数组：有序、可变集合

数组是Julia中存储和管理有序项目列表的基本方式。可以将数组视为一系列编号的容器，每个容器都可以容纳一条数据，只要知道容器的编号，就可以访问或更改其内容。因为数组按特定顺序保存项目并允许更改其内容，所以它们对于各种编程任务都非常有用，例如存储学生姓名列表或管理图像中的像素数据。一维数组在Julia中通常称为Vector。

创建数组

在Julia中创建数组有几种方法。最直接的方法是列出您希望在数组中的元素，用逗号分隔，并用方括号[]括起来。

# 整数数组
scores = [90, 85, 92, 78, 95]

# 字符串数组
names = ["Alice", "Bob", "Charlie"]

# 数组也可以保存混合数据类型
mixed_data = [10, "Julia", 3.14, true]

当您创建像上面mixed_data那样包含混合数据类型的数组时，Julia会将其设为Any类型的数组，这意味着它可以保存任何类型的值。虽然这很灵活，但如果您的数组存储相同类型的元素，通常会更高效和清晰。您可以在创建数组时指定其类型：

# 专门用于64位浮点数的数组
temperatures = Float64[23.5, 24.1, 22.8]

# 专门用于整数的数组
quantities = Int[10, 20, 5]

您还可以创建一个空数组，以后可能需要用数据填充它：

# 可以保存任何类型的空数组 (Vector{Any})
empty_list = []

# 旨在保存字符串的空数组
empty_strings = String[]

Julia还提供函数来创建带有初始占位符值的数组：

• zeros(T, n) 创建一个长度为n的数组，填充类型为T的零。如果省略T，则默认为Float64。
• ones(T, n) 创建一个长度为n的数组，填充类型为T的壹。如果省略T，则默认为Float64。
• fill(value, n) 创建一个长度为n的数组，填充value。

initial_zeros = zeros(3)         # [0.0, 0.0, 0.0]
initial_ones_int = ones(Int, 4)  # [1, 1, 1, 1]
default_values = fill("pending", 2) # ["待处理", "待处理"]

理解索引：基于1的索引

要操作数组中的元素，您需要知道它们的位置，即索引。Julia（以及其他一些科学计算语言）的一个重要特点是数组是基于1的索引。这意味着第一个元素位于索引1，第二个元素位于索引2，依此类推。如果您使用过像Python或C++这样使用基于0索引的语言，这可能会有所不同。

考虑我们的scores数组：[90, 85, 92, 78, 95]

• 值90位于索引1。
• 值85位于索引2。
• ...而95位于索引5。

scores数组及其基于1的索引和对应值。

访问元素

您可以通过在数组名称后使用方括号指定索引来检索数组中的元素。

scores = [90, 85, 92, 78, 95]

first_score = scores[1]   # 访问第一个元素：90
third_score = scores[3]   # 访问第三个元素：92

println("第一个分数是：", first_score)
println("第三个分数是：", third_score)

Julia提供了一个方便的关键字end来引用数组的最后一个索引。当您不知道数组的确切长度或想访问靠近末尾的元素时，这很有用。

last_score = scores[end]      # 访问最后一个元素：95
second_to_last = scores[end-1] # 访问倒数第二个元素：78

println("最后一个分数：", last_score)
println("倒数第二个分数：", second_to_last)

如果您尝试访问超出数组有效范围的索引（例如，索引0，或大于数组长度的索引），Julia将抛出BoundsError。

数组切片 您还可以提取数组的一部分，称为切片。切片会创建一个新数组，其中包含指定范围的元素。您可以使用start_index:end_index语法定义切片。

scores = [90, 85, 92, 78, 95, 88, 70]

# 获取从索引2到索引4的元素
middle_scores = scores[2:4]  # 结果：[85, 92, 78]
println("中间分数：", middle_scores)

# 获取从索引3到末尾的元素
scores_from_third = scores[3:end] # 结果：[92, 78, 95, 88, 70]
println("从第三个开始的分数：", scores_from_third)

# 获取前三个元素
first_three = scores[1:3] # 结果：[90, 85, 92]
println("前三个分数：", first_three)

请记住，切片会创建数组该部分的副本，而不是对原始数组的视图（默认情况下）。修改切片不会影响原始数组。

修改数组：可变性的作用

Julia中的数组是可变的，这意味着您可以在创建它们之后更改其内容。您可以更改单个元素、添加新元素或删除现有元素。

更改元素 要更改特定索引处的元素，请为其赋值：

tasks = ["Write report", "Send emails", "Meeting at 3 PM"]
println("原始任务：", tasks)

