آرایه ها (array) در پایتون

در این مقاله آموزش پایتون ، ما در مورد آرایه‌ها (Arrays) در زبان برنامه‌نویسی Python صحبت می‌کنیم. آرایه ها در تمام زبان‌های برنامه‌نویسی مانند C، C++، جاوا، پایتون، R، جاوا اسکریپت و ... استفاده می‌شوند. با استفاده از یک آرایه، می‌توانیم بیش از یک مقدار داده را ذخیره کنیم. آرایه یک فرآیند تخصیص حافظه است و به عنوان یک تخصیص حافظه پویا انجام می‌شود. ما می‌توانیم یک آرایه مانند [100]x تعریف کنیم که 100 مقدار داده را در x ذخیره می‌کند. این یک ظرف است که می‌تواند تعداد ثابتی از موارد را در خود نگه دارد و این موارد باید از نوع یکسان باشند.

آرایه یک ایده است که موارد متعددی از نوع داده ای های یکسان را با هم ذخیره کردنه و امکان محاسبه مکان هر عنصر را با افزودن یک افست به مقدار پایه آسان‌تر می‌کند. ترکیب آرایه‌ها می‌تواند زمان زیادی را صرفه‌جویی کند و اندازه کل کد را کاهش دهد. از آرایه برای ذخیره چند مقدار در یک متغیر تکی استفاده می‌شود. در مثال زیر لیستی از موارد را داریم که در متغیرهای متناظرشان ذخیره شده‌اند :

car1 = "Lamborghini"  
car2 = "Bugatti"  
car3 = "Koenigsegg"  

اگر می‌خواهید از طریق لیستی از ماشین‌ها (cars) ، یک ماشین خاص را پیدا کنید، می‌توانید از آرایه (Array) استفاده کنید. با استفاده از یک آرایه، می‌توانید بیش از یک مورد را در یک متغیر مشخص ذخیره کنید.

آرایه ها در پایتون می‌توانند توسط یک ماژول به نام "Array" مدیریت شوند. این ماژول زمانی مفید و کارآمد تر است که تنها مقادیر داده‌ای خاصی را ذخیره کنیم. موارد زیر اصطلاحاتی هستند که برای درک مفهوم یک آرایه لازم است:

عناصر : هر موردی که در یک آرایه ذخیره می‌شود، "عنصر" نامیده می‌شود.

اندیس : موقعیت یک عنصر در یک آرایه دارای یک اندیس عددی است که برای شناسایی مکان عنصر استفاده می‌شود. مقدار اندیس در یک آرایه بسیار مهم است.

نمایش آرایه: یک آرایه می‌تواند به روش‌ها و زبان‌های مختلفی تعریف شود. نکات مهمی که باید مد نظر داشته باشید عبارتند از:

1. اندیس از 0 شروع می‌شود.

2. می‌توانیم با استفاده از مقدار اندیس، به راحتی هر عنصر را در داخل این آرایه پیدا کنیم.

3. طول آرایه ظرفیتی را برای ذخیره عناصر تعیین می‌کند. آن به شکلی مانند [100] x نوشته می‌شود که به معنای آن است که طول آرایه x توسط 100 مشخص شده است.

عملیات آرایه: بعضی از عملیات پایه‌ایی که توسط یک آرایه پشتیبانی می‌شود به شرح زیر هستند:

1. ترورس (Traverse) - این عملیات تمام عناصر را یکی یکی چاپ می‌کند.

2. درج (Insertion) - این عملیات یک عنصر را در اندیس داده شده اضافه می‌کند.

3. حذف (Deletion) - این عملیات یک عنصر را در اندیس داده شده حذف می‌کند.

4. جستجو (Search) - این عملیات با استفاده از اندیس یا مقدار داده شده، یک عنصر را جستجو می‌کند.

5. به‌روزرسانی (Update) - این عملیات یک عنصر را در اندیس داده شده به‌روزرسانی می‌کند.

آرایه را می‌توان با وارد کردن ماژول آرایه به برنامه پایتون ایجاد کرد.

from array import *  
arrayName = array(typecode, [initializers])   

دسترسی به عناصر آرایه

ما می‌توانیم با استفاده از اندیس مربوط به هر عنصر، به عناصر آرایه دسترسی پیدا کنیم.

در اینجا مثالی از چگونگی دسترسی به عناصر یک آرایه با استفاده از مقدار اندیس آنها در پایتون ارائه می‌دهیم. کد به شرح زیر است :

import array as arr    
a = arr.array('i', [2, 4, 5, 6])    
print("First element is:", a[0])    
print("Second element is:", a[1])   
print("Third element is:", a[2])  
print("Forth element is:", a[3])  
print("last element is:", a[-1])    
print("Second last element is:", a[-2])    
print("Third last element is:", a[-3])    
print("Forth last element is:", a[-4])    
print(a[0], a[1], a[2], a[3], a[-1],a[-2],a[-3],a[-4])  

First element is: 2
Second element is: 4
Third element is: 5
Forth element is: 6
last element is: 6
Second last element is: 5
Third last element is: 4
Forth last element is: 2
2 4 5 6 6 5 4 2

در مثال بالا، ما یک آرایه وارد کرده، یک متغیر به نام "a" تعریف کرده‌ایم که عناصر آرایه را نگه می‌دارد و عناصر را با دسترسی به عناصر از طریق اندیس‌های آرایه چاپ کرده‌ایم. در اینجا ما می‌توانیم به راحتی با استفاده از اندیس‌های آرایه مانند a[0]، a[1]، a[-1] و غیره به عنصرهای آرایه دسترسی پیدا کنیم.

