O que são estruturas de dados e algoritmos

Uma estrutura de dados organiza os dados em um sistema virtual. Seu exemplo pode ser sequências de números, dados ou tabelas. Estruturas de dados representam o método programático de armazenamento de dados para garantir o uso eficiente. A maioria dos aplicativos corporativos usa diferentes tipos de estruturas de dados.

Um algoritmo é uma série de etapas que um computador executa, recebendo entrada e transformando-a em uma saída de destino. Em outras palavras, é um processo passo a passo que define um conjunto de instruções a serem implementadas em uma ordem específica para obter a saída desejada. Geralmente, os algoritmos são criados independentemente das linguagens subjacentes. Isso significa que um algoritmo pode ser executado em várias linguagens de programação.

Estruturas de dados e algoritmos combinam e ajudam os programadores a construir diferentes programas de computador. Um estudo profundo sobre estruturas de dados e algoritmos garante um código eficiente e bem otimizado.

Na ciência da computação, todos os programas, software e aplicativos incluem dois elementos fundamentais – (i) Dados e (ii) Algoritmos. Os dados são informações e os algoritmos são conjuntos de instruções que convertem os dados brutos em componentes valiosos para programação posterior. Você pode se lembrar das seguintes equações para evitar confusão:

Conjunto de dados relacionados + Conjunto de operações permitidas nos dados = Estruturas de dados

Estruturas de dados + Algoritmos = Programas

As seções a seguir fornecem uma compreensão dos motivos para aprender Estrutura de Dados e Algoritmos , como eles funcionam juntos, seus aplicativos e Estrutura de Dados e Algoritmos padrão.

Vamos começar com a importância das estruturas de dados e seus tipos:

Por que estrutura de dados?

Compreender as estruturas de dados permite que você compreenda e escolha o apropriado para o seu projeto e requisitos. Como resultado, você pode escrever código com eficiência de tempo e memória.

Tipos de estrutura de dados

As estruturas de dados são divididas principalmente em duas categorias:

1) Estrutura de dados linear

2) Estrutura de dados não linear

1) Estruturas de dados lineares:

Nesses tipos de estruturas de dados, os elementos são organizados em sequência. Como os elementos são organizados em uma ordem específica, a implementação torna-se fácil. No entanto, com o aumento da complexidade do programa, as estruturas de dados lineares podem não ser a escolha mais adequada.

As estruturas de dados lineares predominantes são:

1. Estrutura de dados de matriz
2. Estrutura de dados da pilha
3. Estrutura de Dados da Fila
4. Estrutura de dados de lista encadeada

1. Estrutura de dados da matriz:

Em um array, todos os elementos são organizados em memória contínua, sendo todos pertencentes ao mesmo tipo. A linguagem de programação determina o tipo dos elementos armazenados na forma de arrays. Por exemplo, se você precisar armazenar dados sequencialmente na memória, poderá usar a estrutura de dados Array.

2. Estrutura de dados da pilha:

Os elementos são armazenados no método LIFO. Isso significa que o último elemento armazenado em uma pilha seria removido primeiro. Seu funcionamento é idêntico às pilhas de pratos em que o último prato colocado na pilha será descartado primeiro.

3. Estrutura de dados da fila:

Essa estrutura de dados adota o método FIFO, ou seja, o primeiro elemento armazenado na fila será retirado primeiro. Seu funcionamento é idêntico a uma fila de alunos no balcão de admissão onde o primeiro aluno da fila é o primeiro a entrar.

4. Estrutura de dados da lista encadeada:

Os elementos de dados são vinculados por meio de uma série de nós. Cada nó inclui os itens de dados e endereços para o nó seguinte.

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2) Estruturas de dados não lineares

Ao contrário das estruturas de dados lineares, os elementos presentes nas estruturas de dados não lineares não são organizados em uma sequência. Eles são organizados em um método hierárquico onde um elemento será vinculado a um ou vários elementos.

A lista a seguir mostra a classificação de estruturas de dados não lineares:

1. Estrutura de dados do gráfico
2. Estrutura de Dados das Árvores

1. Estrutura de dados do gráfico

Na estrutura de dados do grafo , cada nó é conhecido como um vértice e cada vértice está vinculado a outros vértices por meio de arestas.

As famosas estruturas de dados do gráfico:

• Componentes fortemente conectados
• Spanning Tree e Spanning Tree Mínimo
• Lista de Adjacência
• Matriz de adjacência

2. Estrutura de dados das árvores

Idêntica a um grafo, uma árvore é uma variedade de arestas e vértices. Mas nesta estrutura de dados, só pode haver uma aresta entre os dois vértices.

As famosas estruturas de dados baseadas em árvore:

• Árvore de Pesquisa Binária
• árvore binária
• Árvore B
• Árvore B+
• Árvore AVL
• árvore rubro-negra

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Razões para aprender Estrutura de Dados e Algoritmos:

Quer se trate de marketing, viagens ou manufatura, a digitalização oferece suporte à programação. A programação é vista em todos os campos de aplicações, e todas essas aplicações exigem profissionais de TI especializados. Estruturas de dados e algoritmos são as facetas fundamentais de qualquer código ou programa de computador.

