欢迎来到基础数据结构！
在你的计算机科学学习之旅中，你已经使用过变量来存储单一信息，例如姓名或分数。但如果你需要存储 100 个学生的姓名，或者西洋棋比赛中的每一步棋呢？建立 100 个不同的变量简直是场噩梦！这时候，数据结构 (Data Structures) 就能派上用场了。它们让我们能更有效率地组织和存储数据。在本章中，我们将掌握数组 (Arrays) 和列表 (Lists)。
1. 什么是数据结构？
简单来说，数据结构是一种用于组织、处理、检索和存储数据的特殊格式。你可以把它想象成“把衣服随意堆在地板上”与“使用抽屉柜”之间的区别。有了抽屉（数据结构），找到你需要的东西会变得轻松得多！
静态与动态数据结构
这是 Oxford AQA 课程大纲中的重要概念，让我们来拆解一下。数据结构通常分为两大类：
静态数据结构 (Static Data Structures)： 这些结构的大小在程序编译时就已经确定，且在程序执行期间无法改变大小。
- 类比：学校里的一排 10 个储物柜。你无法突然在墙中间插入第 11 个储物柜！
- 优点：访问速度非常快，因为计算机确切知道它们占用了多少内存。
- 缺点：如果你没填满所有位置，可能会浪费空间；如果数据太多，则可能空间不足。
动态数据结构 (Dynamic Data Structures)： 这些结构可以在程序执行期间扩大或缩小。
- 类比：手机里的数字照片相册。只要还有存储空间，你就可以一直增加照片。
- 优点：它们只会使用当下需要的内存空间。
- 缺点：计算机管理起来稍微复杂一些，这可能会让它们比静态结构稍慢一点。
快速回顾：如果你明确知道要存储多少项目，请使用静态结构。如果项目数量会变动，动态结构就是你的好帮手！
2. 数组与列表
在许多编程语言中，数组是静态数据结构的经典例子，而列表通常是动态的。
了解数组
数组 (Array) 是一个在单一标识符（名称）下存储相同数据类型的一组项目。数组中的每个项目都称为元素 (Element)。
要找到特定的元素，我们使用索引 (Index)。关键点：在计算机科学中，我们几乎总是从 0 开始算起，而不是 1！
示例：如果我们有一个名为 Scores 的数组：[10, 25, 30, 45]
- Scores[0] 是 10
- Scores[1] 是 25
- Scores[3] 是 45
Python 如何处理这个问题
你知道吗？ Python 其实不像 C# 或 Java 那样内置“静态数组”。Python 使用的是列表 (lists)，它们是动态的。不过，为了应付考试，你应该知道你可以使用列表来解决需要数组的问题。如果你在 Python 中特别需要数组，则必须导入像 numpy 或 array 这样的模块。
常见错误：尝试访问不存在的索引。如果数组有 5 个项目，最后一个索引是 4。尝试访问索引 5 会导致“索引超出范围 (Index Out of Range)”的错误！
3. 二维 (2D) 数组
别担心，这刚开始看起来可能有点棘手！一维数组就像单排储物柜。二维数组就像一整面墙的储物柜，包含行与列。它本质上是数组的数组。
类比：将二维数组想象成一个“电影院座位表”或“电子表格”。
要在二维数组中找到资料，你需要两个坐标：[行][列] (row/column)。
示例：一个名为 Grid 的二维数组
[ "A", "B", "C" ]
[ "D", "E", "F" ]
[ "G", "H", "I" ]
- 要取得 "A"，我们使用 Grid[0][0]
- 要取得 "F"，我们使用 Grid[1][2]（第 1 行，第 2 列）
- 要取得 "G"，我们使用 Grid[2][0]（第 2 行，第 0 列）
记忆小撇步：请记住 RC（就像 RC 遥控车）——先 Row (行)，后 Column (列)！
4. 使用数组与列表
在考试中，你可能会被要求使用迭代 (Iteration)（循环）来处理这些结构中的数据。
逐步教学：打印一维数组
- 从 0 到数组长度减 1 开始执行循环。
- 在循环内部，使用循环计数器作为索引。
- 打印该索引处的元素。
逐步教学：搜索二维数组
- 使用嵌套循环 (Nested Loop)（即循环中的循环）。
- 外层循环遍历每一行。
- 内层循环遍历该行中的每一列。
- 检查 [行][列] 处的值，看它是否与你要寻找的目标相符。
考试重点总结
- 数据结构是用于组织数据以使其发挥效用的方法。
- 静态结构（如传统数组）具有固定的长度。
- 动态结构（如列表）可以增加或缩小。
- 索引从 0 开始。
- 二维数组使用两个索引：\( array[row][column] \)。
- 在 Python 中，列表是存储这些集合最常见的方式，但为了应对课程大纲，你必须理解数组的理论。
快速复习区：
问：静态数据结构的主要优点是什么？
答：它在内存使用上很有效率且访问速度快，因为其大小和在内存中的位置是固定的。
问：如果一个数组有 10 个元素，最后一个元素的索引是多少？
答：9（因为我们是从 0 开始算的！）。