Was ist eine lineare Datenstruktur? Liste der erklärten Datenstrukturen

Datenstrukturen sind die Daten, die so strukturiert sind, dass sie von den Benutzern effizient verwendet werden können. Da das Computerprogramm stark auf die Daten angewiesen ist und für seine Leistung auch eine große Datenmenge benötigt, ist es daher sehr wichtig, die Daten zu ordnen. Diese Anordnung von Daten in organisierten Strukturen wird als Datenstruktur bezeichnet.

Das Speichern der Daten in Datenstrukturen ermöglicht den Zugriff, Modifikationen und andere Operationen, die auf die Datenelemente übertragen werden können. Die Anordnung der Daten erfolgt hauptsächlich in einem Computer, und daher sind geeignete Algorithmen erforderlich, um Operationen mit den Datenstrukturen durchzuführen. Das Hauptziel von Datenstrukturen besteht darin, Platz zu sparen und die zeitliche Komplexität verschiedener Aufgaben zu verringern.

Die wichtigsten Punkte in einer Datenstruktur sind:

• Eine große Datenmenge wird durch jede Art von Datenstruktur organisiert.
• Jede Datenstruktur folgt einem bestimmten Prinzip.
• Das Grundprinzip der Datenstruktur sollte auch dann eingehalten werden, wenn irgendwelche Operationen über die Datenstruktur ausgeführt werden.

Die Anordnung der Daten innerhalb einer Datenstruktur kann unterschiedlichen Reihenfolgen folgen. Eine Datenstruktur wird daher nach der Art der Anordnung der Daten klassifiziert. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Datenstrukturen .

1. Primitive Datenstruktur
2. Nicht primitive Datenstruktur

Der primitive Datenstrukturtyp umfasst die vordefinierten Datenstrukturen wie char, float, int und double.

Die nicht primitiven Datenstrukturen werden verwendet, um die Sammlung von Elementen zu speichern. Diese Datenstruktur kann weiter kategorisiert werden in

1. Lineare Datenstruktur
2. Nichtlineare Datenstruktur.

Lesen: Lernen Sie die Unterschiede zwischen linearer und nichtlinearer Datenstruktur kennen

In diesem Artikel werden wir hauptsächlich die Datenstruktur diskutieren, die Daten linear speichert.

Lineare Datenstruktur

Es ist eine Art Datenstruktur, bei der die Anordnung der Daten einem linearen Trend folgt. Die Datenelemente sind linear angeordnet, so dass das Element direkt mit seinen vorherigen und den nächsten Elementen verknüpft ist. Da die Elemente linear gespeichert werden, unterstützt die Struktur die Datenspeicherung auf einer Ebene. Und daher wird das Durchlaufen der Daten nur durch einen einzigen Durchlauf erreicht.

Eigenschaften

• Es ist eine Art Datenstruktur, in der Daten in einer linearen Reihenfolge gespeichert und verwaltet werden.
• Datenelemente in der Sequenz werden nacheinander verknüpft.
• Die Implementierung der linearen Datenstruktur in einem Computerspeicher ist einfach, da die Daten sequentiell organisiert sind.
• Array, Warteschlange. Stapel, verkettete Liste usw. sind Beispiele für diese Art von Struktur.
• Die in der Datenstruktur gespeicherten Datenelemente haben nur eine Beziehung.
• Das Durchlaufen der Datenelemente kann in einem einzigen Durchlauf durchgeführt werden, da die Datenelemente in einer einzigen Ebene gespeichert werden.
• Es gibt eine schlechte Nutzung des Computerspeichers, wenn eine Struktur implementiert wird, die Daten linear speichert.
• Mit zunehmender Größe der Datenstruktur nimmt die zeitliche Komplexität der Struktur zu.

