Data structures

👋 歡迎來到數據組織的世界！

未來的電腦科學家們，你們好！本章節「數據結構 (Data Structures)」非常重要，因為它讓你不再只能一次儲存單個數據。你可以把它想像成一種升級：從把硬幣散亂地放在口袋裡，變成整齊地收納在收銀機中。

在「程式設計」部分，學習如何建構數據讓你能夠編寫出高效處理海量資訊的程式——例如管理全班同學的成績，或儲存數百位客戶的詳細資料。如果一開始覺得有點棘手，別擔心；我們會用簡單的類比來拆解這些概念！

什麼是數據結構？

數據結構（Data Structure）就是一種在電腦中儲存和組織數據的方式，目的是讓數據能被高效地使用和存取。

想想你的廚房：

• 單個變數（例如 Age 年齡）就像單個薯仔。
• 數據結構（例如 陣列 Array）就像一袋薯仔——將多個相關的項目組合在一起。
• 另一種數據結構（例如 記錄 Record）就像食譜卡，能容納不同類型的資訊（名稱：字串、準備時間：整數、評分：實數）。

重點總結： 數據結構幫助我們用一個名稱來管理大量相關的數據，而不必使用數百個分開的變數名稱。

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1. 一維 (1D) 陣列

什麼是一維陣列？

一維陣列是最簡單的結構化列表形式。它是一組數據類型相同的數據項目，按順序一個接一個地排列儲存。

類比：想像一排編了號的信箱。每個信箱裝有一份資訊，我們透過信箱上的編號來找到它。

一維陣列的關鍵概念

• 同質性 (Homogeneous)： 所有項目（稱為元素 Elements）必須是相同的類型（例如：全部是整數，或全部是字串）。
• 索引 (Index 或 Subscript)： 這是用於存取陣列中特定元素的位置編號。根據程式語言的不同，索引通常從 0 或 1 開始。

存取一維陣列中的數據（索引）

假設我們有一個名為 Scores 的陣列，儲存了五位學生的得分。

索引	1	2	3	4	5
數值	15	22	18	30	10

要找到 18 分，我們會查詢 Scores[3]。其中的數字 3 就是索引。

💡 記憶小貼士： 1D 代表你只需要朝一個方向 (One Direction) 就能找到你的數據——你只需要沿著線移動即可。

在一維陣列中的程式應用

陣列非常適合用於：

• 儲存一週內的每日氣溫。
• 記錄球隊所有隊員的姓名。
• 儲存一連串的密碼嘗試記錄。

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2. 二維 (2D) 陣列

什麼是二維陣列？

二維陣列是一種將元素以網格形式組織的陣列，就像表格或試算表一樣。你可以把它想像成將多個一維陣列疊在一起。

類比：這就像電影院的座位表。要找到你的座位，你需要兩個資訊：行數 (Row) 和列數 (Column)。

二維陣列的關鍵概念

要定位二維陣列中的任何元素，你需要兩個索引：

1. 第一個索引通常指行 (Row)。
2. 第二個索引通常指列 (Column)。

這種結構通常被描述為 (Row, Column)。

存取二維陣列中的數據

想像一個名為 Grades 的陣列，儲存了 3 位學生在 4 次不同測試中的成績。

	第 1 列 (測試 A)	第 2 列 (測試 B)	第 3 列 (測試 C)	第 4 列 (測試 D)
第 1 行 (學生 A)	85	70	92	75
第 2 行 (學生 B)	60	95	88	80
第 3 行 (學生 C)	90	80	70	99

如果我們想查詢學生 B 在測試 C 的分數，我們會查看 Grades[2, 3] 的值，也就是 88。

如果一開始覺得困難別擔心！只要記住：第一個數字告訴你要看哪一行，第二個數字告訴你要向右走多遠（哪一列）。

二維陣列的用途

二維陣列對於以下場景至關重要：

• 儲存棋盤遊戲（例如棋盤上的座標）。
• 表示圖像（每個元素代表像素顏色）。
• 儲存多年的每月銷售數據。

常見錯誤： 學生有時會把行和列的索引弄反。請務必確認你的程式是先使用 (行, 列) 還是 (列, 行) 並保持一致！

重點總結： 二維陣列將數據儲存在網格中，需要兩個索引來指定位置。

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3. 記錄 (Records/Structures)

將不同數據類型組合在一起

我們知道陣列必須存放相同類型的數據（全為整數或全為字串）。但如果我們需要儲存一個複雜實體的資訊（例如學生），數據包含文字、數字甚至布林值時該怎麼辦？

這就是記錄 (Record)（有時稱為結構 Structure）發揮作用的地方。

什麼是記錄？

記錄是一組相關項目的集合（稱為欄位 Fields），這些項目可以是不同的數據類型，並被組合在同一個名稱下。

類比：圖書館的書籍目錄卡。它將書名（字串）、作者（字串）和書架編號（整數）組合在一起，儘管它們是不同類型的數據。

定義記錄結構

在建立記錄之前，我們必須先定義它的結構（它包含哪些欄位）。

範例：定義商店庫存中單一項目的結構：

    
DEFINE RECORD ItemDetails
    
  Name : STRING
    
  ItemID : INTEGER
    
  Price : REAL
    
  InStock : BOOLEAN
    
END RECORD

存取記錄中的數據（欄位存取）

一旦定義了結構，我們就可以建立該類型的變數。讓我們使用 ItemDetails 結構建立一個名為 Laptop 的變數。

要存取特定的資訊（欄位），通常使用記錄變數名稱，後跟一個點 (`.`) 和欄位名稱：

• 查詢價格： Laptop.Price
• 檢查是否有存貨： Laptop.InStock

記錄與陣列：主要區別

特性	陣列 (一維或二維)	記錄 (Record)
數據類型	必須是同質的（全部相同類型）。	可以是異質的（混合不同類型）。
存取方式	使用編號索引存取元素 (例如 Array[5])。	使用欄位名稱存取元素 (例如 Record.Name)。

你知道嗎？

在程式設計中，記錄經常用於定義物件或自訂數據類型，使代碼更加清晰。如果你要儲存 100 名學生，你可以建立一個記錄陣列 (Array of Records)！這結合了記錄的結構（處理複雜的學生數據）與陣列的列表功能（存放 100 個學生）。

重點總結： 記錄將不同類型的數據（欄位）組合在一起，用以描述一個複雜的實體。

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章節總結：組織你的代碼

恭喜你！現在你已經了解了程式設計中組織數據的基本架構。

掌握這些結構後，你已經準備好編寫強大的程式來專業地儲存和管理數據了。繼續練習那些索引方法，你很快就會成為專家！