當前快播：“趣味運動會項目”教學思路

說在前面浙教版《選擇性必修一數據和數據結構》第一章是全書的導論，起到了提綱挈領的作用。其中“1.2.3 數據結構的作用”，通過兩個案例來說明對同一問題的解決，可以依據不同數據結構來設計算法，其效率是不一樣的。兩個案例較為典型，且有一定難度，教師應根據學生實際，采用算法分析、代碼講解或過程演示等不同方法授課。教材文本教材處理表1.2.1只顯示了部分學生的信息，雖然對于分析算法來說已經足夠了，但落實到具體的編程則稍顯不夠。為了便于編程，筆者把學生人數增加到6個，并修改班級編號為1-3，如下圖所示。學生任務單閱讀教材中“趣味運動會項目”材料，思考如何存儲和組織如上表格中的數據，并統計每位選手的總分和各班級的總分。（1）回顧數據元素和數據類型的概念，分析如上表格中有幾個數據元素？每個數據元素包含幾個數據項？各數據項的名稱是什么？屬于何種數據類型？（2）能否使用一維數組來存儲某條記錄，分別把該條記錄的各數據項依次作為數組元素？例如stu1= ["陳濤", 1,3,0,2,0,0,0,0]，能把stu1稱之為數組嗎？為什么？（3）若使用一維數組來組織數據，想要把如上表格中的數據都存儲起來，需要幾個一維數組？每個數組分別存儲哪些數據？其元素屬于何種數據類型？編程輸出如下內容：（4）要在第（3）問基礎上編程統計每位選手的總分和各班級的總分，還需要創建幾個一維數組？其數據類型分別是什么？編程計算總分，并輸出如下內容：（5）二維數組有行優先和列優先存儲兩種方式，請分別用這兩種方式組織數據，實現程序功能，并分析與一維數組相比，它有何優缺點？（6）如下程序能夠存儲上述數據，并統計每位選手的總分和各班級的總分（輸出效果如下圖所示）。請仔細閱讀代碼，回答注釋中的提問，并將代碼補充完整。

xm = ["陳濤", "楊瓊", "金凱","吳敏", "朱剛強", "李海濤"]a = [[1,3,0,2,0,0,0,0],[3,0,0,0,0,5,1,0],[2,0,4,5,0,0,0,0],  # a[0][1]、a[1][0]和a[2]的值分別是多少？[1,6,1,0,3,0,0,0],[2,5,0,1,0,7,0,0],[3,0,3,0,5,0,6,0]]  # 這樣存儲數據有什么缺陷？# 輸出比賽得分信息print("姓名","班級","滾鐵圈","打彈子","拍紙板","竹蜻蜓","跳繩","踢毽子",sep="\t")for i in range(0,len(xm)):pass  # 請編寫代碼，輸出如上圖所示的比賽得分信息# 計算個人總分和班級團體總分bjdf = [0] * 4 # 3個班為什么要分配4個元素空間？for i in range(0,len(xm)):for j in range(1, 7):a[i][7] = 填空1   # a[i][7]的值是什么？bjdf[a[i][0]] = 填空2 # a[i][0]的值是什么？bjdf[a[i][0]]的值是什么？print(a[i][7], end=", ")print() # 本條語句的功能是什么？若刪除它有何后果？print(bjdf)

(資料圖片僅供參考)

（7）除了使用一維數組和二維數組組織上述數據，你還能想到其他方法嗎？例如使用字典或DataFrame數據結構。問題解析（1）如上表格中每一行實際內容就是一條記錄（數據元素）；每個數據元素包含8個數據項，各數據項的名稱依次為“姓名”、“班級”、“滾鐵圈”、…、“踢毽子”；除了“姓名”是字符串類型以外，其他數據項都可以用整型數據來表示。說明：一般情況下，“班級”用字符串來表示，在本例中，為編程方便，也可以用整型數據來表示。（2）若stu1= ["陳濤", 1,3,0,2,0,0,0,0]，則不能把stu1稱之為數組。因為數組是一種數據結構，要求其所有元素的數據類型均相同。說明：Python語言使用列表來模擬數組，但列表本身不是數組，它比數組更靈活。（3）因為每條記錄都包含8個數據項，所以需要8個數組分別存儲每一列，每列表示一類數據項。編寫程序如下：

xm = ["陳濤", "楊瓊", "金凱", "吳敏", "朱剛強", "李海濤"]bj = [1, 3, 2, 1, 2, 3]d1 = [3, 0, 0, 6, 5, 0]d2 = [0, 0, 4, 1, 0, 3]d3 = [2, 0, 5, 0, 1, 0]d4 = [0, 0, 0, 3, 0, 5]d5 = [0, 5, 0, 0, 7, 0]d6 = [0, 1, 0, 0, 0, 6]# 輸出比賽信息print("姓名","班級","滾鐵圈","打彈子","拍紙板","竹蜻蜓","跳繩","踢毽子",sep="\t")for i in range(0, len(xm)):print(xm[i],bj[i],d1[i],d2[i],d3[i],d4[i],d5[i],d6[i],sep="\t")

（4）可以創建一維數組tot用來存儲所有學生的總分，其中tot[i]表示編號為i的學生的總分；可以創建一維數組bjdf用來存儲所有學生的總分，其中bjdf[i]表示第i班的總分。它們的數據類型均為整型。編程計算總分，代碼如下：