Diese Strukturen können daher als eine Art Datenstruktur zusammengefasst werden, bei der die Elemente sequentiell gespeichert werden und der Reihenfolge folgen, in der:

• Es ist nur ein erstes Element vorhanden, das ein nächstes Element hat.
• Es ist nur ein letztes Element vorhanden, das ein vorheriges Element hat.
• Alle anderen Elemente in der Datenstruktur haben ein vorheriges und ein nächstes Element

Liste der Datenstruktur in einer linearen Datenstruktur

1. Array

Das Array ist die Art von Struktur, die homogene Elemente an Speicherstellen speichert, die zusammenhängend sind. Die gleichen Arten von Objekten werden sequentiell in einem Array gespeichert. Die Grundidee eines Arrays besteht darin, dass mehrere Daten desselben Typs zusammen gespeichert werden können. Bevor die Daten in einem Array gespeichert werden, muss die Größe des Arrays definiert werden. Auf jedes Element im Array kann zugegriffen oder es geändert werden, und die gespeicherten Elemente werden indiziert, um ihre Position zu identifizieren.

Ein Array kann anhand eines einfachen Beispiels erklärt werden, in dem die Noten aller Schüler einer Klasse gespeichert werden. Angenommen, es gibt 20 Schüler, dann muss die Größe des Arrays mit 20 angegeben werden. Die Noten aller Schüler können dann in dem erstellten Array gespeichert werden, ohne dass für jeden Schüler separate Variablen für Noten erstellt werden müssen. Einfache Traversierung des Arrays kann zum Zugriff auf die Elemente führen.

2. Verknüpfte Liste

Die verknüpfte Liste ist die Art von Datenstruktur, in der separate Objekte sequentiell gespeichert werden. Jedes in der Datenstruktur gespeicherte Objekt hat die Daten und einen Verweis auf das nächste Objekt. Der letzte Knoten der verketteten Liste hat einen Verweis auf null. Das erste Element der verknüpften Liste wird als Kopf der Liste bezeichnet. Es gibt viele Unterschiede zwischen einer verketteten Liste und anderen Typen von Datenstrukturen. Diese beziehen sich auf die Speicherzuweisung, die interne Struktur der Datenstruktur und die Operationen, die auf der verknüpften Liste ausgeführt werden.

Das Aufrufen eines Elements in einer verknüpften Liste ist im Vergleich zu Arrays ein langsamerer Prozess, da die Indizierung in einem Array beim Auffinden des Elements hilft. Im Fall einer verketteten Liste muss der Prozess jedoch am Kopf beginnen und die gesamte Struktur durchlaufen, bis das gewünschte Element erreicht ist. Im Gegensatz dazu hat die Verwendung von verketteten Listen den Vorteil, dass das Hinzufügen oder Löschen von Elementen am Anfang sehr schnell erledigt werden kann.

Es gibt drei Arten von verknüpften Listen:

• Einfach verkettete Liste: Bei diesem Strukturtyp wird die Adresse oder die Referenz des nächsten Knotens im aktuellen Knoten gespeichert. Also ein Knoten, der zuletzt die Adresse und Referenz als NULL hat. Beispiel: A->B->C->D->E->NULL.
• Eine doppelt verknüpfte Liste : Wie der Name schon sagt, sind jedem Knoten zwei Referenzen zugeordnet. Eine Referenz verweist auf den vorherigen Knoten, während die zweite Referenz auf den nächsten Knoten zeigt. Das Traversieren ist in beide Richtungen möglich, da die Referenz für die vorherigen Knoten verfügbar ist. Außerdem ist zum Löschen kein expliziter Zugriff erforderlich. Beispiel: NULL<-A<->B<->C<->D<->E->NULL.
• Verkettete Liste, die kreisförmig ist: Die Knoten in einer kreisförmigen verketteten Liste sind so verbunden, dass ein Kreis entsteht. Da die verknüpfte Liste kreisförmig ist, gibt es kein Ende und daher auch keine NULL. Diese Art von verketteter Liste kann der Struktur von sowohl einfach als auch doppelt folgen. Es gibt keinen spezifischen Startknoten und jeder Knoten aus den Daten kann der Startknoten sein. Die Referenz des letzten Knotens zeigt zum ersten Knoten. Beispiel: A->B->C->D->E.

