Теория: Агрегация данных (Числа)

Отдельный класс задач, который не обходится без циклов, называется агрегированием данных. К таким задачам относятся: поиск максимального или минимального значения, суммы, среднего арифметического. В их случае результат зависит от всего набора данных. В этом уроке разберем, как агрегация применяется к числам и строкам.

Допустим, нам нужно найти сумму набора чисел. Реализуем функцию, которая складывает числа в указанном диапазоне, включая границы. Диапазон — ряд чисел от конкретного начала до определенного конца. Например, диапазон [1, 10] включает целые числа от одного до десяти.

Пример:

sum_numbers_from_range(5, 7)  # 5 + 6 + 7 = 18
sum_numbers_from_range(1, 2)  # 1 + 2 = 3

# [1, 1] диапазон с одинаковым началом и концом — тоже диапазон
# Он включает одно число — саму границу диапазона
sum_numbers_from_range(1, 1)      # 1
sum_numbers_from_range(100, 100)  # 100

Чтобы реализовать такой код, понадобится цикл, так как сложение чисел — это итеративный процесс, то есть повторяется для каждого числа. Количество итераций зависит от размера диапазона. Вот код этой функции:

def sum_numbers_from_range(start: int, finish: int) -> int:
    # Технически можно менять start
    # Но входные аргументы нужно оставлять в исходном значении
    # Это сделает код проще для анализа
    i = start
    sum = 0  # Инициализация суммы
    while i <= finish:  # Двигаемся до конца диапазона
        sum = sum + i   # Считаем сумму для каждого числа
        i = i + 1       # Переходим к следующему числу в диапазоне
    # Возвращаем получившийся результат
    return sum

Структура цикла здесь стандартная: есть счетчик, который инициализируется начальным значением диапазона, цикл с условием остановки при достижении конца диапазона и изменение счетчика в конце тела цикла. Количество итераций в таком цикле равно finish - start + 1. Для диапазона [5, 7] — это 7 - 5 + 1, то есть три итерации.

Главные отличия от обычной обработки — логика вычислений результата. В задачах на агрегацию всегда есть переменная, которая хранит внутри себя результат работы цикла. В коде выше это sum. Она изменяется на каждой итерации цикла — прибавляется следующее число в диапазоне: sum = sum + i.

Этот процесс выглядит так:

# Для вызова sum_numbers_from_range(2, 5)
sum = 0
sum = sum + 2  # 2
sum = sum + 3  # 5
sum = sum + 4  # 9
sum = sum + 5  # 14
# 14 – результат сложения чисел в диапазоне [2, 5]

У переменной sum есть начальное значение — с него начинается любая повторяющаяся операция. В примере выше — это 0.

В математике есть понятие нейтральный элемент, и у каждой операции он свой. Операция с этим элементом не изменяет то значение, над которым работает. Например, в сложении любое число плюс ноль дает само число. При вычитании — то же самое. У конкатенации тоже есть нейтральный элемент — это пустая строка: '' + 'one' будет 'one'.