For faster navigation, this Iframe is preloading the Wikiwand page for 從零開始的編號.

從零開始的編號

本條目存在以下問題,請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法。 此條目需要編修,以確保文法、用詞、语气格式標點等使用恰当。 (2020年5月23日)請按照校對指引,幫助编辑這個條目。(幫助討論) 此條目没有列出任何参考或来源。 (2020年5月23日)維基百科所有的內容都應該可供查證。请协助補充可靠来源改善这篇条目。无法查证的內容可能會因為異議提出而被移除。 此條目翻譯品質不佳。 (2022年9月2日)翻譯者可能不熟悉中文或原文語言,也可能使用了機器翻譯。請協助翻譯本條目或重新編寫,并注意避免翻译腔的问题。明顯拙劣的翻譯請改掛((d|G13))提交刪除。

從0開始編號索引開頭為0是一種編號方式,是指一个序列的初始元素的索引被分配为0,也就是说一个序列的编号从0开始,而非从1开始。從零開始的編號方式,序列中初始的元素有時被稱為第零元素(一般稱為第一元素)。

某些情況下,不屬於該序列的物件,但可以放置在其之前的,或稱其為「第零元素」。使用零作為序數並未被廣泛接受,因為在缺乏上下文時,對序列的所有後續元素會造成混淆。

儘管數學領域的編程語言通常從一開始編號,從0開始編號的序列在數學符號中是相當常見的,特別是在組合數學中。计算机科学中,一些現代編程語言(例如C語言)的陣列索引通常從0開始,与通常使用「第一」開始索引不同,編程人員可能會用「第零」開始。在數學中對於出現在「第一個」之前的元素,其序數形式有明確的定義時,使用從零開始的編號不會造成混淆;例如函數的第零階導數是進行零次微分獲得的,亦即函數本身。對應於不屬於該序列,但以這樣子命名法在其之前面的元素,或不妥當:所謂「第零階」的導數實際並非導數。然而,正如一階導數在二階導數之前,因此第零階導數(或原始函數本身)也在一階導數之前。

編程

[编辑]

起源

[编辑]

計算機編程中列舉數據從零開始編號,主要起因於提供的機器指令,根據條件判斷,程式要能在指令序列之間“跳轉”,這是實作分支結構的關鍵。可用條件以判斷暫存器內容的“零”和“負”為主。最常用於實作迭代的指令譬如“遞減,如果到零就跳轉”。也就是說,任何可列舉的數據結構都在迭代中循環處理,而是否為零的條件判斷,用於控制這些循環的執行(不為零就一直在循環中)。高階編程語言的循環結構(如do-while,repeat-until,for-step-to...)是基於這些根本的機器指令。

BCPL編程語言(C編程語言的前身)的創建者,马丁·理察德(Martin Richards)設計了陣列從0開始的索引方式,作為存取陣列開頭內容的自然位置,因為表示位址的指針p值,用於存取記憶體中的p+0位址;系統分析師Mike Hoye詢問Richards選用該慣例的原因。BCPL最初是用IBM 7094機器編譯的;它在編譯時會優化這些陣列索引提供的指針反參考運算(indirection)。

在1982年艾兹赫尔·戴克斯特拉(Edsger Wybe Dijkstra)寫了個相關的說明《為什麼編號應該從零開始》,將陣列索引的上下界以不等式連接,來分析各種設計方案,列舉出嚴格和標準不等式的四種可能組合,展示了他的確信,從零開始編號的陣列不會造成索引範圍重疊,是最好的表示方法,從零開始暗示與實數同樣的開,半開和閉區間。偏好這慣例的細節以空序列說明,它可以用更自然的(a≤i<a?)不等式來表示,相較於用閉合“區間”的(a≤i≤(a-1)?)不等式。而且以自然的半開“區間”不等式來看,子序列的長度等於上界減去下界(a≤i<b給出(b-a)的i可能值,其中的a,b,i都是自然數)。

編程語言用法

[编辑]

這種設計方案嵌入在許多具影響力的編程語言中,包括C,Java和Lisp。在這三種語言中,序列類型(C陣列,Java陣列和串列,Lisp串列和向量)以數字零為下標開始索引。特別是在C語言中,陣列與指針運算緊密相關,這使得一個更簡單的實現:下標的參考是從陣列起始位置的偏移,因此第一個元素的偏移量就是零。

幾乎所有計算機結構,都藉由位址和偏移量來表示直接引用內存,因此C語法的設計細節使編譯更容易,但代價是一些人工成本。這樣的情況下,使用“第零”作為序數並不是嚴明正確的,而是計算機業界的普遍慣例。其他編程語言如Fortran或COBOL,則有從一開始的陣列索引下標,因為它們意味著高階編程語言,因此它們必須與通常的序數相對應。一些最近的編程語言如Lua,由於同樣原因採用了相同的約定。

