Агрегация — PHP: Массивы

• Как работает агрегация
• Нейтральный элемент

Еще один распространенный вариант использования циклов на массивах — агрегация, которую мы рассмотрим в этом уроке.

Как работает агрегация

Агрегацией считаются любые вычисления, которые строятся на основе всего набора данных — например, поиск максимального или среднего числа, подсчет суммы и так далее. Агрегирующие функции особенно популярны в работе с цифрами и таблицами в Google Sheets и Microsoft Excel.

Для начала рассмотрим такой код:

<?php

function calculateMax($coll)
{
    // Если коллекция пустая, то у нее не может быть максимального значения
    // В подобных ситуациях принято возвращать null
    if (empty($coll)) {
        return null;
    }

    // Сравнение элементов нужно начать с какого-то первого элемента
    $max = $coll[0]; // Принимаем за максимальное число первый элемент
    // Обход начинаем со второго элемента
    for ($i = 1; $i < sizeof($coll); $i++) {
        // Если текущий элемент больше максимального,
        // то он становится максимальным
        if ($coll[$i] > $max) {
            $max = $coll[$i];
        }
    }

    // Не забываем вернуть максимальное число
    return $max;
}

print_r(calculateMax([]));
print_r(calculateMax([3, 2, -10, 38, 0]));

// => 38

Алгоритм поиска максимального числа в массиве выглядит так:

1. Если массив пустой, то возвращаем null. Это классический пример использования идиомы guard expression (охраняющее выражение). Ее идея в том, что в начале функции проверяются самые простые условия, для которых нужен минимум вычислений. При таком подходе основной код находится на верхнем уровне, а не внутри условной конструкции. Такой код легче читать, потому что у него меньше вложенность.
2. Если массив не пустой, берем за точку отсчета первый элемент массива и считаем его максимальным.
3. Обходим массив, начиная со второго элемента и сравниваем каждое значение с максимальным. Если текущий рассматриваемый элемент больше максимального, то он становится максимальным.
4. После обхода возвращаем результат.

Главное, что нужно увидеть в этом коде — место определения переменной $max. Новички часто забывают, что переменную нужно определить до ее использования. Объявленные внутри цикла переменные не должны использоваться за пределами цикла, поэтому переменная и определяется до его начала.

В большинстве языков переменные, определенные внутри блока кода, видны только внутри этого блока. Именно так работает тело цикла в нашем случае. Другими словами, область видимости таких переменных ограничивается блоком кода, то есть мы не можем получить доступ к ним вне блока.

Обратите внимание, что начальным значением $max взят первый элемент, а не 0 или другое число. Так происходит, потому что все числа в массиве могут быть меньше нуля, и тогда мы получим неверный ответ.

Второй важный момент: мы делаем возврат только после обхода всего массива. Если бы return был внутри цикла, то мы рассмотрели массив не полностью. Такая ошибка часто встречается у новичков.

Нейтральный элемент

Рассмотрим поиск суммы:

<?php

function calculateSum($coll)
{
    // Начальное значение суммы
    $sum = 0;
    foreach ($coll as $num) {
        // Поочередно складываем все элементы
        $sum += $num;
    }

    return $sum;
}

// Сумма элементов всегда возвращает какое-то число
// Если массив пустой, то сумма его элементов равна нулю
print_r(calculateSum([]));
print_r("\n");
print_r(calculateSum([3, 2, -10, 38, 0]));
// => 0
// => 33

Алгоритм поиска суммы значительно проще, но обладает парой важных нюансов.

Чему равна сумма элементов пустого массива? С точки зрения математики такая сумма равна нулю, что совпадает со здравым смыслом. Если у нас нет яблок, значит у нас есть ноль яблок. Функции в программировании работают по этой логике.

Второй момент связан с начальным элементом суммы. В коде используется 0 или так называемый «нейтральный элемент операции сложения на множестве вещественных чисел». Нейтральный элемент бинарной операции используется, но ничего не меняет. Например, сложение любого числа с нулем всегда дает это же число. На практике это значит, что мы можем прибавить ноль к любому выражению и получить ту же сумму:

3 + 2 + 8 = 0 + 3 + 2 + 8

Этим свойством мы и пользуемся в нашем коде. Нейтральный элемент – важная часть любой агрегирующей операции. Именно с него начинается сам процесс агрегации. В случае сложения – это 0, в случае умножения – 1.

Агрегация далеко не всегда означает, что коллекция элементов сводится к некоторому простому значению. Результатом агрегации может быть даже сложная структура — например, массив. Подобные примеры часто встречаются в реальной жизни. Самый простой пример – это список уникальных слов в тексте.