Lineare vs. nichtlineare Datenstruktur: Unterschied zwischen linearer und nichtlinearer Datenstruktur

Was ist Datenstruktur?

Ob Anfänger oder Experte, der Begriff Datenstruktur wird von jedem, der in der Computerprogrammierung tätig ist, ständig gehört werden. Das Verständnis der Datenstrukturen ist immer entscheidend, um ein guter Programmierer zu werden. Viele Themen sind mit den Datenstrukturen verbunden, wobei der Schwerpunkt darauf liegt, welche Strukturen tatsächlich die wichtigsten sind. Um ein erfolgreicher Programmierer zu sein, sind Datenstrukturkenntnisse daher sehr empfehlenswert.

Die Datenstruktur bezieht sich auf den Prozess, bei dem die Daten so gespeichert und organisiert werden können, dass der Benutzer auf die Daten zugreifen und sie effizient nutzen kann. Es sind verschiedene Algorithmen vorhanden, um mit den Datenstrukturen zu arbeiten. Daher umfasst die Datenstruktur eine Gruppe von Datenwerten, ihre Beziehung zu anderen Elementen und auch die Operationen, die auf die Datenwerte übertragen werden können.

Es kann vereinfacht werden als:

Programme= Algorithmen + Datenstrukturen

Datenstrukturen = zugehörige Daten + zulässige Operationen an diesen Daten

Die Speicherung von Daten kann auf zwei Arten erfolgen. Die Datenstrukturen können unterteilt werden in:

• Lineare Datenstruktur
• Nichtlineare Datenstruktur

Lineare Datenstruktur

Dies sind die Arten von Strukturen, bei denen die Speicherung von Daten sequentiell oder linear erfolgt. Dabei wird jedes in der Struktur gespeicherte Element mit seinen Nachbarelementen verknüpft. Die Elemente sind in einem Durchgang zugänglich, da sie linear angeordnet sind. Da es linear im Speicher gespeichert ist, ist die Implementierung ein einfacher Prozess. Die verschiedenen Arten sind:

1. Array

Das Array ist eine Art Datenstruktur, die Elemente desselben Typs speichert. Dies sind die grundlegendsten und grundlegendsten Datenstrukturen. Daten, die an jeder Position eines Arrays gespeichert sind, erhalten einen positiven Wert, der Index des Elements genannt wird. Der Index hilft bei der Identifizierung der Position der Elemente in einem Array.

Wenn wir angeblich einige Daten speichern müssen, zB den Preis von zehn Autos, dann können wir eine Struktur eines Arrays erstellen und alle ganzen Zahlen zusammen speichern. Dazu müssen nicht zehn separate Integer-Variablen erstellt werden. Daher werden die Zeilen in einem Code reduziert und Speicherplatz gespart. Bei einem Array beginnt der Indexwert für das erste Element mit 0.

2. Stapeln

Die Datenstruktur folgt der LIFO-Regel (Last In-First Out), bei der das zuletzt hinzugefügte Datenelement zuerst entfernt wird. Die Push-Operation wird verwendet, um ein Datenelement auf einem Stack hinzuzufügen, und die Pop-Operation wird verwendet, um die Daten aus dem Stack zu löschen. Dies lässt sich am Beispiel von aufeinander gestapelten Büchern erklären. Um auf das letzte Buch zugreifen zu können, müssen alle Bücher, die auf das letzte Buch gelegt wurden, sicher entfernt werden.

3. Warteschlange

Diese Struktur ähnelt fast dem Stack, da die Daten sequentiell gespeichert werden. Der Unterschied besteht darin, dass die Warteschlangen-Datenstruktur dem FIFO folgt, was der First-In-First-Out-Regel entspricht, bei der das erste hinzugefügte Element die Warteschlange zuerst verlassen soll. Vorne und hinten sind die beiden Begriffe, die in einer Warteschlange verwendet werden.

Enqueue ist die Einfügeoperation und Dequeue ist die Löschoperation. Ersteres wird am Ende der Warteschlange durchgeführt und letzteres wird am Anfangsende durchgeführt. Die Datenstruktur lässt sich am Beispiel von Personen erklären, die sich für eine Busfahrt anstellen. Die erste Person in der Reihe erhält die Möglichkeit, die Warteschlange zu verlassen, während die letzte Person die letzte verlässt.

4. Verknüpfte Liste

Verkettete Listen sind die Typen, bei denen die Daten in Form von Knoten gespeichert werden, die aus einem Datenelement und einem Zeiger bestehen. Die Verwendung des Zeigers besteht darin, dass er auf den Knoten zeigt oder lenkt, der sich neben dem Element in der Sequenz befindet. Die in einer verknüpften Liste gespeicherten Daten können jede Form haben, Zeichenfolgen, Zahlen oder Zeichen. Sowohl sortierte als auch unsortierte Daten können zusammen mit eindeutigen oder doppelten Elementen in einer verknüpften Liste gespeichert werden.

