Khởi động

Em đã biết thiết lập cấu trúc dữ liệu đóng vai trò quan trọng khi giải quyết trong các bài toán thực tế trên máy tính. Trong các bài toán thực tế sau em sẽ thiết lập cấu trúc dữ liệu như thế nào?

- Lập danh sách họ tên các bạn học sinh lớp em để có thể tìm kiếm, sắp xếp và thực hiện các bài toán quản lí khác.

- Giả sử lớp em cần khảo sát ý kiến theo một yêu cầu của ban giám hiệu. Mỗi học sinh cần có đánh giá theo 4 mức, kí hiệu lần lượt là Đồng ý (2); không phản đối (1); không ý kiến (0); phản đối (-1). Em sẽ tổ chức dữ liệu khảo sát như thế nào để có thể dễ dàng cập nhật và tính toán theo dữ liệu khảo sát.

- Em được giao nhiệm vụ thiết lập và lưu trữ một danh sách các địa điểm là nơi các bạn trong lớp sẽ thường xuyên đến để tham quan và trải nghiệm thực tế. Mỗi địa điểm như vậy cần nhiều thông tin, nhưng thông tin quan trọng nhất là toạ độ (x. y) của thông tin đó trên bản đồ. Em sẽ dụng cấu trúc dữ liệu gì để mô tả danh sách các địa điểm này?

Bài làm

- Ta có thể đặt tên các phần tử của danh sách học sinh là họ tên của các học sinh. Ví dụ: nếu lớp có 30 học sinh, chúng ta có thể tạo một danh sáchvới 30 phần tử và lưu trữ họ tên của các học sinh tại các chỉ số tương ứng của danh sách. Ví dụ: tên học sinh thứ nhất được lưu trữ tại vị trí danh sách thứ 0, tên học sinh thứ hai được lưu trữ tại vị trí danh sách thứ 1, và cứ như vậy.

- Để tổ chức dữ liệu khảo sát, chúng ta có thể sử dụng một cấu trúc dữ liệu gọi là "bảng điểm" (scoreboard) hoặc "bảng đánh giá" (rating table). Cấu trúc này có thể được triển khai dưới dạng một mảng.

- Em sẽ dụng cấu trúc dữ liệu 2 chiều để mô tả danh sách các địa điểm này

1. Cấu trúc dữ liệu mảng một chiều

Hoạt động 1. Thực hiện các thao tác sau, quan sát, trao đổi và thảo luận, từ đó nhận biết về cấu trúc dữ liệu mảng một chiều trong Python.

Bài làm

Cấu trúc dữ liệu mảng một chiều trong Python có thể biểu diễn bằng kiểu dữ liệu canh sách (list) với chức năng truy cập dễ dàng từng phần tử theo chỉ số, truy cập theo vùng chỉ số. Toán tử in và lệnh for .. in sẽ hỗ trợ duyệt từng phần tử của mảng.

Câu hỏi 1. Sử dụng hàm sum() tính tổng các số của một dãy. Hãy viết câu lệnh tính giá trị trung bình của dãy số A cho trước.

Bài làm

tb = sum(A) / len(A)

print(tb)

Câu hỏi 2. Có thể duyệt các phần tử của mảng theo chiều ngược lại, từ cuối về đầu, được không?

Bài làm

Ta có thể duyệt các phần tử của mảng theo chiều ngược lại từ cuối về đầu bằng cách sử dụng index âm trong Python. Cụ thể, các phần tử của mảng có thể được truy cập bằng cách sử dụng index âm bắt đầu từ -1 đến -n, trong đó n là số phần tử của mảng.

Ví dụ, giả sử ta có một mảng như sau:

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

Để duyệt các phần tử của mảng theo chiều ngược lại từ cuối về đầu, ta có thể sử dụng vòng lặp for như sau:

for i in range(len(arr)-1, -1, -1):

print(arr[i])

Ở đây, ta sử dụng hàm range() để tạo ra một chuỗi các index từ len(arr)-1 (index của phần tử cuối cùng của mảng) đến 0 (index của phần tử đầu tiên của mảng) với bước lùi -1. Trong mỗi lần lặp, ta sử dụng index để truy cập phần tử tương ứng trong mảng và thực hiện các thao tác xử lý mong muốn.

5 4 3 2 1

2. Cấu trúc dữ liệu mảng hai chiều

Hoạt động. Thực hiện các lệnh sau, sau sát, trao đổi và thảo luận, từ đó nhận biết về mô hình danh sách trong Python.

Bài làm

Python hỗ trợ mô hình dữ liệu danh sách trong danh sách, tức là mỗi phần tử của danh sách là một đối tượng dạng danh sách khác.

Câu hỏi 1. Thiết lập mảng bao gồm dữ liệu là toạ độ các điểm trên mặt phẳng, mỗi điểm P được cho bởi hai toạ độ (px, py).

Bài làm

Ta có thể sử dụng kiểu dữ liệu danh sách (list) trong Python để lưu trữ các điểm trên mặt phẳng. Mỗi điểm sẽ được biểu diễn bằng một danh sách chứa hai phần tử là toạ độ px và py.

Ví dụ, để tạo một mảng bao gồm 3 điểm A(1,2), B(3,4), và C(5,6), bạn có thể sử dụng mã như sau:

p = [[1, 2], [3, 4], [5, 6]]

Câu hỏi 2. Thiết lập màng bao gồm dãy các thông tin là danh sách học sinh và thông tin 3 điểm thi của học sinh tương ứng các bải thi số 1, 2, 3. Viết đoạn lệnh nhập bộ đữ liệu trên và chương trình in ra danh sách học sinh cùng với điểm trung bình của các bài thi.

