Coada prioritară în structura datelor: tot ce trebuie să știți

Introducere

Cozile prioritare din structurile de date sunt o formă importantă de ADT-uri (Abstract Data Types). Fiecărui element i se atribuie o prioritate, care servește drept caracteristică pentru definirea și aranjarea lor.

ADTS este o parte a domeniului științei datelor, în care structurile de date sunt utilizate ca modele de aranjare pentru stocarea informațiilor și gestionarea operațiunilor precum accesul, adăugarea, căutarea și modificarea valorilor datelor. Metodologiile utilizate pentru această aranjare a datelor direcţionează modul în care acestea sunt organizate. Structurile de date determină, de asemenea, direcția fluxului de date și relațiile partajate în cadrul elementelor sistemului.

Experții au estimat că până în anul 2025, datele globale totale ar putea depăși 175 zettabytes. Pentru a gestiona cantități atât de mari de date, structurile de date sunt utilizate pentru a gestiona bazele de date mari și în scopuri de indexare în mod eficient. În timpul etapelor de programare sunt utilizate diferite tipuri de structuri de date, cum ar fi stive, cozi, matrice, heaps etc. Stivele și cozile sunt o formă liniară a structurilor de date, deoarece datele sunt stocate secvenţial, una după alta. Nu au ramuri, iar fiecare element/valoare de date trebuie aranjat în linie dreaptă.

Aranjarea stivelor și a cozilor

O stivă urmează o abordare LIFO (Last In First Out) pentru aranjarea stocării, în timp ce o coadă urmează un aranjament FIFO (First In First Out). Acesta este un factor important pentru diferențierea dintre aceste două structuri de date liniare. Aplicațiile lor sunt decise pe baza abordării lor LIFO/FIFO, deoarece depind de utilizarea lor unică de calcul.

Pentru a afla mai multe despre știința datelor și exemple de structuri de date, înscrieți- vă la Diploma PG în Big Data, găzduită de upGrad.com .

Pentru o coadă, FIFO stabilește că atunci când mai multe articole sunt adăugate în sistem, primul articol adăugat ar fi primul care va fi accesat/eliminat.

5 Operații de bază care pot fi efectuate într-o coadă

1. Queue: Această operație se efectuează atunci când dorim să adăugăm un element în coadă.

2. Scoatere din coadă: Acest operator este folosit pentru a elimina un element din coadă.

3. IsEmpty: Această operație este utilizată pentru a verifica dacă coada este goală și nu este posibilă nicio altă scoatere din coadă.

4. IsFull: Acest operator verifică dacă coada este plină și nu poate gestiona alte adăugări de coadă.

5. Peek: operatorul Peek reamintește/afișează pur și simplu valoarea/elementul de date așteptat din coadă fără a-l elimina din secvența alocată.

Aflați de ce Data Science este importantă și adaugă valoare afacerii prin intermediul acestui blog informativ de la upGrad.com.

Coada prioritară în structura datelor

Cozile de prioritate au o prioritate suplimentară asociată fiecăruia dintre elementele lor. Ei nu urmează abordările FIFO precum cozile tradiționale. În schimb, o coadă cu prioritate în structura datelor este aranjată astfel încât elementele „cu prioritate înaltă” să fie servite înaintea omologilor lor cu „prioritate scăzută”.

Valoarea elementului este adesea luată în considerare atunci când i se alocă valoarea prioritară. Coada cu prioritate diferă de o coadă tradițională într-un mod în care elementul cu cea mai mare prioritate ar fi preluat primul atunci când încercăm să eliminăm următorul element din coadă.

O altă condiție prealabilă a cozilor prioritare este ca datele introduse în aceste cozi să fie ordonate succesiv. Aceasta înseamnă că elementele individuale de date trebuie să fie comparabile între ele, astfel încât aranjamentul lor să poată fi secvențial de la mai jos la mai mare sau mai mare la mai mic. Acest lucru este necesar pentru a aloca elementele cozii cu prioritățile relative, pe baza comparației între ele.

