أنواع الرسوم البيانية في هيكل البيانات والتطبيقات

مقدمة

الرسم البياني هو هيكل غير خطي يتألف من عقد وحواف. يمكن أن تشمل مجموعة محدودة أو لا نهائية من العقد عقدها حافة تربط زوج من العقد. تعد هياكل البيانات جزءًا أساسيًا من أي مفهوم ترميز ؛ وبالتالي ، فإن امتلاك فهم قوي لأنواع مختلفة من الرسوم البيانية في هياكل البيانات يمكن أن يساعدك في حل المشكلات المعقدة في العالم الحقيقي.

في عالم اليوم ، البيانات قوة. وبالتالي ، فإن تنظيم البيانات بكفاءة لسهولة الوصول إليها أمر ضروري لأي مبرمج. إن معرفة هياكل البيانات ومجموعة متنوعة من الرسوم البيانية تُمكِّن مهاراتك في الترميز من استهداف مشاكل العالم الحقيقي وتقديم حلولها بفعالية.

تعلم علم البيانات لتتفوق على منافسيك

دعنا نلقي نظرة على أنواع مختلفة من الرسوم البيانية شائعة الاستخدام في هياكل البيانات وكيف يتم تطبيقها في الحياة الواقعية.

أنواع الرسوم البيانية في هياكل البيانات

تعد بنية البيانات معيارًا عمليًا لتخزين البيانات لجميع اللغات ، مثل بنية بيانات الرسم البياني بيثون أو بنية بيانات الرسم البياني لجافا. يجب أن يكون إتقان جميع أنواع الرسوم البيانية أولوية لأي شخص يطمح إلى دراسة هياكل البيانات. نظرًا لأن نظرية الرسم البياني لها العديد من التطبيقات الواقعية ، فإنها تصبح حيوية في هياكل البيانات.

يمكن سرد الأنواع المختلفة من الرسوم البيانية في هياكل البيانات أدناه:

1. الرسم البياني لاغية

كما يوحي الاسم ، فإن الرسم البياني الفارغ فارغ ؛ بمعنى آخر ، إنه رسم بياني بدون حواف. يتكون فقط من رؤوس معزولة في الرسم البياني مع مجموعة حافة شاغرة.

2. رسم بياني محدد

إذا كان عدد الحواف والعقد يتكون من عدد محدود في الرسم البياني ، فإن الرسم البياني يُعرف بالرسم البياني المحدود.

3. الرسم اللانهائي

إذا لم يتمكن المرء من وضع عدد محدد على عدد العقد وعدد الحواف في الرسم البياني ، يُعرف الرسم البياني بالرسم البياني اللانهائي. الرسوم البيانية اللانهائية غير معدودة ، مما يعني أنه لا يمكنك حساب عدد العقد أو الحواف في هذا النوع من الرسوم البيانية.

4. رسم بياني بسيط

يُقال أن الرسم البياني يكون بسيطًا عندما يكون هناك حافة واحدة فقط بين زوج من الرؤوس. وبالتالي ، ترتبط عقدتان بحافة واحدة في الرسم البياني ، والتي يمكن أن تحدد علاقة محددة بينهما.

5. متعدد الرسم البياني

إذا كان زوج من العقد متصلاً بحواف متعددة في رسم بياني ، فإن الرسم البياني يُعرف بالرسم البياني المتعدد. لا يتكون الرسم البياني المتعدد من حلقات ذاتية. هناك نوعان من الحواف التي يمكن أن توجد في الرسم البياني المتعدد. هم انهم:

• حواف متوازية

تُعرف الحواف المتوازية ، مثل طريقين متوازيين ينتقلان من مصدر واحد إلى الوجهة نفسها ، بالحواف المتوازية.

• عقدة

هذه حافة لها نفس رؤوس المصدر والوجهة.

تحقق من برامجنا في الولايات المتحدة - علوم البيانات

6. الرسم البياني الموجه

يُقال إن الرسم البياني موجه إذا كانت جميع الحواف الموجودة بين عقدتين أو رؤوس لها اتجاه محدد. يُعرف الرسم البياني الموجه أيضًا باسم Digraph. يمكننا تحديد عقدة البداية والنهاية بالنظر إلى الرسم البياني الموجه. تذكر أنه يجب توجيه جميع الحواف في الرسم البياني الموجه ليتم تسميتها بالرسم البياني الموجه.

