數據結構導論
你好！歡迎來到電腦科學學習旅程中最重要的章節之一。到目前為止，你可能已經使用過變量（Variables）來儲存單一的資訊，例如分數或姓名。但如果需要追蹤 100 個高分紀錄，或是儲存一輛車的複雜詳細資料時，該怎麼辦呢？
這就是數據結構（Data Structures）登場的時候了！你可以將數據結構想像成一種組織和儲存數據的方式，讓我們能高效地找到並使用它。這就像是把衣服隨手扔在地板上，與整齊地把它們放入抽屜整理的區別。在本節中，我們將探討陣列（Arrays）和記錄（Records）。
1. 什麼是數據結構？
簡單來說，數據結構是一種用於組織、處理、檢索和儲存數據的專門格式。
比喻：想像你是個圖書管理員。如果你把每一本書都隨意丟在房間中央堆成一座山，你需要花幾個小時才能找到特定的一本書。然而，如果你使用書架（數據結構），並按類型或作者進行分類，你就能在幾秒鐘內找到所需的書籍！
快速重溫：
• 變量儲存單個數據。
• 數據結構以有組織的方式儲存多個數據。
2. 一維 (1D) 陣列
一維陣列就像學校走廊裡的一排置物櫃。每個置物櫃都有一個號碼，裡面可以放一樣物品。在程式設計中，陣列中的所有項目通常必須是相同的數據類型（例如，全部為整數或全部為字串）。
如何在陣列中尋找內容（索引 Indexing）
要從陣列中取出一個項目，我們使用它的索引（Index）。
關鍵規則：在大多數程式語言（以及 AQA 虛擬碼）中，我們從 0 開始計數，而不是 1！這是非常常見的錯誤，請務必多加留意。
範例：如果我們有一個名為 Names 的陣列：
索引 0："Alice"
索引 1："Bob"
索引 2："Charlie"
若要存取 "Alice"，你會寫成 Names[0]。
你知道嗎？
從 0 開始計數稱為零基索引（Zero-based indexing）。電腦科學家這樣做是因為它能讓處理器在背後的數學運算變得更快！
重點總結：一維陣列是一個相關數據項的列表，它們類型相同，並透過從 0 開始的單一索引編號進行存取。
3. 二維 (2D) 陣列
如果一維陣列是一排置物櫃，那麼二維陣列就像整面牆的置物櫃，有行也有列。你也可以把它想像成一個棋盤或一個電子表格。
在二維陣列中尋找數據
要在二維陣列中找到特定的數據，你需要兩個索引編號：一個用於行（Row），一個用於列（Column）。我們通常將其寫為 array[row][column] 或 array[row, column]。
比喻：想像一下電影院的座位表。要找到你的座位，你要先看行數（例如：第 5 行），然後看座位號碼（例如：12 號）。
記憶小撇步：記住 "RC"（就像遙控車 Remote Control Car）——先 Row（行），再 Column（列）！
快速重溫：
• 一維陣列 = 簡單的列表。
• 二維陣列 = 帶有行和列的表格或網格。
4. 記錄 (Records)
如果覺得陣列限制太多（因為它們只能儲存同一類數據），不用擔心！這正是記錄（Records）派上用場的時候！
記錄是一種可以儲存一組相關項目的數據結構，其中每個項目都可以是不同的數據類型。我們稱記錄中的每個個別項目為欄位（Field）。
現實生活範例：想像你正在編寫一個追蹤車庫中汽車的程式。對於每輛車，你想儲存它的品牌（字串）、價格（實數）和車門數量（整數）。陣列很難做到這一點，但記錄可以！
課程範例：汽車記錄
以下是記錄如何在虛擬碼中定義：
RECORD Car
make : String
model : String
reg : String
price : Real
noOfDoors : Integer
ENDRECORD
重點總結：針對相同事務的列表，請使用陣列；針對關於單一事物且包含不同細節的集合，請使用記錄。
5. 為什麼要使用數據結構？
你可能會想：「為什麼我不能只用 20 個不同的變量？」嗯，使用數據結構會讓你的程式碼更「乾淨」且易於管理。
• 效率：你可以使用迭代（Loops），只需三行程式碼就能遍歷包含 1,000 個項目的陣列。
• 組織性：它將相關數據放在一起，讓程式更容易被人閱讀和理解。
• 減少錯誤：當數據以結構化方式儲存時，更不容易丟失數據軌跡。
要避免的常見錯誤
• 從 1 開始計數：請務必記住，陣列中的第一個項目位於索引 \( 0 \)。
• 超出範圍（Out of Bounds）：如果你的陣列有 5 個項目，最後一個索引是 4。如果你嘗試存取索引 5，程式將會崩潰！這被稱為「索引超出範圍」錯誤。
• 在陣列中混用類型：記住陣列中的所有項目必須是相同的類型（例如：全部為整數）。如果你需要不同的類型，請使用記錄。
總結：核心概念
• 數據結構能組織數據，使程式更有效率。
• 一維陣列就像列表；它們使用一個從 0 開始的索引。
• 二維陣列就像表格；它們使用兩個索引（行和列）。
• 記錄用於透過欄位儲存關於單一物件的不同類型數據。
如果剛開始覺得這些內容有點複雜，別擔心！只要多練習編寫使用陣列的小程式，你就會越來越上手。你做得到的！