3. 자료구조와 배열

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1. 자료구조 (Data Structure)

자료구조란, 데이터 단위와 데이터 자체 사이의 물리적 또는 논리적 관계로 이루어진 데이터 구성을 말한다.

컴퓨터에서 처리해야 하는 많은 데이터들을 효율적으로 관리, 구조화하는데 필요한 개념이다.

 

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2. 학생 성적 분석 알고리즘

학생 5명의 시험 점수를 입력받아 합계, 평균을 구하는 알고리즘을 작성해보자.

사용자에게 입력받은 각 학생의 점수를 score 1, score 2, ~ , score n에 대입하고, 합계와 평균을 수식으로 계산한다.

print("학생 그룹 점수의 합계, 평균을 구하는 알고리즘")

## User Input ##
score1 = int(input("1번 학생 점수: "))
score2 = int(input("2번 학생 점수: "))
score3 = int(input("3번 학생 점수: "))
score4 = int(input("4번 학생 점수: "))
score5 = int(input("5번 학생 점수: "))
## -- ##

total = 0     ## total
total = score1 + score2 + score3 + score4 + score5

## Result ##
print(f"total: {total}")
print(f"Aver: {total / 5}")
## -- ##

위 코드처럼 프로그램을 하드 코딩하는 것은 별로 추천되지 않는 방법이다.

그럼 다음으로, 이 프로그램을 사용하는 고객이 다음과 같은 요구 사항 3가지를 주문했다고 가정해보자.

• 학생 수를 변경하는 경우
• 특정 학생의 시험 점수를 확인하거나 변경하는 경우
• 최저점과 최고점을 구하거나, 정렬 기능을 구현하는 경우

이러한 요구 사항들에 대응하려면 배열을 사용해야 한다.

 

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3. 배열 (Array)

배열은 동일한 타입인 데이터들을 연속적인 순차적 묶음 단위로 메모리에 저장하는 자료구조를 의미한다.

배열은 여러 개의 원소(Element)들의 나열로 구성된다.

각 원소들은 0부터 시작하는 인덱스(Index)를 부여받아 자신의 위치를 표현할 수 있다.

 

3.1) python에서의 배열

python에서 배열을 사용할 때, 다른 언어들과 차별화되는 여러 가지 특징을 지니고 있다.

• 배열 원소로 서로 다른 자료형(int, float 등)을 함께 저장할 수 있다. (권장하지 않음)
• python에서는 배열을 원소로서 다른 배열에 저장할 수 있다. (리스트 안의 리스트)
• python에서는 배열의 원소에 접근할 때, 음의 정수를 인덱스로 사용할 수 있다.

이러한 특징들은 python 내에 존재하는 모든 요소들은 '객체 참조'를 기반으로 동작하기 때문이다.

 

3.2) python에서의 배열 구현 방법

python에서 배열을 구현하는 방법으로는 리스트(list)와 튜플(tuple)이 있다.

리스트 (List)는 원소를 변경할 수 있는 뮤터블(Mutable) 객체이다.

연산자 [ ] 안에 원소를 쉼표( , )로 구분하여 표기해 생성한다.

원소 없이 [ ]만 기입하면 빈 리스트가 생성된다.

내장 함수 list()를 사용하면, 문자열이나 튜플 등 다양한 자료형 객체를 원소로 하는 리스트를 생성할 수 있다.

list01 = []                 ## 공백 리스트
list02 = [1, 2, 3]          ## [1, 2, 3]
list03 = ['A', 'B', 'C']    ## ['A', 'B', 'C']

list04 = list()             ## 공백 리스트
list05 = list('ABC')        ## ['A', 'B', 'C']
list06 = list([1, 2, 3])    ## [1, 2, 3]

range() 함수와 조합하면 특정 범위의 정수로 구성된 리스트를 생성할 수 있다.

None을 사용하면 원소 값을 정하지 않고 크기만 정하여 리스트를 생성할 수 있다.

list09 = list(range(7))        ## [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
list10 = list(range(3, 8))     ## [3, 4, 5, 6, 7]
list11 = list(range(3, 13, 2)) ## [3, 5, 7, 9, 11]

list12 = None * 5              ## [None, None, None, None, None]

아래와 같이 내포 표기를 이용한 리스트 생성도 가능하다.

