进阶编程与应用

数据结构：数组、链表、栈、队列

数据结构就是安排数据的方式，让程序能又快又方便地使用数据。

• 数组：大小固定，数据挨着放，用下标就能直接找到任何一项（a[3]）。在中间插入很慢。
• 链表（动态）：每个结点保存一个值和指向下一个结点的链接。它可以按需要变长或变短，但要找第5项，必须从第1项一路走到第4项。
• 栈：只在一端放入（push）和取出（pop）（LIFO）。用于撤销、后退按钮和检查括号。
• 队列：从队尾加入，从队头取出（FIFO）。用于打印任务和排队。

库里已经有这些工具。在Python中，list可以当栈用（append、pop），collections.deque可以当快速队列用。有现成的库就直接用，不要重新写。

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

使用IDE：编写、运行、测试

IDE（集成开发环境）把编辑器、运行按钮、调试器和各种工具放在同一个地方。它会给代码上色、提示名字，还会在你输入时显示错误。

• 运行程序，看输出结果。
• 测试：用简单的、普通的和刁钻的输入（空列表、零、非常大的数）。
• 调试：设置断点，一行一行地执行，观察变量的变化。

2D和3D可视化与动画

图像能帮我们看出规律。程序可以画图表（柱状图、折线图、散点图）、2D图形和3D场景。动画就是把同一幅画一遍又一遍地重画，每次只改变一点点（每秒大约30到60次）。简单的做法是：用一个变量，比如x，每一帧给它加一点，然后重画。本页的3D也是这样用3D库做出来的。

进阶电子表格函数

电子表格可以用函数完成像编程一样的工作：

• IF(B2>=50,"Pass","Fail")在两个结果中选一个。
• SUMIF(B2:B5,">=50")只把符合条件的单元格相加；COUNTIF则是数一数有几个。
• VLOOKUP(2, A2:B5, 2, FALSE)在第一列里找2，然后返回同一行第2列的值。XLOOKUP做同样的事，但更容易用。
• 数据透视表可以把大量数据按组汇总，图表则把结果画出来。

关系数据库与SQL

关系数据库把数据放在由行和列组成的表里。每张表都有一个主键，这一列的值各不相同（比如id）。另一张表把这个值当作外键，用来连回这张表。好的设计让每个事实只存一次，这样就没有重复的数据。

SQL是用来提问和修改数据的语言：

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;

完整性是指数据始终正确：键是唯一的，外键必须对应一个真实存在的行，值的类型也必须正确。安全是指给用户设置密码，只给每个用户需要的权限，做好备份，而且绝不能把用户输入的文字直接拼进查询语句（要用参数），这样才能防止SQL注入。

为开放资源做贡献

很多工具和库是开源的：任何人都可以在许可证的规定下阅读、使用和改进它们。你可以修复一个错误、改进一份指南、翻译一个页面或者添加一个例子来帮忙。一定要先读许可证，注明来源，提出修改建议时要把话写得清楚而有礼貌。

试一试

在3D的第5步里，往栈里放入3个数据，再把它们取出来，写下顺序。队列也这样做一遍。然后先预测，再检查：加入4、9、2，再取出一个以后，队列的队头和栈的栈顶分别是哪个值？

重点公式和概念

• 栈 = LIFO（后进先出）：push、pop。
• 队列 = FIFO（先进先出）：enqueue、dequeue。
• 数组：大小固定，用下标访问。链表：大小可变，顺着链接查找。
• SELECT columns FROM table WHERE condition
• 主键 = 唯一的id。外键 = 指向另一张表的链接。

例题讲解

常见错误

• 事先不知道大小，却用了数组。用列表或链表更好。
• 把栈和队列搞混。栈取走最新的；队列取走最旧的。
• 在UPDATE或DELETE里忘了写WHERE，结果每一行都被改了。
• 把用户输入的文字拼接进SQL字符串。应该改用参数。