Eigenschaften einer verknüpften Liste sind:

• • Zugriffszeit: O(n)
  • Suchzeit: O(n)
  • Element hinzufügen: O(1)
• Element löschen : O(1)

3. Stapeln

Der Stack ist ein anderer Strukturtyp, bei dem die in der Datenstruktur gespeicherten Elemente der Regel von LIFO (Last In, First Out) oder FILO (First In Last Out) folgen. Zwei Arten von Operationen sind einem Stack zugeordnet, nämlich Push und Pop. Push wird verwendet, wenn ein Element zur Sammlung hinzugefügt werden muss, und pop wird verwendet, wenn das letzte Element aus der Sammlung entfernt werden muss. Die Extraktion kann nur für das zuletzt hinzugefügte Element durchgeführt werden.

Eigenschaften eines Stacks sind:

• Element hinzufügen: O(1)
• Löschelement: O(1)
• Zugriffszeit: O(n) [Worst Case]
• Nur ein Ende ermöglicht das Einfügen und Löschen eines Elements.

Beispiele für den Stack umfassen das Entfernen der Rekursion. In Szenarien, in denen ein Wort rückgängig gemacht werden muss, oder bei der Verwendung von Editoren, wenn das zuletzt eingegebene Wort zuerst entfernt wird (mithilfe einer Undo-Operation), werden Stapel verwendet. Wenn Sie interessante Datenstrukturprojekte ausprobieren möchten, klicken Sie hier, um diesen Artikel zu lesen.

4. Warteschlange

Queue ist die Art von Datenstruktur, bei der die zu speichernden Elemente der First-In-First-Out-Regel (FIFO) folgen. Die bestimmte Reihenfolge wird befolgt, um die erforderlichen Operationen an den Elementen durchzuführen. Der Unterschied zwischen einer Warteschlange und einem Stapel liegt in der Entfernung eines Elements, wobei das zuletzt hinzugefügte Objekt zuerst in einem Stapel entfernt wird. Wohingegen bei einer Warteschlange das zuerst hinzugefügte Element zuerst entfernt wird.

Sowohl das Ende der Datenstruktur wird zum Einfügen als auch zum Entfernen von Daten verwendet. Die beiden Hauptoperationen, die die Struktur der Warteschlange bestimmen, sind Enqueue und Dequeue. Enqueue bezieht sich auf den Prozess, bei dem das Einfügen eines Elements in die Sammlung von Daten erlaubt ist, und Dequeue bezieht sich auf den Prozess, bei dem das Entfernen von Elementen erlaubt ist, was in diesem Fall das erste Element in der Warteschlange ist.

Eigenschaften einer Warteschlange sind:

• Element einfügen: O(1)
• Element löschen: O(1)
• Zugriffszeit: O(n)

Beispiel für die Warteschlange: Ähnlich wie bei den Warteschlangen, die während des Wartens auf den Bus oder anderswo gebildet werden, folgt auch die Datenstruktur demselben Muster. Wir können uns eine Person vorstellen, die auf den Bus wartet und an der ersten Position steht, als die Person, die zuerst in die Warteschlange kam. Diese Person wird die erste sein, die in einen Bus einsteigt, dh die Warteschlange verlässt. Warteschlangen werden angewendet, wenn mehrere Benutzer dieselben Ressourcen gemeinsam nutzen und sie auf der Grundlage bedient werden müssen, wer zuerst auf dem Server angekommen ist.

Fazit

Eine Zunahme der Datengröße hat die effiziente Verwendung von Datenstrukturen in Computerprogrammen erforderlich gemacht. Wenn Daten nicht strukturiert organisiert sind, wird die Ausführung von Aufgaben über die Elemente hinweg schwierig.

Für einen problemlosen Betrieb ist es immer wichtig, ihn so zu organisieren, dass einfache und effektive Operationen von Computerprogrammen ausgeführt werden können. Wenn die Datenelemente in sequentieller Reihenfolge organisiert sind, wird dies als lineare Datenstruktur bezeichnet, während sie als nichtlineare Struktur bezeichnet wird, wenn die Datenelemente auf nichtlineare Weise angeordnet sind.

Eine breite Anwendung der Datenstruktur wurde in maschinellen Lernsprachen, realen Problemen usw. beobachtet. Menschen, die davon träumen, in diesem Bereich zu arbeiten, sollten in der Lage sein, diese Konzepte zu beherrschen.

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