7. رسم بياني غير موجه

يُقال إن الرسم البياني هو رسم بياني غير موجه إذا كان من الصعب تحديد عقدة البداية والنهاية من خلال النظر إلى حوافها. تمامًا مثل الرسم البياني الموجه ، يجب أن تكون الحواف غير موجهة حتى يتم تسميتها بالرسم البياني غير الموجه.

8. رسم بياني متصل

الرسم البياني المتصل هو رسم بياني حيث يوجد مسار واحد على الأقل بين جميع العقد. بعبارات أبسط ، إذا بدأت من عقدة في رسم بياني متصل ، فيجب أن تكون قادرًا على زيارة كل عقدة موجودة في الرسم البياني. ومن ثم ، يجب أن يكون هناك مسار واحد على الأقل لكل عقدة.

9. رسم بياني غير متصل

في هذا النوع من الرسم البياني ، لا توجد حافة بين زوج من العقد أو الرؤوس. وبالتالي ، على عكس الرسوم البيانية المتصلة ، فإن الوصول إلى جميع العقد من أي قمة غير ممكن. إذا كان أي زوج من الرؤوس لا يحتوي على مسار بينهما ، فإنه يسمى الرسم البياني غير المتصل.

10. الرسم البياني الكامل

يعتبر الرسم البياني مكتملًا فقط عند وجود حافة بين كل عقدة ، مما يعني أن الحافة ستربط جميع الرؤوس في الرسم البياني. الرسم البياني الكامل للرؤوس n يُشار إليه بالرمز Kn ، وعدد الأضلاع في الرسم البياني هو nC2 .

11. الرسم البياني الدوري

يجب أن يحتوي الرسم البياني على مكون دوري واحد على الأقل ليتم اعتباره رسمًا بيانيًا دوريًا. على العكس من ذلك ، إذا كان الرسم البياني لا يحتوي على أي دورة ، فإنه يعتبر رسمًا بيانيًا غير دوري.

12. رسم بياني منتظم

في الرسم البياني المنتظم ، يجب أن يكون لكل الرؤوس نفس الدرجة. يمكن تعريف درجة العقدة على أنها عدد العقد المتصلة بها. وبالتالي ، في الرسم البياني العادي ، يجب توصيل جميع العقد بنفس عدد العقد.

13. رسم بياني ثنائي

لكي يكون الرسم البياني ثنائيًا ، يجب أن يفي بالمعايير التالية.

• يجب تقسيم الرسم البياني إلى مجموعات من الرؤوس.
• يجب أن تتكون الحواف فقط بين مجموعة واحدة من العقد على الجانب الآخر. تمنع هذه القاعدة الاتصال بين رأسين من نفس مجموعة العقد.
• يجب ألا يكون للمجموعتين أي رؤوس مشتركة بينهما.

يجب اعتبار الرسم البياني الذي يتبع جميع القواعد المذكورة أعلاه رسمًا بيانيًا ثنائي الأجزاء.

14. الرسم البياني المسمى

يمكن ترجيح حواف الرسوم البيانية. يمكن فهم الوزن المرتبط بالحافة على أنه تكلفة السفر عبر تلك الحافة. يمكن أن تستند هذه القيم إلى معلمة ثابتة ويمكن أن تتغير بين الرسوم البيانية. الآن ، إذا كانت جميع الحواف تحمل بعض الوزن المرتبط بها ، فيمكن تسمية هذا الرسم البياني بالرسم البياني المسمى.

15. الرسم البياني غير الدوري الموجه

الرسم البياني غير الدوري الموجه هو مزيج من الرسوم البيانية الموجهة وغير الدورية حيث لا تشكل الحواف الموجهة للرسم البياني أي شكل من أشكال الدورة. على العكس من ذلك ، فإن الرسم البياني الدوري الموجه هو رسم بياني ذو حواف موجهة تشكل دورة.

