Вернуться




Что такое структурирование данных? Вводный инструктаж для чайников



Структурирование данных — это понятие, которое затрагивает не только сферу программирования. Под структурированием понимают процесс, при котором определенные данные объединяются по свойствам или по смыслу в общую группу или несколько групп. Делается это в разных сферах примерно для одних и тех же действий:

  • чтобы было легче запомнить данные;

  • для того, чтобы было удобнее с ними работать.

Самый известный случай структурирования данных в жизни — это запомнить номер телефона. Например, есть телефон сплошным текстом: 89856451311. Запомнить его таким образом будет немного сложно, но если задать ему структуру и запоминать «частями», то будет намного легче: 8-985-645-13-11. 

Примерно такая же ситуация и в программировании. Однако не столько для того, чтобы запоминать данные, а скорее, чтобы удобно было с ними работать.

Структурирование данных в программировании

Структуризация данных в программировании занимает важную роль. Жаль, но многие начинающие программисты игнорируют этот момент в процессе изучения. Это незнание не критично во многих сферах программирования, но понимание, что такое структурирование данных, должно быть.

Структурирование данных в программировании — это создание неких «контейнеров», хранящих информацию в определенном формате. Выбранный формат структуры данных задает информации определенные свойства, которые отделяют ее от других структур и определяют варианты сценариев применения этой информации.

В программировании можно выделить несколько важных элементов структурирования данных, которые нужно понимать.

Виды структурирования данных в программировании

Несколько основных структур данных в программировании:

  1. Массив.

  2. Связанный список.

  3. Стек.

  4. Очередь.

  5. Граф.

  6. Дерево.

  7. Хеш-таблица.

 

Массив

Массив — это самый распространенный вид структуры данных в программировании. Часто на его основе строятся другие виды структур:

  • стек;

  • очередь и др.

Массив образуется из множества элементов. Каждому элементу присваивается собственный индекс — это целое неотрицательное число. Во многих языках программирования исчисление индексов начинается с «0» и далее в порядке возрастания. То есть первому элементу массива присваивается индекс 0. Из-за этого многие начинающие программисты очень путаются.

Массив может быть 2-х видов:

  1. Одномерный — простая линейная структура.

  2. Многомерныйимеет сложную структуру и включает в себя другие массивы.

С массивом можно проводить следующие операции:

  • получать элементы массивов по нужному индексу;

  • вставлять элементы массива по нужному индексу;

  • узнать общее число элементов массива;

  • удалять элементы массивов по нужному индексу;

  • обновлять значение или свойство элемента массива по нужному индексу;

  • поиск нужного элемента массива по указанному свойству;

  • и др.

Массивы применяются:

  • для создания более сложных структур;

  • при хранении простых и связанных между собой данных;

  • при создании алгоритмов сортировки;

 

Связанный список

Связанный список представляет собой последовательную структуру из определенных элементов. Каждый отдельный такой элемент называется узлом и имеет 2 свойства:

  1. хранимые данные;

  2. информация о следующем после него узле.

То есть сам узел содержит какие-то собственные данные и знает, кто у него по соседству. Поэтому список и называется связанным, потому что все узлы связаны между собой.

Связанные списки бывают:

  1. Односвязанными. Обойти такие узлы можно только в одном направлении.

  2. Двусвязанными. Обойти такие узлы можно в двух направлениях, потому что в узлах присутствует еще один указатель, который содержит информацию о предыдущем узле.

  3. Связанными по кругу. В этих списках начальный указатель одного узла указывает на конечный указатель другого, а конечный указатель указывает на начальный. 

Со связанным списком можно проводить следующие операции:

  • добавить узел в список;

  • удалить узел в начале списка или определив его по какому-то ключу;

  • отобразить весь список;

  • найти нужный узел в списке;

  • обновить значение узла по какому-то ключу.

Связанные списки применяются:

  • при создании более сложных структур;

  • при создании слайд-шоу;

  • во время переключения вкладок в операционных системах.

     

Стек

Стеком называется структурирование данных в виде линейной структуры, но с применением массивов или связанных списков. В стеке есть важный принцип: любой элемент, который попал в стек последним, всегда покидает его первым.

Со стеком можно проводить следующие операции:

  • вставить элемент в верхнюю часть стека;

  • удалить элемент из верхней части стека;

  • просмотреть элемент верхней части стека;

  • проверить стек на наличие пустоты.