Com o aumento da complexidade das aplicações, os três problemas comuns enfrentados são:

• Velocidade do processador:

Embora a velocidade do processador possa ser muito alta, ela será limitada se o volume de dados aumentar para um bilhão de registros.

• Pesquisa de dados:

À medida que os dados crescem, a pesquisa se torna mais lenta. Por exemplo, suponha que uma loja tenha 1 milhão de itens. Se o aplicativo exigir a busca de um item, ele terá que procurá-lo 1 milhão de vezes todas as vezes, o que torna o processo de busca de dados mais lento.

• Múltiplos pedidos:

Muitos usuários pesquisam dados simultaneamente em um servidor da Web, portanto, mesmo o servidor rápido às vezes é ineficiente durante o processo de pesquisa de dados.

Estruturas de dados e algoritmos são úteis para resolver esses problemas mencionados acima. Eles organizam os dados para que todos os itens não precisem ser pesquisados, e os dados direcionados podem ser pesquisados ​​instantaneamente.

Como estruturas de dados e algoritmos funcionam juntos?

Vários algoritmos são projetados para atingir diferentes propósitos. Eles interagem com várias estruturas de dados, mas com uma escala de complexidade computacional idêntica. Os algoritmos são considerados como peças centrais dinâmicas interagindo com estruturas de dados estáticos.

Os dados são expressos de forma flexível em código. Depois de saber como os algoritmos são desenvolvidos e como uma família relacionada de linguagens funciona semanticamente, você pode generalizá-los em várias linguagens de programação. Ao passar pelos fundamentos das linguagens de programação e seus princípios consolidados, você pode alternar facilmente entre as várias linguagens e aprendê-las mais rapidamente.

Estruturas de dados e algoritmos comumente usados:

A lista a seguir mostra as estruturas de dados que você encontrará em várias linguagens de programação:

• Filas
• Pilhas
• listas vinculadas
• Mapas
• Conjuntos
• Pesquisar árvores
• Tabelas de hash

Cada uma dessas estruturas de dados e algoritmos tem sua complexidade computacional exclusiva para funções relacionadas, como adicionar itens e calcular medidas agregadas (por exemplo, encontrar a média para a estrutura de dados subjacente).

As categorias comuns de algoritmos são:

• Classificar – (classificar itens em uma ordem específica)
• Pesquisar (pesquisa um item em uma estrutura de dados)
• Inserir – (insere item em uma estrutura de dados)
• Atualizar (atualiza um item existente em uma estrutura de dados)
• Excluir (exclui um item existente de uma estrutura de dados)

Outras categorias de algoritmos incluem:

• Programaçao dinamica
• Travessia de gráfico/árvore
• Hashing e regex (correspondência de padrão de string)

Aplicações de Estruturas de Dados e Algoritmos

Estruturas de dados e algoritmos ajudam a resolver os seguintes tipos de problemas de computador:

• problema da mochila
• Caminho mais curto por Dijkstra
• série de números de Fibonacci
• Caminho mais curto de todos os pares por Floyd-Warshall
• Torre de Hanói
• cronograma do projeto

Estruturas de dados e algoritmos são usados ​​em várias aplicações em processos de TI e como estruturas de dados e algoritmos em python . Alguns deles são discutidos aqui:

• Armazenamento de dados:

As estruturas de dados suportam persistência de dados eficiente, incluindo o reconhecimento de coleções de indicadores e listagem de acordo com as estruturas correspondentes. Portanto, estruturas de dados e algoritmos são bastante úteis em sistemas de gerenciamento de banco de dados para armazenamento de registros.

• Troca de dados:

As informações organizadas são facilmente distribuídas entre vários aplicativos, incluindo pacotes TCP/IP.

• Escalabilidade:

Os aplicativos de big data dependem imensamente de estruturas de dados e algoritmos para armazenamento de dados em locais de armazenamento distribuídos. Assim, o desempenho e escalabilidade são impulsionados.

• Gestão de recursos:

Estruturas de dados, como listas encadeadas, aumentam o desempenho de funções como gerenciamento de diretório de arquivos, filas de agendamento de processamento e alocação de memória. Todas essas funções constroem o núcleo de gerenciamento de recursos e serviços em grandes corporações.

Conclusão

Estruturas de dados e algoritmos ajudam você a construir vários programas de computador com eficiência. Eles seguem um conjunto preciso de instruções em uma ordem específica para fornecer a saída desejada. Seu interesse em estrutura de dados e algoritmos pode impulsionar sua carreira em ciência de dados e, para iniciá-la, nada melhor do que o programa de Mestrado em Ciência de Dados da UpGrad . Este programa de período integral de 2 anos abrange o currículo de ponta derivado de uma das 100 melhores universidades globais do mundo, a Universidade do Arizona.

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