5. Hash-Tabellen

Diese Typen können als lineare oder nichtlineare Datenstrukturen implementiert werden. Die Datenstrukturen bestehen aus Schlüssel-Wert-Paaren.

Nichtlineare Datenstruktur

Diese Datenstrukturen folgen keiner Linearität. Wie der Name schon sagt, werden die Daten in einer Weise angeordnet, die nicht der zusammenhängenden Weise folgt. Die Elemente haben keinen festgelegten Pfad zum Verbinden mit den anderen Elementen, sondern mehrere Pfade. Das Durchlaufen der Elemente in einem Durchlauf ist nicht möglich, da die Daten nichtlinear angeordnet sind.

Verglichen mit der linearen Struktur, wo ein Element mit beiden benachbarten Elementen verbunden ist, kann in diesem Fall ein Element mit anderen Elementen verbunden werden, die nicht nur zwei sein müssen. Die Implementierung von nichtlinearen Daten ist nicht einfach, aber der Computerspeicher wird unter Verwendung dieser Art von Struktur effizient genutzt.

Die Arten von Strukturen, die der Nichtlinearität folgen, sind Bäume und Graphen.

1. Bäume

Eine Baumdatenstruktur besteht aus verschiedenen Knoten, die miteinander verbunden sind. Die Struktur eines Baums ist hierarchisch und bildet eine Beziehung wie die des Elternteils und eines Kinds. Die Struktur des Baums ist so aufgebaut, dass es für jede Eltern-Kind-Knotenbeziehung eine Verbindung gibt. Zwischen der Wurzel und einem Knoten im Baum sollte nur ein Pfad vorhanden sein. Es gibt verschiedene Arten von Bäumen basierend auf ihren Strukturen wie AVL-Baum, binärer Baum, binärer Suchbaum usw.

2. Grafik

Graphen sind solche nichtlinearen Datenstrukturen, die aus einer bestimmten Menge von Ecken und Kanten bestehen. Die Eckpunkte oder die Knoten sind an der Speicherung von Daten beteiligt und die Kanten zeigen die Eckpunktbeziehung. Der Unterschied zwischen einem Graphen und einem Baum besteht darin, dass es in einem Graphen keine spezifischen Regeln für die Verbindung von Knoten gibt. Durch die Grafiken können reale Probleme wie soziale Netzwerke, Telefonnetze usw. dargestellt werden.

Zur Darstellung der Graphen wird eine Adjazenzmatrix verwendet.

Unterschied zwischen linearen und nichtlinearen Datenstrukturen

Wir haben die linearen und nichtlinearen Typen von Datenstrukturen diskutiert. Aber was sind die wichtigsten Punkte, die die lineare vs. nichtlineare Datenstruktur definieren?

Der Unterschied zwischen linearer und nichtlinearer Datenstruktur ist unten tabelliert:

Bedeutung der Datenstruktur

Alle soliden Computerprogramme bauen auf dem Konzept von Datenstrukturen auf. Ohne die Verwendung der richtigen Datenstruktur kann kein Programm effizient aufgebaut werden. Da die Computerprogramme bei großen Datenmengen eine enorme Zuverlässigkeit aufweisen, ist für einen einfachen Datenzugriff eine effiziente Speicherung der Informationen erforderlich. Die Anwendung einer Datenstruktur ermöglicht das logische Speichern von Daten für eine einfache Änderung und einen einfachen Zugriff.

Fazit

Datenstrukturen sind mit der Zunahme der Datengröße komplex geworden. Der Artikel gab einen kurzen Überblick über die Arten von Datenstrukturen und hob die Hauptunterschiede zwischen einer linearen und einer nichtlinearen Datenstruktur hervor. Unterschiedliche Datenstrukturen haben jedoch unterschiedliche Anwendungen.

Die Verwendung der Datenstruktur wie Hinzufügen, Löschen, Zugreifen auf Elemente, Ändern von Elementen muss jeweils eingehend studiert werden, um ein Expertenverständnis der Datenstrukturen zu erlangen. Der erste wichtige Schritt zu einem guten Programmierer ist jedoch ein grundlegendes Verständnis des Konzepts. Das Erlernen von Datenstrukturen ermöglicht das einfache Verständnis verschiedener Programmiersprachen. Ob Python, C++ oder Java, das Konzept bleibt gleich.

Da wir uns im Zeitalter der künstlichen Intelligenz befinden, ist die Kenntnis der Sprachen des maschinellen Lernens für diejenigen, die in der KI arbeiten möchten, sehr wichtig. Die Speicherung von Daten in effizienter Form hat Anwendungen in den Modellen des maschinellen Lernens gefunden. Da Datenstrukturen die Grundlage von maschinellen Lernprogrammen bilden, sollte das Hauptaugenmerk auf deren Verständnis liegen.

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