تطبيق الرسم البياني في بنية البيانات

إن التطبيق الأكثر بروزًا للرسم البياني في علوم الكمبيوتر هو تمثيل تدفق العمليات الحسابية. بعض الحالات الشهيرة الأخرى المستخدمة في الرسوم البيانية هي:

1. خرائط جوجل

في خرائط Google ، تحدد هياكل بيانات الرسم البياني وتحسب نظام النقل. عندما يقابل طريق آخر طريق آخر ويشكل تقاطعًا ، فإنه يُعتبر عقدة ، ويتم التعامل مع الطريق بين عقدتين على أنه حافة. ومن ثم ، تجد لك خرائط Google أقصر وأسرع طريقة للوصول إلى وجهتك باستخدام بنية بيانات الرسم البياني.

2. الفيسبوك

يستخدم Facebook الرسوم البيانية غير الموجهة للتعرف على المستخدم وأصدقاء المستخدم. يتم التعامل مع كل مستخدم على أنه رؤوس ، والوصلات التي تربطهم كأصدقاء هي حواف الشبكة. باستخدام الخوارزميات التي تستند إلى بنية بيانات الرسم البياني ، يقترح Facebook "أشخاص قد تعرفهم" ويعرض "أصدقاء مشتركين".

3. شبكة الويب العالمية

شبكة الويب العالمية هي مثال على الرسم البياني الموجه. إنها أيضًا الفكرة الأساسية وراء نظام تصنيف Google. في نظام شبكة الويب العالمية ، يتم التعامل مع كل موقع ويب وتطبيق ويب كعقدة أو رؤوس ، وتعتبر الروابط من موقع ويب إلى آخر هي الحافة.

4. نظام التشغيل

نظام التشغيل هو حالة شائعة الاستخدام من الرسوم البيانية لتخصيص الموارد والتي تستخدم كل عملية ومورد كعقد أو رؤوس. تحدث الحواف بين الموارد للعملية المخصصة أو من عملية الطلب إلى الموارد المطلوبة. في بعض الأحيان قد تشكل هذه الدورة حلقة لا نهائية ، مما يؤدي إلى بدء حالة الجمود.

5. نظام رسم الخرائط

يعد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) حالة شائعة الاستخدام من الرسوم البيانية لتحديد المطاعم والمتاجر والأماكن القريبة التي تختار البحث عنها بمساعدة هذه التقنية.

6. مايكروسوفت اكسل

يتم استخدام الرسوم البيانية الحلقية الموجهة أو DAG في Microsoft Excel.

7. خوارزمية Dijkstra

تستخدم خوارزمية Dijkstra بنية بيانات الرسم البياني لتحديد أقصر مسار بين عقدتين ، أو في بعض الحالات ، أكثر من عقدتين.

8. شبكات الطيران:

تعد شبكات الطيران المحسّنة الحاسوبية تطبيقًا واقعيًا آخر لهيكل بيانات الرسم البياني. إذا كنت تعتبر المطارات بمثابة عقد والطرق على أنها حواف ، فإن البيانات تتلاءم تمامًا مع معايير الرسوم البيانية. هذا هو السبب في أنه بمساعدة العديد من الخوارزميات المحسّنة ، يتم تحديد أفضل الطرق بين مطارين أو عقدتين.

هذه هي التطبيقات المختلفة للرسوم البيانية في بنية البيانات ، المستخدمة في جميع أنحاء العالم في تطبيقات وأنظمة مختلفة لتنظيم والحفاظ على عملها السلس ،

ابدأ رحلتك كعالم بيانات

إذا كنت تريد أن تصبح عالم بيانات وأن تتعامل مع البيانات بلباقة باستخدام الرسوم البيانية المختلفة التي تعلمناها ، فراجع مجموعة واسعة من دورات علوم البيانات على upGrad. واحدة من أكثر الدورات شعبية هي دورة PG-IIITB حول علوم البيانات ، وهي دورة ممتازة لعلماء البيانات الطموحين والناشئين للبدء!

إليك ما تقدمه الدورة.

• دعم مهني بزاوية 360 درجة من خبراء الصناعة والموجهين
• خبرة عملية في مشاريع الصناعة ودراسات حالة مفصلة لقياس التقدم المنتظم
• التواصل مع خبراء علوم البيانات في جميع القطاعات على مستوى العالم

يمكنك أيضًا التحقق من جميع دورات upGrad الأخرى في علوم البيانات .