PHP: Агрегация данных (Числа)

Есть отдельный класс задач, который не может обойтись без циклов — он называется агрегированием данных. К таким задачам относятся поиск максимального и минимального значения, вычисление суммы и среднего арифметического и так далее. Их главная особенность в том, что результат зависит от всего набора данных. Для расчета суммы нужно сложить все числа, для вычисления максимального нужно сравнить все числа.

С такими задачами хорошо знакомы те, кто занимаются числами — например, бухгалтеры или маркетологи. Обычно их выполняют в таблицах в Microsoft Excel или Google Sheets. Именно эту тему мы изучим в этом уроке.

Разберем самый простой пример – поиск суммы набора чисел. Реализуем функцию, которая складывает числа в указанном диапазоне, включая границы. Диапазоном в данном случае называется ряд чисел от какого-то начала до определенного конца. Например, диапазон [1, 10] включает в себя все целые числа от 1 до 10.

<?php

sumNumbersFromRange(5, 7); // 5 + 6 + 7 = 18
sumNumbersFromRange(1, 2); // 1 + 2 = 3

// [1, 1] Диапазон с одинаковым началом и концом – тоже диапазон
// Он в себя включает ровно одно число – саму границу диапазона
sumNumbersFromRange(1, 1); // 1
sumNumbersFromRange(100, 100); // 100

Для реализации этого кода нам понадобится цикл по двум причинам:

• Сложение чисел — это итеративный процесс, то есть он повторяется для каждого числа
• Количество итераций зависит от размера диапазона

Перед тем, как смотреть код, попробуйте ответить на вопросы ниже:

• Каким значением инициализировать счетчик?
• Как он будет изменяться?
• Когда цикл должен остановиться?

Попробуйте сначала подумать над этими вопросами, а затем посмотрите код ниже:

<?php

  function sumNumbersFromRange ($start, $finish)
  {
      // 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;
  };

Общая структура цикла здесь стандартна. В нем есть три компонента:

• Счетчик, который инициализируется начальным значением диапазона
• Сам цикл с условием остановки при достижении конца диапазона
• Изменение счетчика в конце тела цикла

Количество итераций в таком цикле равно $finish - $start + 1. То есть для диапазона от 5 до 7 – это 7 - 5 + 1, то есть три итерации.

Главные отличия от обычной обработки связаны с логикой вычислений результата. В задачах на агрегацию всегда есть какая-то переменная, которая хранит внутри себя результат работы цикла. В коде выше это $sum. На каждой итерации цикла происходит ее изменение, прибавление следующего числа в диапазоне: $sum = $sum + $i.

Весь процесс выглядит так:

<?php

// Для вызова sumNumbersFromRange(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, равное 0. Зачем вообще задавать значение? Любая повторяющаяся операция начинается с какого-то значения. Нельзя просто так объявить переменную и начать с ней работать внутри цикла. Это может приводить к ошибкам:

<?php

// начальное значение не задано
// PHP автоматически делает его равным NULL
$sum;

// первая итерация цикла
$sum = $sum + 2; // ?

В результате такого вызова внутри $sum окажется верный результат, но интерпретатор выведет ошибку: PHP Notice: Undefined variable: sum. Она возникает из-за попытки использовать неопределенную переменную. Значит какое-то значение все же нужно. Почему в коде выше выбран 0? Очень легко проверить, что все остальные варианты приведут к неверному результату. Если начальное значение будет равно 1, то результат получится на 1 больше, чем нужно.

В математике у каждой операции существует нейтральный элемент этой операции. Операция с этим элементом не изменяет то значение, над которым проводится операция:

• Ноль при сложении: любое число + ноль = само число
• Ноль при вычитании: любое число - ноль = само число
• Пустая строка при конкатенации: '' + 'string' будет 'string'

Задание

Реализуйте функцию multiplyNumbersFromRange(), которая перемножает числа в указанном диапазоне включая границы диапазона. Пример вызова:

  <?php

  multiplyNumbersFromRange(1, 5); // 1 * 2 * 3 * 4 * 5 = 120
  multiplyNumbersFromRange(2, 3); // 2 * 3 = 6
  multiplyNumbersFromRange(6, 6); // 6