была предусмотрена поддержка соответствующего разнообразия типов и структур данных.
Двумя самыми распространенными структурными (нескалярными) типами данных являются массивы и записи. Они, а также несколько других типов данных, задаются операторами типов, или конструкторами, используемыми для создания переменных данного типа. В качестве примера операторов типа можно назвать существующие в языке С круглые и квадратные скобки, а также звездочки, используемые для задания массивов, функций и указателей.
В данной главе предпринимается попытка проанализировать, что собой представляет массив, какие операции предусмотрены с переменными данного типа и как они задаются в программировании.
С понятием «массив» приходится сталкиваться при решении научно-технических и экономических задач обработки совокупностей большого количества значений.
Понятие и элементы массива
Для того чтобы разобраться с тем, что представляет собой программная обработка массива необходимо определить его понятие и основные элементы.
Массив — упорядоченный набор данных, для хранения данных одного типа, идентифицируемых с помощью одного или нескольких индексов. В простейшем случае массив имеет постоянную длину и хранит единицы данных одного и того же типа.
Количество используемых индексов массива может быть различным. Массивы с одним индексом называют одномерными, с двумя — двумерными и т. д. Одномерный массив нестрого соответствует вектору в математике, двумерный — матрице. Чаще всего применяются массивы с одним или двумя индексами, реже — с тремя, ещё большее количество индексов встречается крайне редко.
Таким образом, если объекты одного типа обозначить именем, например "A", то элементы объекта будут A[1], A[2] и т. д.
В квадратных скобках указан номер элемента. Порядковый номер элемента массива, обычно не несет никакой информации о значении элемента, а показывает расположение элемента среди других. К элементам массива можно обращаться только по их номеру (индексу).
Значения элементам массива присваиваются также как и другим переменным с учетом типа массива. Если элементы массива имеют один индекс, то массив называется одномерным или линейным, либо массив - вектор. Значения элементов одномерного массива обычно выводят на экран или бумагу в виде столбца или строки.
Массив позволяет сохранять и манипулировать многими элементами данных посредством единственной переменной. Кроме уменьшения общего числа различных имен переменных, которые необходимо отслеживать, другим основным преимуществом использования массивов является то, что можно использовать циклы для легкой обработки различных элементов массивов. Объединяя массивы и структуры цикла (обычно For...Next или For...Each), можно записать небольшое число операторов, которые обрабатывают большой объем данных. Выполнения тех же задач с использованием отдельных переменных может потребовать написания сотен операторов.
Массивы бывают статические и динамические. Статическими называют массивы, количество элементов которых заранее известно и не изменяется в ходе выполнения программы. Динамическим называется массив, размер которого может меняться во время исполнения программы. Для изменения размера динамического массива язык программирования, поддерживающий такие массивы, должен предоставлять встроенную функцию или оператор. Динамические массивы дают возможность более гибкой работы с данными, так как позволяют не прогнозировать хранимые объёмы данных, а регулировать размер массива в соответствии с реально необходимыми объёмами.Обычные, не динамические массивы называют ещё статическими.
Сортировка - один из наиболее распространённых процессов современной обработки данных. Сортировкой называется распределение элементов массива в соответствии с определёнными правилами. Например, сортировка массива по возрастанию или убыванию его элементов. Обменная сортировка (метод "пузырька"). Алгоритм начинается со сравнения 1-го и 2-го элементов массива.
Если 2-й элемент меньше 1-го, то они меняются местами. Этот процесс повторяется для каждой пары соседних элементов массива, пока все N элементов не будут обработаны. За один «проход» массива самый большой элемент встанет на старшее (N-е) место. Далее алгоритм повторяется, причем например «проходе» первые (N-p) элементов сравниваются со своими правыми соседями. Если на очередном «проходе» перестановок не было, то алгоритм свою работу закончил. Таким образом, самые «легкие» элементы в процессе исполнения алгоритма постепенно «всплывают».
Сортировка вставками. Вначале упорядочиваются два первых элемента массива. Они образуют начальное упорядоченное множество S. Далее на каждом шаге берется следующий по порядку элемент и вставляется в уже упорядоченное множество S так, чтобы слева от него все элементы были не больше, а справа не меньше обрабатываемого. Место для вставки текущего элемента в упорядоченное множество S ищется методом деления пополам. Алгоритм сортировки заканчивает свою работу, когда элемент, стоящий на N-м месте, будет обработан. (Именно таким образом игроки в бридж обычно упорядочивают свои карты).
Сортировка выбором. Находится наибольший элемент в массиве из N элементов (пусть он имеет номер р) и меняется местами с элементом, стоящим на N-м месте, при условии, что N<>p. Из оставшихся (N-1) элементов снова выделяется наибольший и меняется местами с элементом, стоящим на (N-1)-м месте и т. д. Алгоритм заканчивает свою работу, когда элементы, стоящие на 1-м и 2-м местах в массиве, будут упорядочены (для этого понадобится N-1 «проход» алгоритма). Аналогично данный алгоритм можно применять и к наименьшим элементам.
Для работы с массивом как единым целым используется идентификатор массива без указания индекса в квадратных скобках. Массив может участвовать только в операциях отношения «равно», «не равно» и в операторе присваивания. Массивы, участвующие в этих действиях, должны быть идентичны по структуре, т. е. иметь одинаковые типы индексов и одинаковые типы компонентов. Например, если массивы А и В описаны как var А, В: array[1..20] of real; то применение к ним допустимых операций даст следующий результат: выражение результат А=ВTrue, если значение каждого элемента массива А равно соответствующему значению элемента массива ВА<>ВTrue, если хотя бы одно значение элемента массива А не равно значению соответствующего элемента массива ВА:=В все значения элементов массива В присваиваются соответствующим элементам массива А. Значения элементов массива В остаются неизменны.
После объявления массива каждый его элемент можно обработать, указав идентификатор (имя) массива и индекс элемента в квадратных скобках. Например, запись Mas[2], VectorZ[10] позволяет обратиться ко второму элементу массива Mas и десятому элементу массива VectorZ.
При работе с двумерным массивом указываются два индекса, с n-мерным массивом - n индексов. Например, запись MatrU[4,4] делает доступным для обработки значение элемента, находящегося в четвертой строке четвертого столбца массива MatrU. Индексированные элементы массива называются индексированными переменными и могут быть использованы так же, как и простые переменные.