Cosa sono le strutture dati e l'algoritmo

Una struttura dati organizza i dati in un sistema virtuale. Il suo esempio può essere sequenze di numeri, dati o tabelle. Le strutture dati rappresentano il metodo programmatico di archiviazione dei dati per garantire un utilizzo efficiente. La maggior parte delle applicazioni aziendali utilizza diversi tipi di strutture dati.

Un algoritmo è una serie di passaggi che un computer esegue prendendo l'input e trasformandolo in un output di destinazione. In altre parole, è un processo passo dopo passo che definisce un insieme di istruzioni da implementare in un ordine specifico per ottenere l'output desiderato. In genere, gli algoritmi vengono creati indipendentemente dai linguaggi sottostanti. Significa che un algoritmo può essere eseguito in più linguaggi di programmazione.

Le strutture dati e gli algoritmi si combinano e aiutano i programmatori a creare diversi programmi per computer. Uno studio approfondito delle strutture dati e degli algoritmi garantisce un codice efficiente e ben ottimizzato.

In informatica, tutti i programmi, i software e le applicazioni includono due elementi fondamentali: (i) dati e (ii) algoritmi. I dati sono informazioni e gli algoritmi sono insiemi di istruzioni che convertono i dati grezzi in componenti preziosi per l'ulteriore programmazione. Puoi ricordare le seguenti equazioni per evitare confusione:

Insieme di dati correlati + Insieme di operazioni consentite sui dati = Strutture dati

Strutture dati + Algoritmi = Programmi

Le sezioni seguenti ti danno una comprensione dei motivi per imparare la struttura dei dati e gli algoritmi , come lavorano insieme, le loro applicazioni e la struttura dei dati e gli algoritmi standard.

Cominciamo con l'importanza delle strutture dati e dei loro tipi:

Perché la struttura dei dati?

La comprensione delle strutture dati ti consente di comprendere e scegliere quella appropriata per il tuo progetto e le tue esigenze. Di conseguenza, è possibile scrivere codice efficiente in termini di tempo e memoria.

Tipi di struttura dei dati

Le strutture dati si dividono principalmente in due categorie:

1) Struttura dati lineare

2) Struttura dati non lineare

1) Strutture dati lineari:

In questi tipi di strutture dati, gli elementi sono organizzati in sequenza. Poiché gli elementi sono disposti in un ordine specifico, l'implementazione diventa facile. Tuttavia, con l'aumento della complessità del programma, le strutture dati lineari potrebbero non essere la scelta più adatta.

Le strutture dati lineari prevalenti sono:

1. Struttura dei dati dell'array
2. Impila la struttura dei dati
3. Struttura dei dati della coda
4. Struttura dei dati dell'elenco collegato

1. Struttura dei dati dell'array:

In un array, tutti gli elementi sono organizzati in memoria continua, con tutti appartenenti allo stesso tipo. Il linguaggio di programmazione determina il tipo di elementi memorizzati sotto forma di array. Ad esempio, se è necessario archiviare i dati in sequenza nella memoria, è possibile utilizzare la struttura dei dati Array.

2. Struttura dei dati dello stack:

Gli elementi sono memorizzati nel metodo LIFO. Significa che l'ultimo elemento memorizzato in una pila verrebbe rimosso per primo. Il suo funzionamento è identico alle pile di lastre in cui l'ultima lastra posta sulla pila verrà scartata per prima.

3. Struttura dei dati della coda:

Questa struttura dati adotta il metodo FIFO, ovvero il primo elemento memorizzato nella coda verrà rimosso per primo. Il suo funzionamento è identico a una coda di studenti allo sportello di ammissione in cui il primo studente in coda ottiene l'ammissione per primo.

4. Struttura dei dati dell'elenco collegato:

Gli elementi di dati sono collegati tramite una serie di nodi. Ogni nodo include gli elementi di dati e gli indirizzi al nodo successivo.

Ottieni la certificazione di data science dalle migliori università del mondo. Scopri i programmi Executive PG, i programmi di certificazione avanzata o i programmi di master per accelerare la tua carriera.

2) Strutture dati non lineari

A differenza delle strutture dati lineari, gli elementi presenti nelle strutture dati non lineari non sono organizzati in sequenza. Sono organizzati in un metodo gerarchico in cui un elemento sarà collegato a uno o più elementi.

Il seguente elenco mostra la classificazione delle strutture dati non lineari:

1. Struttura dei dati del grafico
2. Struttura dei dati degli alberi

1. Struttura dei dati del grafico

Nella struttura dei dati del grafo , ogni nodo è noto come vertice e ogni vertice è collegato ad altri vertici tramite bordi.

Le famose Strutture Dati Grafici:

• Componenti fortemente connessi
• Spanning Tree e Minimum Spanning Tree
• Elenco delle adiacenze
• Matrice di adiacenza

2. Struttura dei dati degli alberi

Identico a un grafico, un albero è un assortimento di spigoli e vertici. Ma in questa struttura dati può esserci solo un bordo tra i due vertici.