چگونه عناصر را تغییر دهیم یا اضافه کنیم؟

آرایه‌ها دارای ویژگی تغییرپذیری هستند و می‌توان به همان شکلی که در لیست‌ها انجام می‌شود، عناصر آنها را تغییر داد.

در این مثال، ما می‌توانیم در پایتون هر عنصری را در آرایه تغییر دهیم یا اضافه کنیم یا جایگزین کنیم. کد به شرح زیر است :

import array as arr    
numbers = arr.array('i', [1, 2, 3, 5, 7, 10])    
     
# changing first element 1 by the value 0.  
numbers[0] = 0       
print(numbers)          # Output: array('i', [0, 2, 3, 5, 7, 10])  
  
# changing last element 10 by the value 8.  
numbers[5] = 8      
print(numbers)          # Output: array('i', [0, 2, 3, 5, 7, 10])      
     
# replace the value of 3rd to 5th element by 4, 6 and 8  
numbers[2:5] = arr.array('i', [4, 6, 8])      
print(numbers)          # Output: array('i', [0, 2, 4, 6, 8, 10]

array('i', [0, 2, 3, 5, 7, 10])
array('i', [0, 2, 3, 5, 7, 8])
array('i', [0, 2, 4, 6, 8, 8])

در مثال بالا، ما یک آرایه وارد کرده و یک متغیر به نام "numbers" تعریف کرده‌ایم که مقدار آرایه را نگه می‌دارد. اگر بخواهیم عناصر آرایه را تغییر دهیم یا اضافه کنیم، می‌توانیم این کار را با تعریف اندیس مربوط به آرایه که می‌خواهیم عناصر را تغییر دهیم یا اضافه کنیم، انجام دهیم.

چرا از آرایه‌ها در پایتون استفاده می‌شود؟

ترکیب آرایه‌ها زمان زیادی را صرفه‌جویی می‌کند. آرایه می‌تواند اندازه کل کد را کاهش دهد. با استفاده از آرایه، می‌توانیم به سرعت یک مسئله را در هر زبانی حل کنیم. آرایه برای تخصیص حافظه پویا استفاده می‌شود.

چگونه می‌توان عناصر را از یک آرایه حذف کرد؟

عناصر می‌توانند با استفاده از دستور del در پایتون از یک آرایه حذف شوند. اگر بخواهیم یک مقدار را از آرایه حذف کنیم، می‌توانیم از اندیس‌های عنصر خاصی استفاده کنیم.

import array as arr  
number = arr.array('i', [1, 2, 3, 3, 4])  
del number[2]                           # removing third element  
print(number)                           # Output: array('i', [1, 2, 3, 4])  

array('i', [10, 20, 40, 60])

در مثال بالا، ما یک آرایه وارد کرده و یک متغیر به نام "number" تعریف کرده‌ایم که مقادیر آرایه را نگه می‌دارد. در اینجا با استفاده از دستور del، ما عنصر سوم [3] آرایه داده شده را حذف می‌کنیم. به عبارت دقیق‌تر، ما از اندیس 2 (که به عنوان سومین عنصر در نظر گرفته می‌شود) برای حذف عنصر استفاده کرده‌ایم.

محاسبه طول یک آرایه

طول یک آرایه به عنوان تعداد عناصر موجود در آن تعریف می‌شود. این مقدار یک عدد صحیح است که برابر با تعداد کل عناصر موجود در آن آرایه است.

ساختار دستوری

با استفاده از ساختار دستوری زیر، می‌توانیم به راحتی طول آرایه داده شده را محاسبه کنیم. این ساختار دستوری به شکل زیر است :

len(array_name)  

اتصال (Concatenation) آرایه‌ها

می‌توانیم به راحتی دو آرایه را با استفاده از نماد + به هم اتصال دهیم.

a=arr.array('d',[1.1 , 2.1 ,3.1,2.6,7.8])  
b=arr.array('d',[3.7,8.6])  
c=arr.array('d')  
c=a+b  
print("Array c = ",c)  

Array c= array('d', [1.1, 2.1, 3.1, 2.6, 7.8, 3.7, 8.6])

در مثال بالا، متغیرهایی به نام "a، b، c" را تعریف کرده‌ایم که مقادیر آرایه‌ها را نگه می‌دارند.

import array as arr    
x = arr.array('i', [4, 7, 19, 22])  # Initialize the array elements  
print("First element:", x[0])    
print("Second element:", x[1])    
print("Second last element:", x[-1])    

First element: 4
Second element: 7
Second last element: 22