# 更新第一个任务
tasks[1] = "Finalize report"
println("更新后的任务：", tasks) # Output: ["Finalize report", "Send emails", "Meeting at 3 PM"]

# 更改最后一个任务
tasks[end] = "Team meeting at 3 PM"
println("进一步更新的任务：", tasks) # Output: ["Finalize report", "Send emails", "Team meeting at 3 PM"]

添加元素 Julia提供了几个函数来向数组添加元素。Julia中许多修改其参数 (parameter)的函数名称都以感叹号（!）结尾。这是一个约定，旨在提醒您该函数将直接更改其某个输入。

• push!(array, item): 将item添加到array的末尾。
• append!(array, collection): 将collection中的所有元素添加到array的末尾。

numbers = [10, 20, 30]
println("初始数字：", numbers)

push!(numbers, 40)
println("push!后：", numbers) # Output: [10, 20, 30, 40]

new_items = [50, 60]
append!(numbers, new_items)
println("append!后：", numbers) # Output: [10, 20, 30, 40, 50, 60]

删除元素 同样，也有用于删除元素的函数：

• pop!(array): 从array中删除最后一个元素并返回它。
• popfirst!(array): 从array中删除第一个元素并返回它。
• splice!(array, index_or_range, [replacement_values...]): 删除index_or_range处的元素，并可选地插入replacement_values。如果没有提供替换值，则只删除。

items = ["A", "B", "C", "D", "E"]
println("原始项目：", items)

last_item = pop!(items)
println("删除的最后一个项目：", last_item) # Output: "E"
println("pop!后的项目：", items)    # Output: ["A", "B", "C", "D"]

first_item = popfirst!(items)
println("删除的第一个项目：", first_item) # Output: "A"
println("popfirst!后的项目：", items) # Output: ["B", "C", "D"]

# 删除索引2处的元素 ("C")
removed_middle = splice!(items, 2)
println("删除的中间项目：", removed_middle) # Output: "C" (as a single-element array in some contexts, or just the element)
println("splice!后的项目：", items) # Output: ["B", "D"]

注意：splice! 将删除的元素作为数组返回。

有用的数组函数和属性

Julia提供了许多内置函数来有效地操作数组：

• length(array): 返回数组中的元素数量。

  my_list = [5, 10, 15, 20]
  println("my_list 的长度：", length(my_list)) # Output: 4
  

• isempty(array): 如果数组没有元素，则返回true，否则返回false。

  empty_arr = []
  println("empty_arr 为空吗？", isempty(empty_arr)) # Output: true
  println("my_list 为空吗？", isempty(my_list))   # Output: false
  

• eltype(array): 返回数组旨在保存的元素的类型。

  int_array = [1, 2, 3]
  println("int_array 的元素类型：", eltype(int_array)) # Output: Int64 (or Int32 depending on system)
  
  any_array = [1, "hello", 3.0]
  println("any_array 的元素类型：", eltype(any_array)) # Output: Any
  

• size(array): 返回一个包含数组维度的元组。对于向量 (vector)（一维数组），它是一个1元组 (长度,)。

  vector_example = [10, 20, 30, 40]
  println("vector_example 的大小：", size(vector_example)) # Output: (4,)
  

• in(item, array) 或 item ∈ array: 检查item是否存在于array中。

  fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
  println("'banana' 在 fruits 中吗？", "banana" in fruits) # Output: true
  println("'orange' 在 fruits 中吗？", "orange" ∈ fruits) # Output: false (您可以输入 ∈ 作为 \in TAB)
  

关于数组类型的一个说明

如前所述，Julia数组是有类型的。当您创建[1, 2, 3]时，Julia会将其推断为Vector{Int}（在大多数系统上更具体地说是Vector{Int64}）。如果您创建[1.0, 2.5, 3.1]，它将变为Vector{Float64}。如果您混合类型，如[1, "two", 3.0]，Julia会使用Vector{Any}。

使用特定类型的数组（如Vector{Int}）通常比Vector{Any}具有更好的性能，因为当Julia确切知道数组保存何种数据时，它可以进行更多优化。然而，当您确实需要在同一个集合中存储不同类型的项目时，Vector{Any}提供了灵活性。

数组是Julia中数据操作的根本。它们的有序性和可变性使其适用于许多任务。随着您的学习，您会遇到多维数组（矩阵等）和更高级的数组操作，但这种创建、访问和修改一维数组（向量 (vector)）的基本方式将对您非常有帮助。