Массив
Масси́в — это структура данных, представляющая собой упорядоченный набор элементов одного типа, доступ к которым осуществляется по индексу. Массивы являются одной из самых фундаментальных и широко используемых структур данных в программировании и информатике[1]. Они предоставляют эффективный способ хранения и доступа к данным, особенно когда требуется работа с большим количеством однотипных элементов.
Основные характеристики[править]
Массив характеризуется следующими ключевыми свойствами:
- Фиксированный размер. Размер массива определяется при его создании и не может быть изменён в процессе выполнения программы[2].
- Однородность элементов. Все элементы массива имеют один и тот же тип данных[1].
- Упорядоченность. Элементы массива располагаются в памяти последовательно, что позволяет быстро обращаться к ним по индексу[3].
История[править]
В конце XIX века математики активно использовали таблицы и матрицы для решения систем линейных уравнений. Эти таблицы можно рассматривать как предшественников современных массивов. Например, работы Карла Фридриха Гаусса по методу исключения (известному как метод Гаусса) демонстрируют использование упорядоченных наборов данных для вычислений[4].
Первые реализации массивов появились в языках программирования 1950-х годов. Язык FORTRAN, разработанный IBM в 1957 году, стал одним из первых языков, поддерживающих массивы как встроенную структуру данных. В FORTRAN массивы использовались для работы с математическими данными, такими как векторы и матрицы. Это сделало язык особенно популярным среди учёных и инженеров, занимающихся численными расчётами.
Практически одновременно с FORTRAN был разработан язык ALGOL, который также поддерживал массивы. ALGOL стал важным шагом в развитии структур данных, поскольку впервые ввёл понятие динамического выделения памяти для массивов. Это позволило программистам создавать массивы переменного размера, что значительно расширило их функциональность[2].
В 1960-х годах развитие языков программирования привело к появлению более сложных форм массивов. Например, в языке COBOL массивы были реализованы как «таблицы», которые могли содержать данные различных типов. Это позволило использовать массивы для обработки бизнес-данных, таких как списки клиентов или транзакций.
В 1970-х годах массивы стали неотъемлемой частью языков программирования высокого уровня, таких как Pascal и C. В Pascal массивы были строго типизированы, что обеспечивало безопасность данных. В C массивы были реализованы как блоки памяти фиксированного размера, что сделало их более гибкими, но менее безопасными[4].
Типы массивов[править]
Одномерные массивы[править]
Самый простой тип массива — одномерный массив, который можно представить как список элементов. Каждый элемент доступен по уникальному индексу, начиная с нуля или единицы в зависимости от языка программирования[2].
Многомерные массивы[править]
Многомерные массивы, такие как двумерные или трёхмерные, используются для представления более сложных структур данных. Например, двумерный массив может быть использован для представления матрицы[1].
Динамические массивы[править]
Динамические массивы позволяют изменять размер массива во время выполнения программы. Примером является класс `ArrayList` в Java или `std::vector` в C++[5].
Преимущества и недостатки[править]
Преимущества[править]
- Быстрый доступ к элементам. Благодаря последовательному расположению элементов в памяти доступ к элементу по индексу выполняется за константное время [3].
- Простота реализации. Массивы легко реализовать и использовать в большинстве языков программирования[2].
Недостатки[править]
- Фиксированный размер. Размер массива нельзя изменить после его создания, что может привести к неэффективному использованию памяти[1].
- Отсутствие встроенных операций. Массивы не поддерживают такие операции, как вставка или удаление элементов, без дополнительной реализации[5].
Применение массивов[править]
Массивы широко используются в различных областях программирования:
- Научные вычисления. Массивы часто применяются для работы с матрицами и векторами[6].
- Обработка данных. Массивы используются для хранения и обработки больших объёмов данных[7].
- Графика и игры. В компьютерной графике массивы применяются для хранения текстур, вершин и других данных[8].
Реализация массивов в языках программирования[править]
C[править]
В языке C массивы реализованы как блоки памяти фиксированного размера. Индексация начинается с нуля[9].
Python[править]
В Python массивы реализованы через списки (`list`), которые являются динамическими[10].
Java[править]
В Java массивы являются объектами, и их размер фиксирован после создания. Однако существует класс `ArrayList`, который предоставляет динамический функционал[11].
Примечания[править]
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein Introduction to Algorithms. — MIT Press, 2009.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Robert Sedgewick, Kevin Wayne Algorithms. — Addison-Wesley Professional, 2011.
- ↑ 3,0 3,1 Donald E. Knuth The Art of Computer Programming, Volume 1: Fundamental Algorithms. — Addison-Wesley, 1997.
- ↑ 4,0 4,1 Gene H. Golub, Charles F. Van Loan Matrix Computations. — Johns Hopkins University Press, 2013.
- ↑ 5,0 5,1 Scott Meyers Effective STL: 50 Specific Ways to Improve Your Use of the Standard Template Library. — Addison-Wesley Professional, 2001.
- ↑ William H. Press, Saul A. Teukolsky, William T. Vetterling, Brian P. Flannery Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing. — Cambridge University Press, 2007.
- ↑ Michael T. Goodrich, Roberto Tamassia Algorithm Design: Foundations, Analysis, and Internet Examples. — Wiley, 2001.
- ↑ James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. Hughes Computer Graphics: Principles and Practice. — Addison-Wesley Professional, 1995.
- ↑ Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie The C Programming Language. — Prentice Hall, 1988.
- ↑ Mark Lutz Learning Python. — O'Reilly Media, 2013.
- ↑ Joshua Bloch Effective Java. — Addison-Wesley Professional, 2017.
 | Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Массив», расположенная по следующим адресам:
Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Знание.Вики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?». |
|---|