数据结构【1】：数组专题

一、定义

数组是编程中一种强大的数据结构，它允许您存储和操作相同类型元素的集合。在 Python 中，数组是通过数组模块创建的，该模块提供了一个简单的接口来创建、操作和处理数组。

二、创建数组

在 Python 中，可以使用内置的 array 模块或第三方的 NumPy 库来创建和处理数组。

1. array 模块提供了一种创建和处理数组的简单方式，可以创建固定长度的数组，并指定数据类型。
2. 在 array 模块中，可以选择不同的数据类型代码来表示不同的数据类型，

• ‘i’ – 表示有符号整数；
• ‘f’ – 表示浮点数；
• ‘d’ – 表示双精度浮点数；
• ‘u’ – 表示无符号整数等。

import array

# 创建数组，指定数据类型为整数
# 在创建数组时，需要指定数据类型，数据类型指定为 'i'，表示整数类型
a = array.array('i', [1, 2, 3, 4, 5])

# 访问数组元素
print(a[0])

# 遍历数组
for i in a:
    print(i)

# 修改数组元素
a[0] = 10

# 输出数组元素
print(a)

2. 使用Numpy库创建数组
   NumPy 库提供了更多高级的数组操作和算法，可以创建多维数组，并提供了向量化运算等功能，是科学计算和数据分析领域经常使用的工具。

import numpy as np

# 创建 1 维数组
a = np.array([1, 2, 3])

# 打印数组和数据类型
print(a)
print(a.dtype)

# 创建 2 维数组
b = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

# 打印数组
print(b)

# 创建全 0 或全 1 的数组
c = np.zeros((2, 3))  # 2x3 的全 0 数组
d = np.ones((2, 3))   # 2x3 的全 1 数组

# 打印数组
print(c)
print(d)

三、访问数组元素

创建数组后，我们可以使用数组索引访问数组元素。数组索引从0开始，因此数组中第一个元素的索引为0，第二个元素的索引为1，以此类推。

import array as arr

# 创建一个整数数组
my_array = arr.array('i', [1, 2, 3, 4, 5])

# 访问数组的第一个元素
print(my_array[0])
# 输出: 1

# 访问数组的第二个元素
print(my_array[1])
# 输出: 2

# 访问数组的最后一个元素
print(my_array[-1])
# 输出: 5

四、数组切片

我们还可以使用切分法访问数组中的一系列元素。分片允许我们创建一个新数组，其中包含原始数组中元素的子集。

import array as arr

# 创建一个整数数组
my_array = arr.array('i', [1, 2, 3, 4, 5])

# 对数组进行切分，得到前三个元素
print(my_array[0:3])
# 输出: array('i', [1, 2, 3])

# 对数组进行切分，得到最后三个元素
print(my_array[-3:])
# 输出: array('i', [3, 4, 5])

五、数组操作

Python 中的数组是可变的，这意味着我们可以在数组创建后修改其元素。我们可以添加或删除元素，改变元素的值，甚至改变数组中元素的类型。

1、添加元素

要向数组中添加元素，我们可以使用append()方法。该方法将元素添加到数组的末尾。【添加的必须是同一类型的元素】

import array as arr

# 创建一个整数数组
my_array = arr.array('i', [1, 2, 3, 4, 5])

# 为数组添加新元素

# 使用 append() 方法在数组末尾添加一个元素。
my_array.append(6)
print(my_array)
# 输出: array('i', [1, 2, 3, 4, 5, 6])

# 使用 insert() 方法在指定索引位置插入一个元素
my_array.insert(2, 10)
print(my_array)
# 输出：array('i', [4, 5, 10])

# 使用 extend() 方法将一个列表添加到数组末尾

2、删除元素

要从数组中删除一个元素，我们可以使用remove()方法。该方法从数组中删除第一个出现的指定元素。

import array as arr

# 创建一个整数数组
my_array = arr.array('i', [1, 2, 3, 4, 5])

# 从数组中删除一个元素

# 使用 remove() 方法删除第一个匹配的元素
my_array.remove(3)
print(my_array)
# 输出: array('i', [1, 2, 4, 5])

# 使用 pop() 方法删除指定索引位置的元素，并返回该元素
my_array.pop(0)
print(my_array)
# 输出：array('i', [2, 4, 5])

# 使用 del 关键字删除指定索引位置或切片范围内的元素
del my_array[0]
print(my_array)
# 输出：array('i', [4, 5])

3、改变元素

要改变数组中一个元素的值，我们可以简单地为指定索引处的元素赋一个新值。和数组元素类型是同一类型。

import array as arr

# 创建一个整数数组
my_array = arr.array('i', [1, 2, 3, 4, 5])

# 改变数组中一个元素的值
my_array[0] = 10

# 打印更新后的数组
print(my_array)
# 输出: array('i', [10, 2, 3, 4, 5])

参考一，参考二