내포 표기란, 리스트 안에서 for, if 문을 사용해 새로운 리스트를 생성하는 기법이다.

num = [1, 2, 3, 4, 5]
twi = [num * 2 for num in numbers if num % 2 == 1]    ## 리스트 num의 홀수 원솟값을 *2 한 리스트 생성
print(twi)

## Result ##
[2, 6, 10]

튜플(tuple)은 원소를 변경할 수 없는 이뮤터블(Imutable) 객체이다.

tuple( ) 함수를 사용하면 문자열이나 리스트 등 여러 자료형 객체를 원소로 하는 튜플을 생성할 수 있다.

range() 함수와 조합하면 특정 범위의 정수로 구성된 튜플을 생성할 수 있다.

tuple01 = tuple()             ## 공백 튜플 생성
tuple02 = tuple('ABC')        ## ('A', 'B', 'C')
tuple03 = tuple([1, 2, 3])    ## (1, 2, 3)

tuple04 = tuple(range(3))     ## (0, 1, 2)
tuple05 = tuple(range(1, 3))  ## (1, 2)

언팩 (Unpack)은 리스트, 튜플의 원소들을 풀어서 여러 변수에 동시에 대입하는 기능이다.

좌변에 여러 개의 변수를 놓고, 우변에 리스트나 튜플을 놓으면, 우변의 원소를 좌변의 변수들에 1번에 대입해준다.

x = [1, 2, 3]

a, b, c = x

print(a, b, c)


## Result ##
(1, 2, 3)

 

3.3) 배열의 원소에 접근하기

배열의 원소에 접근할 수 있는 방법은 인덱스(Index)와 슬라이스(Slice)로 나눠진다.

인덱스 (Index)는 리스트나 튜플의 원소에 접근할 때 사용한다.

각각의 원소들은 고유한 인덱스 값을 가지며, 이는 정수로 이루어져 있다.

인덱스 식을 사용하면 원하는 원소에 접근할 수 있는데, 인덱스 연산자 [ ] 안에 특정 원소의 정수 인덱스 값을 지정해주면 된다.

x = [1, 2, 3, 4, 5]

print(x[2])
print(x[-3])

x[-4] = 3.14

print(x)
print(x[9])


## Result ##
3
3
[1, 3.14, 3, 4, 5]
ERROR

슬라이스 (Slice)는 리스트 또는 튜플의 일부를 연속해서 또는 일정한 간격으로 꺼내 새로운 리스트나 튜플을 만드는 것이다.

슬라이스 식을 사용해 원소를 꺼낼 수 있다.

s = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

print(s[0:6])
print(s[0:7])
print(s[0:7:2])
print([-4:-2])
print(s[3:1])


## Result ##
[1, 2, 3, 4, 5, 6]
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
[1, 3, 5, 7]
[4, 5]
[]

 

3.4) 배열과 관련된 주요 함수들

len()

len() 함수는 인수로 전달한 배열의 원소 수를 반환한다.

min()

min() 함수는 인수로 전달한 배열이 가진 원소 중 최솟값을 반환한다.

max()

max() 함수는 인수로 전달한 배열이 가진 원소 중에 최댓값을 반환한다.

 

3.5) 빈 배열 판단하기

배열을 참조하는 변수를 조건식에 사용해 원소 유무를 판단할 수 있다.

배열이 비어 있다면 조건식 결과가 False이다.

if (x):
    ## x가 비어 있지 않으면 True
else :
    ## x가 비어 있으면 False

 

3.6) 배열의 대소 또는 등가 관계 판단

비교 연산자를 사용하면 배열의 대소, 등가 관계를 판단할 수 있다.

맨 앞 원소부터 차례로 비교하며, 원소의 값이 같으면 다음 원소 비교로 넘어간다.

배열의 원소 수가 다르면, 원소 수가 많은 배열을 크다고 판단한다.

 

3.7) 리스트와 튜블의 공통점/차이점

 

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