零是最低位的無符號整數值,是編程和硬件設計中最基本的類型之一。因此在計算機科學,零經常被當作許多種類的數值遞歸的基本情況。計算機科學中的證明和其他類型的數學推理通常從零這一數開始。由於這些原因,在計算機科學中,從零而非從一開始計數的方式並不少見,時有用例。

黑客和計算機科學家經常喜歡將出版品的第一章,如果其內容特重於介紹的概念,則稱為“第0章”。其中一個經典的例子是在K&R的第一版。近年來在許多純數學家中也出現這種特徵,許多構造被定義為從0開始編號。

如果用陣列表示循環,則模除(modulo)函式即可便利地獲得索引,而這會導致結果為零。

數值屬性

[编辑]

使用從零開始的編號範圍表示為半開區間,不同於閉合區間。在演算法中經常發生的「空」範圍,很難以閉合區間[1,0]來表達。由於這個屬性,從零開始的索引潛在地減少了差一和柵欄錯誤。但另一方面,預先扣除掉重複的計數,使得從(包含)的表達較不直覺。有些作者更偏好從開始的索引,因為它直接對應了該項目在其它段落中的索引。

零索引慣例的另一個特性是在現代計算機中實作的模運算。通常,模函數將任何模映射到中的一個數字,其中。因此在算法(例如計算雜湊表索引)中的許多公式,當序列從零開始索引時,使用模運算可優雅地以代碼表示。如上文所提及位址/偏移量的底層邏輯,指針操作也能以零索引更優雅地表示。

為了說明,假設是陣列中第一個元素的內存地址,是需求元素的索引。要求所需元素的位址,如果從開始計算索引號,則通過以下表式計算:

,其中是每個元素的大小。若從0開始計數,則表達式變為:

,這個簡單的算式可在執行時期更有效率地計算。

然而注意,從1開始索引陣列的語法也能從簡採用約定:每個“陣列位址”以

來表示;

也就是說,不採用陣列中第一個元素的位址,這種語法使用某個“虛擬”元素的位址,緊接在實際的第一個元素之前。從1開始索引的表式如下:

因此零索引的執行期效率來自以0暫代第一元素的實際位址,不使用陣列之前的“虛擬”元素位址,此設計策略的優勢。可是,直接位於陣列之前的“虛擬”元素位址,或許是與陣列無關的其他項目,能有作用的位址。這種情況可能導致術語上的混亂。

在零索引方案中第1個元素是“下標零”;同理第12個元素是“下標11”。所以從序數到物件數量的轉換浮現;n個元素的最高索引會是n−1並且被稱為第n元素(表示數量為n,上界索引與計數差一)。反之第一個元素就被稱為第零物件(直接以序號指稱),以避免混淆。

科學

[编辑]

在數學中,許多數字序列或多項式是以非負整數來索引,例如伯努利數貝爾數

熱力學第零定律是在第一和第二定律之後才提出的,但因為比其它定律更為基本,所以稱為熱力學第零定律。

在生物或醫學實驗開始前的初始測量,被稱為此實驗的第0天。

第零個病患(或指標病例)是流行病學調查群體樣本中的初始病患。

參見

[编辑]
{{bottomLinkPreText}} {{bottomLinkText}}
從零開始的編號
Listen to this article

This browser is not supported by Wikiwand :(
Wikiwand requires a browser with modern capabilities in order to provide you with the best reading experience.
Please download and use one of the following browsers:

This article was just edited, click to reload
This article has been deleted on Wikipedia (Why?)

Back to homepage

Please click Add in the dialog above
Please click Allow in the top-left corner,
then click Install Now in the dialog
Please click Open in the download dialog,
then click Install
Please click the "Downloads" icon in the Safari toolbar, open the first download in the list,
then click Install
{{::$root.activation.text}}

Install Wikiwand

Install on Chrome Install on Firefox
Don't forget to rate us

Tell your friends about Wikiwand!

Gmail Facebook Twitter Link

Enjoying Wikiwand?

Tell your friends and spread the love:
Share on Gmail Share on Facebook Share on Twitter Share on Buffer

Our magic isn't perfect

You can help our automatic cover photo selection by reporting an unsuitable photo.

This photo is visually disturbing This photo is not a good choice

Thank you for helping!


Your input will affect cover photo selection, along with input from other users.

X

Get ready for Wikiwand 2.0 🎉! the new version arrives on September 1st! Don't want to wait?