Стеки применяются:

  • при реализации навигации браузера;

  • когда реализуется рекурсия;

  • когда нужно выделить память, опираясь на стек.

     

Очередь

Очередь — это структурирование данных в виде линейной структуры из массивов или связанных списков. Очередь очень похожа на стек, однако отличается своим основным принципом: первый элемент, который попал в очередь, покидает ее тоже первым.

Если стек по своим принципам напоминает стопку книг, то очередь — это как в реальная людская очередь.

С очередью можно проводить следующие операции:

  • вставлять элемент в конец очереди;

  • удалять элемент из начала очереди;

  • возвращать элемент из начала очереди, не удаляя его;

  • проверять содержимое очереди.

Очередь применяется:

  • когда нужно обслуживать несколько запросов в одном ресурсе;

  • когда нужно управлять потоком в многопоточной среде;

  • балансировать нагрузки.

     

Граф

Графом называется структурирование данных из определенных узлов, которые называют вершинами. Графы бывают 2-х типов и отличаются направлениями пути между 2-мя связанными между собой вершинами:

  1. ориентированные — когда все ребра вершин указывают направления этих самых вершин;

  2. не ориентированные — когда ребра вершин не указывают направления, поэтому обход вершин можно осуществить с любого направления.

Графы можно обойти 2-мя основными алгоритмами:

  1. Алгоритм поиска в ширину. Это кратчайший путь, который основывается на вершинах граф.

  2. Алгоритм поиска в глубину. Этот алгоритм основывается на ребрах граф.

С графами можно проводить следующие операции:

  • добавлять еще одну вершину;

  • добавлять ребро между вершинами;

  • показать вершину;

  • определить стоимость пути обхода граф.

Графы применяются:

  • при вычислениях в потоках;

  • когда распределяются ресурсы операционной системы;

  • поиск друзей в соцсетях;

  • поиск кратчайшего пути в Гугл-картах.

     

Дерево

Дерево — это сложное структурирование данных, которое состоит из вершин и соединяющих их ребер. Такая структура данных часто используется в сложнейших алгоритмах и в искусственном интеллекте. Структура дерева чем-то напоминает графы, но в то же время имеет отличия. Поэтому в сети можно встретить такой спор: дерево это графы или не графы?

С деревом можно осуществить следующие операции:

  • вставить элемент в дерево;

  • искать нужный элемент;

  • обойти дерево прямым способом;

  • применить центрированный способ обхода;

  • применить обратный способ обхода.

Деревья применяются:

  • внутри виртуальной машины Java;

  • когда нужно представить файловую систему компьютера;

  • химическая формула — это тоже дерево.

     

Хеш-таблица

Это особое структурирование данных в виде таблицы, где все данные хранятся в парах связанных значений «ключ+значение». То есть каждому значению соответствует свой ключ.

Процесс генерации ключей для значений в таблице называется хешированием. Хеширование проводится специальной хеш-функцией.

С хеш-таблицами можно осуществить следующие операции:

  • найти элемент в хеш-таблице;

  • вставить элемент в хеш-таблицу;

  • удалить элемент из хеш-таблицы.

Хеш-таблицы применяются:

  • когда нужно индексировать базы данных;

  • при проверке пары логин/пароль;

  • в реализации «кэша»;

  • и др.

     

Заключение

Правильное структурирование данных призвано повысить функциональность вашей программы или приложения. Поэтому если в планах создавать что-то эффективное, функциональное и сложное, то знание того, как правильно применять структуры данных, обязательно. Если пока нет таких грандиозных планов, то хотя бы понимание этих структур должно присутствовать.



Если вам понравилась эта статья поделитесь ею с друзьями, тем самым вы помогаете нам развиваться и добавлять всё больше интересного и полезного контента!




Cхожие статьи





Стоит ли учиться программировать в 2021

Стоит ли учиться программировать в 2021

Не случайно в разговорах о рынке труда, перспективах развития и важнейших с ...

21 Февраля 2021    Другое

Плюсы и минусы Baas для разработки мобильных приложений

Плюсы и минусы Baas для разработки мобильных приложений

Если вы хотите заказать разработку мобильного приложения, причем чтобы вам ...

23 Марта 2021    Другое

Начинающий программист

Начинающий программист

Самыми легкими в изучении можно считать такие языки как JavaScript, Python, ...

23 Марта 2021    Другое