Продвинутое программирование и его применение

Структуры данных: массив, связный список, стек, очередь

Структура данных — это способ расположить данные так, чтобы программа могла быстро и удобно с ними работать.

• Массив: фиксированный размер, элементы лежат рядом, к любому можно попасть по индексу (a[3]). Вставка в середину медленная.
• Связный список (динамический): каждый узел хранит значение и ссылку на следующий узел. Он растёт и уменьшается по мере надобности, но чтобы добраться до элемента 5, нужно пройти элементы с 1 по 4.
• Стек: push и pop только с одного конца (LIFO). Применяется для отмены действий, кнопки «Назад» и проверки скобок.
• Очередь: добавляем в конец, убираем из начала (FIFO). Применяется для заданий печати и очередей ожидания.

В библиотеках эти инструменты уже есть. В Python обычный list работает как стек (append, pop), а collections.deque — как быстрая очередь. Если готовое средство есть, пользуйся им и не пиши заново.

stack = []
stack.append(5); stack.append(8)
stack.pop()      # gives 8
from collections import deque
q = deque([4, 9]); q.append(2)
q.popleft()      # gives 4

Работа в IDE: писать, запускать, проверять

IDE (integrated development environment, интегрированная среда разработки) собирает в одном месте редактор, кнопку запуска, отладчик и другие инструменты. Она подсвечивает код цветом, подсказывает имена и показывает ошибки прямо во время набора.

• Запусти программу и прочитай результат.
• Проверь её на простых, обычных и подвохных данных (пустой список, ноль, очень большое число).
• Отлаживай: поставь точку останова (breakpoint) и иди по строкам, следя за значениями переменных.

2D- и 3D-визуализация и анимация

Картинки помогают увидеть закономерности. Программы умеют рисовать графики (столбчатые, линейные, точечные), двумерные рисунки и трёхмерные сцены. Анимация — это одна и та же картинка, нарисованная снова и снова с небольшим изменением (примерно 30–60 раз в секунду). Простой способ: заведи переменную, например x, на каждом кадре немного увеличивай её и перерисовывай. 3D на этой странице сделан так же, с помощью 3D-библиотеки.

Продвинутые функции электронных таблиц

Электронные таблицы с помощью функций могут делать работу, похожую на программирование:

• IF(B2>=50,"Pass","Fail") выбирает один из двух результатов.
• SUMIF(B2:B5,">=50") складывает только те ячейки, которые подходят под правило; COUNTIF их считает.
• VLOOKUP(2, A2:B5, 2, FALSE) ищет 2 в первом столбце и возвращает значение из столбца 2 той же строки (в русской версии это ВПР). XLOOKUP делает то же самое проще.
• Сводные таблицы подводят итоги по большим данным в разрезе групп, а диаграммы показывают результат.

Реляционные базы данных и SQL

Реляционная база данных хранит данные в таблицах из строк и столбцов. У каждой таблицы есть первичный ключ — столбец с неповторяющимися значениями (id). Другая таблица использует это значение как внешний ключ, чтобы сослаться на первую. Хороший проект хранит каждый факт один раз, без повторов.

SQL — это язык, на котором мы задаём вопросы и меняем данные:

SELECT name, score FROM students
JOIN marks ON students.id = marks.id
WHERE score >= 50 ORDER BY score DESC;

INSERT INTO marks (id, score) VALUES (5, 67);
UPDATE marks SET score = 55 WHERE id = 2;
DELETE FROM marks WHERE id = 5;

Целостность значит, что данные остаются верными: ключи уникальны, внешний ключ обязан указывать на настоящую строку, а значения имеют правильный тип. Безопасность — это пароли для пользователей, выдача каждому только нужных прав, резервные копии и правило никогда не собирать SQL-запрос склеиванием текста пользователя (используй параметры): так защищаются от SQL-инъекции.

Вклад в открытые ресурсы

Многие инструменты и библиотеки — с открытым исходным кодом (open source): любой может читать, использовать и улучшать их по лицензии. Помочь можно так: исправить ошибку, улучшить инструкцию, перевести страницу или добавить пример. Всегда читай лицензию, указывай авторов и пиши понятные, вежливые сообщения, когда предлагаешь изменение.

Попробуй сам

В 3D на шаге 5 положи в стек 3 элемента, потом достань их. Запиши порядок. Сделай то же самое с очередью. Потом сначала предскажи, а потом проверь: после добавления 4, 9, 2 и удаления одного элемента, какое значение осталось в начале очереди и на вершине стека?

Главные формулы и определения

• Стек = LIFO (последним вошёл, первым вышел): push, pop.
• Очередь = FIFO (первым вошёл, первым вышел): enqueue, dequeue.
• Массив: фиксированный размер, доступ по индексу. Связный список: размер меняется, идём по ссылкам.
• SELECT columns FROM table WHERE condition
• Первичный ключ = уникальный id. Внешний ключ = ссылка на другую таблицу.

Разобранные примеры

Частые ошибки

• Брать массив, когда заранее не известно, сколько будет элементов. Лучше список или связный список.
• Путать стек и очередь. Стек убирает самый новый элемент, очередь — самый старый.
• Забыть WHERE в UPDATE или DELETE: тогда изменятся все строки.
• Собирать SQL склеиванием текста пользователя в строку. Используй параметры.