Bài làm

Để lưu trữ danh sách học sinh và thông tin điểm thi của họ, bạn có thể sử dụng một danh sách chứa nhiều danh sách con. Mỗi danh sách con sẽ chứa tên học sinh (dạng chuỗi) và ba điểm số (dạng số) của họ tương ứng với ba bài thi.

Ví dụ, để tạo một mảng danh sách học sinh với thông tin điểm số, ta có thể sử dụng mã như sau:

# Nhập danh sách học sinh và điểm số

students = []

n = int(input("Nhập số lượng học sinh: "))

for i in range(n):

name = input(f"Nhập tên học sinh thứ {i+1}: ")

mark1 = float(input(f"Nhập điểm bài thi 1 của {name}: "))

mark2 = float(input(f"Nhập điểm bài thi 2 của {name}: "))

mark3 = float(input(f"Nhập điểm bài thi 3 của {name}: "))

students.append([name, mark1, mark2, mark3])

# Tính điểm trung bình và in ra danh sách học sinh và điểm trung bình của họ

for student in students:

name = student[0]

mark1 = student[1]

mark2 = student[2]

mark3 = student[3]

avg_mark = (mark1 + mark2 + mark3) / 3

print(f"Học sinh {name} có điểm trung bình là {avg_mark}")

Hoạt động 3. Đọc, trao đổi, thảo luận về cấu trúc dữ liệu mảng hai chiều trong Python.

Bài làm

Trong tin học, một cấu trúc dữ liệu hai chiều được hiểu là một bảng hay còn gọi là ma trận, bao gồm các hàng và cột dữ liệu. Bảng có thể có kích thước vuông n x n hoặc kích thước bất kì m x n.

Câu hỏi 1. Câu lệnh sau sẽ tạo dữ liệu thuộc thể loại gì?

temp = [1, 2, 3, 4]

A = [temp, temp]

Bài làm

Câu lệnh trên sẽ tạo ra một dữ liệu thuộc thể loại List (danh sách) trong Python, với tên biến A là một danh sách chứa hai phần tử. Mỗi phần tử của danh sách A là một tham chiếu đến đối tượng danh sách temp, được tạo ra trước đó.

Vì vậy, A sẽ chứa hai tham chiếu đến cùng một danh sách temp, với giá trị của temp là [1, 2, 3, 4]. Nếu giá trị của danh sách temp thay đổi, thì giá trị của các phần tử trong danh sách A cũng sẽ thay đổi theo.

Câu hỏi 2. Nếu A là bảng (ma trận) kích thước m x n thì đoạn chương trình sau sẽ in ra thông tin gì trên màn hình?

for i in range(m):

for j in range(n):

print(A[i][j],end=” “)

print()

Bài làm

Nếu A là một ma trận kích thước m x n, đoạn chương trình trên sẽ in ra giá trị của từng phần tử trong ma trận A, mỗi dòng một.

Cụ thể, với mỗi giá trị của i trong khoảng từ 0 đến m - 1, vòng lặp đầu tiên sẽ lặp qua từng phần tử trong hàng thứ i của ma trận A. Với mỗi giá trị của j trong khoảng từ 0 đến n-1, vòng lặp thứ hai sẽ in ra giá trị của phần tử tại vị trí (i,j) trong ma trận A bằng lệnh print(A[i][j],end=" "), kết thúc bằng một khoảng trắng.

Sau khi in hết các phần tử trong hàng thứ i, lệnh print() trong vòng lặp đầu tiên sẽ xuống dòng, chuyển sang in hàng tiếp theo của ma trận A. Như vậy, tổng hợp lại, đoạn chương trình sẽ in ra ma trận A dưới dạng bảng trên màn hình.

Luyện tập và vận dụng

Luyện tập

Câu hỏi 1. Giả sử số đo chiều cao các bạn trong lớp được cho trong dãy số A. Hãy viết đoạn chương trình tính:

- Số đo chiều cao trung bình của cả lớp.

- Số bạn có chiều cao lớn hơn chiều cao trung bình của cả lớp.

Câu hỏi 2. Viết chương trình nhập từ bàn phím số tự nhiên m, sau đó lần lượt nhập m dòng, mỗi dòng bao gồm n số cách nhau bởi dấu cách, đưa dữ liệu đã nhập vào ma trận A, sau đó in ma trận A ra màn hình.

Vận dụng

Câu hỏi 1. Viết hàm số UnitMatrix(n) với n là số tự nhiên cho trước, hàm trả lại giá trị là ma trận bậc n như Hình 17.1.

Câu hỏi 2. Viết chương trình cho phép người dùng nhập từ bàn phim một dãy số tự nhiên, hãy đếm với mỗi giá trị của dây có bao nhiêu số lặp lại. Ví dụ nếu dãy ban đầu là:

0 1 5 7 0 2 5 1 1 2

thì chương trình cần thông báo như Hình 17.2.

Số 0 lặp lại 2 lân

Số 1 lặp lại 3 lần

Số 6 lặp lại 2 lần

Số 7 lặp lại 1 lần

Số 2 lặp lại 2 lần.

Câu hỏi 3. Em ghi số tiền điện gia đình em theo từng tháng vào một danh sách gồm 12 số. Mỗi năm lại ghi lại số tiền điện vào một danh sách và ghép với danh sách các năm trước. Như vậy em thu được một bảng kích thước n x 12, trong đó hàng thứ k là số tiễn điện của nãm thứ k, cột tương ứng số tiền điện theo tháng.

a) Thiết lập mảng mới tính số tiền điện trung bình của các năm, mối năm ghi một số.

b) Tính số tiền điện trung bình của tất cả các năm đã được ghi dữ liệu trong bảng.

----------------------------------