# 計算個人總分和班級團體總分tot = [0] * 6bjdf = [0] * 4 # 3個班為什么要分配4個元素空間？for i in range(0, len(xm)):tot[i] = d1[i]+d2[i]+d3[i]+d4[i]+d5[i]+d6[i] # tot[i]的值是什么？bjdf[bj[i]] += tot[i] # bj[i]的值是什么？bjdf[bj[i]]的值是什么？# 輸出各選手總得分print("各選手總得分：")print("姓名","總分",sep="\t")for i in range(0, len(xm)):print(xm[i],tot[i],sep="\t")print("各班級總得分：")print("班級","總分",sep="\t")for i in range(1, max(bj)+1):print(i,bjdf[i],sep="\t")

（5）使用二維數組按行優先存儲數據時，因為班級名稱也是用整數表示，可以把它和各項目得分一起存儲到數組中；但姓名是字符串，必須單獨處理。參考代碼如下：

xm = ["陳濤", "楊瓊", "金凱","吳敏", "朱剛強", "李海濤"]a =[[1,3,0,2,0,0,0,0],[3,0,0,0,0,5,1,0],[2,0,4,5,0,0,0,0],[1,6,1,0,3,0,0,0],[2,5,0,1,0,7,0,0],[3,0,3,0,5,0,6,0]]#按行優先存儲

上述代碼中a[i]表示編號為i的學生的班級和各項目得分數據，符合人類的視覺感受，但畢竟班級名稱不是數值，不能參與算術運算，與項目得分還是有本質區別，故把它們放在一起不夠妥當?？梢詫ΧS數組按列優先存儲數據，即把每一列的內容放在一維數組中。參考代碼如下：

xm = ["陳濤", "楊瓊", "金凱","吳敏", "朱剛強", "李海濤"]a = [[1, 3, 2, 1, 2, 3],[3, 0, 0, 6, 5,0],[0, 0, 4, 1, 0, 3],[2, 0, 5, 0, 1, 0],[0,0,0,3,0,5],[0,5,0,0,7,0],[0,1,0,0,0,6],[0]*len(xm)]#按列優先存儲

（6）如題程序是使用按行優先存儲數據的，a[0][1]和a[1][0]的值均為3，但含義不一樣，a[0][1]=3表示陳濤同學的滾鐵圈成績為3分，a[1][0]=3表示楊瓊同學的班級號為3，a[2]的值為[2,0,4,5,0,0,0,0]，存儲了金凱同學的班級號和各項目得分。語句bjdf = [0]* 4為數組bjdf分配了4個元素空間，原因是bjdf以班級號為下標，最大班級號為3。為避免下標越界，需要為數組分配4個元素空間，這樣雖然浪費了bjdf[0]的空間，但是可以直接使用bjdf[i]表示班級i的總分，給編程帶來了方便。a[i][7]表示第i個同學的總得分，例如a[0][7]表示陳濤同學的總得分；a[i][0]表示第i個同學所在班級的編號，例如a[0][0]表示陳濤同學的班級號；bjdf[a[i][0]]表示班級a[i][0]的總分，例如bjdf[a[0][0]]，即bjdf[1]，表示1班的總分。完整代碼如下所示：

xm = ["陳濤", "楊瓊", "金凱","吳敏", "朱剛強", "李海濤"]a =[[1,3,0,2,0,0,0,0],[3,0,0,0,0,5,1,0],[2,0,4,5,0,0,0,0],[1,6,1,0,3,0,0,0],[2,5,0,1,0,7,0,0],[3,0,3,0,5,0,6,0]] # 這樣存儲數據有什么缺陷？# 輸出比賽信息print("姓名","班級","滾鐵圈","打彈子","拍紙板","竹蜻蜓","跳繩","踢毽子",sep="\t")for i in range(0,len(xm)):print(xm[i],end="\t")for j in range(0, 7):print(a[i][j],end="\t")print()# 計算個人總分和班級團體總分bjdf = [0] * 4 # 3個班為什么要分配4個元素空間？for i in range(0,len(xm)):for j in range(1, 7):a[i][7] += a[i][j]   # a[i][7]的值是什么？bjdf[a[i][0]] += a[i][7] # a[i][0]的值是什么？bjdf[a[i][0]]的值是什么？print(a[i][7], end=", ")print()print(bjdf)

（7）可以使用字典來存儲多個一維數組，也可以把字典轉換成DataFrame對象，或者直接讀取Excel文件存儲到DataFrame對象中，從而調用pandas模塊的方法來編程，快速實現程序功能。代碼詳見“Python算法之旅”知識星球?？偨Y:使用多個一維數組存儲數據，需要分別操作各個數組，實現協同工作的效果，對程序員要求較高，編程較為繁瑣，容易出錯。二維數組使用一個變量a，結合行、列下標來組織管理數據，能實現多個一維數組協同工作的效果，集中管理，組織效率更高，編程也更方便。使用字典來統一管理多個一維數組，也可以提高組織效率，增強代碼的可讀性。將字典轉換成DataFrame對象，或直接從Excel文件中讀取數據到DataFrame對象，可以利用現成的模塊方法，大大提高編程效率。

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關鍵詞： 一維數組 數據類型 存儲數據