Le famose strutture dati ad albero:

• Albero di ricerca binario
• Albero binario
• B-Albero
• B+ Albero
• Albero AVV
• Albero Rosso-Nero

Dai un'occhiata ai nostri programmi di scienza dei dati negli Stati Uniti

Motivi per imparare la struttura dei dati e gli algoritmi:

Che si tratti di marketing, viaggi o produzione, la digitalizzazione supporta la programmazione. La programmazione è vista in tutti i campi di applicazione e tutte queste applicazioni richiedono professionisti IT esperti. Le strutture dati e gli algoritmi sono gli aspetti fondamentali di qualsiasi pezzo di codice o programma informatico.

Con l'aumento della complessità delle applicazioni, i tre problemi comuni affrontati sono:

• Velocità del processore:

Sebbene la velocità del processore possa essere molto elevata, sarà limitata se il volume di dati aumenta fino a un miliardo di record.

• Ricerca dati:

Man mano che i dati crescono, la ricerca diventa più lenta. Ad esempio, supponiamo che un negozio abbia 1 milione di articoli. Se l'applicazione richiede la ricerca di un elemento, dovrà cercarlo 1 milione di volte ogni volta, il che rallenta il processo di ricerca dei dati.

• Richieste multiple:

Molti utenti cercano i dati contemporaneamente su un server web, quindi anche il server veloce a volte è inefficiente durante il processo di ricerca dei dati.

Le strutture dati e gli algoritmi sono utili per risolvere questi problemi sopra menzionati. Organizzano i dati in modo che non sia necessario cercare tutti gli elementi e che i dati mirati possano essere cercati all'istante.

Come funzionano insieme le strutture dati e gli algoritmi?

Vari algoritmi sono progettati per raggiungere scopi diversi. Interagiscono con varie strutture di dati ma con una scala di complessità computazionale identica. Gli algoritmi sono considerati come pezzi fondamentali dinamici che interagiscono con strutture dati statiche.

I dati sono espressi in modo flessibile nel codice. Una volta che sai come vengono sviluppati gli algoritmi e come funziona semanticamente una famiglia di linguaggi correlati, puoi generalizzarli in vari linguaggi di programmazione. Quando esamini i fondamenti dei linguaggi di programmazione e i loro principi di consolidamento, puoi passare facilmente da un linguaggio all'altro e impararli più velocemente.

Strutture dati e algoritmi comunemente usati:

L'elenco seguente mostra quelle strutture di dati che troverai in vari linguaggi di programmazione:

• Code
• Pile
• Liste collegate
• Mappe
• Imposta
• Cerca alberi
• Tabelle hash

Ognuna di queste strutture di dati e algoritmi ha la sua complessità computazionale unica per funzioni correlate come l'aggiunta di elementi e il calcolo di misure aggregate (ad esempio, trovare la media per la struttura di dati sottostante).

Le categorie comuni di algoritmi sono:

• Ordina - (ordina gli elementi in un ordine specifico)
• Cerca (cerca un elemento in una struttura dati)
• Insert – (inserisce un elemento in una struttura dati)
• Aggiorna (aggiorna un elemento esistente in una struttura dati)
• Elimina (elimina un elemento esistente da una struttura dati)

Altre categorie di algoritmi includono:

• Programmazione dinamica
• Grafico/albero che attraversa
• Hashing e regex (corrispondenza del modello di stringa)

Applicazioni di strutture dati e algoritmi

Le strutture dati e gli algoritmi aiutano a risolvere i seguenti tipi di problemi informatici:

• Problema dello zaino
• Percorso più breve da Dijkstra
• Serie di numeri di Fibonacci
• Percorso più breve di tutte le coppie di Floyd-Warshall
• Torre di Hanoi
• Programmazione del progetto

Le strutture dati e gli algoritmi sono utilizzati in varie applicazioni nei processi IT e come strutture dati e algoritmi in Python . Alcuni di essi sono discussi qui:

• Archivio dati:

Le strutture di dati supportano un'efficiente persistenza dei dati, incluso il riconoscimento delle raccolte di indicatori e l'elenco in base alle strutture corrispondenti. Pertanto, le strutture dati e gli algoritmi sono molto utili nei sistemi di gestione dei database per l'archiviazione dei record.

• Scambio dati:

Le informazioni organizzate vengono facilmente distribuite tra varie applicazioni, compresi i pacchetti TCP/IP.

• Scalabilità:

Le applicazioni Big Data dipendono immensamente dalle strutture dati e dagli algoritmi per l'archiviazione dei dati su posizioni di archiviazione distribuite. Pertanto, le prestazioni e la scalabilità sono potenziate.

• Gestione delle risorse:

Le strutture di dati come gli elenchi collegati aumentano le prestazioni di funzioni come la gestione delle directory dei file, l'elaborazione delle code di pianificazione e l'allocazione della memoria. Tutte queste funzioni costituiscono il nucleo della gestione delle risorse e dei servizi nelle aziende più grandi.

Conclusione

Strutture dati e algoritmi ti aiutano a creare in modo efficiente vari programmi per computer. Seguono una serie precisa di istruzioni in un ordine specifico per fornire l'output desiderato. Il tuo interesse per la struttura dei dati e gli algoritmi può dare il via alla tua carriera nella scienza dei dati e, per avviarla, niente è meglio del programma di Master of Science in Data Science di UpGrad . Questo programma a tempo pieno di 2 anni copre il curriculum all'avanguardia derivato da una delle 100 migliori università globali del mondo, l'Università dell'Arizona.

Iscriviti per saperne di più!