Aplicațiile cozii de prioritate în structura de date implică de obicei combinarea lor cu alte structuri de date neordonate, cum ar fi grămezi, matrice, liste legate sau BST. Heap-urile oferă cea mai eficientă formă de combinație datorită prevederii pentru implementarea eficientă a cozilor prioritare.

Pentru a afla mai multe despre domeniul emergent al științei datelor și aplicațiile sale în industria de producție, consultați acest blog detaliat de la upGrad.com.

Operații acceptate într-o coadă prioritară

Operațiile dintr-o coadă de prioritate ajută la procesarea informațiilor introduse, eliminate, vizualizate și modificate. Aceste operații sunt utile și pentru parcurgerea între elementele cozii. Acestea sunt după cum urmează:

1. Is_empty : operațiunea is_empty verifică dacă coada conține vreun element în acest moment.

2. Insert_with_priority: Această operație adaugă un element la coadă, împreună cu valoarea de prioritate care trebuie asociată cu acesta.

3. Pull_highest_priority_element: Această operație elimină elementul cu cea mai mare prioritate din coadă în timp ce returnează valoarea acelui element.

4. Peek: operația Peek este utilizată pentru a „găsi-max” sau „găsește-min”, în funcție de rezultatele așteptate. Această operațiune nu elimină elementul max/min ci doar îl returnează.

Beneficiul utilizării grămezilor pentru coada de prioritate în structura datelor

Performanța O(log n) este observată pentru inserări și eliminări atunci când cozile prioritare se bazează pe un heap. Acest lucru îmbunătățește performanța, iar funcția O(n) este construită dintr-un set „n” de elemente. Împerecherea grămezilor și grămada Fibonacci oferă limite mai bune pentru operațiunile prioritare în coadă.

Pentru a afla în profunzime despre lista de priorități în structura datelor și multe alte concepte importante legate de domeniul de programare, înscrie-te la un curs online la upGrad .

Coada prioritară și elemente de sortare

Luând în considerare complexitatea de calcul, cozile de prioritate corespund algoritmilor de sortare datorită proprietății lor inerente. De exemplu, trebuie să colectăm toate elementele care necesită sortare și apoi să le introducem într-o coadă de prioritate.

Apoi, dacă eliminăm elementele secvenţial, rezultatul ar fi o ordine sortată a elementelor. Heapsort, Smoothsort, Selection Sort, Insertion Sort și Tree sort sunt numele unora dintre algoritmii de sortare care au o corelație echivalentă cu coada de prioritate din structurile de date.

Aplicații ale cozilor prioritare

Cozile prioritare din structura de date sunt de obicei implementate în combinație cu structurile de date Heap. Sunt utilizate în simulări pentru secvențierea, sortarea și urmărirea rutelor neexplorate. Cele două tipuri de cozi prioritare: Crescătoare și Descrescătoare, au propriul set de utilizări. Unele dintre aceste aplicații sunt:

• Managementul lățimii de bandă
• Simulare de evenimente discrete
• Algoritmul lui Dijkstra
• Codarea Huffman
• Cel mai bine primul algoritm de căutare
• Algoritmul de triangulare ROAM
• Algoritmul lui Prim pentru arborele de întindere minimă

Concluzie

În prezent, aproximativ 5 miliarde de consumatori sunt conectați direct și indirect la date. Până în 2025, peste 6 miliarde de oameni vor fi conectați la big data. IDC prezice o creștere de 10 ori pentru date și proiectează cerințe mari pentru oamenii de știință de date. Coada prioritară în structura de date este un concept semnificativ pentru programatori și oamenii de știință de date datorită corelării strânse și aplicării lor cu structurile de date heap.

Dacă sunteți curios să aflați despre știința datelor, consultați Diploma PG în știința datelor de la IIIT-B și upGrad, care este creată pentru profesioniști care lucrează și oferă peste 10 studii de caz și proiecte, ateliere practice practice, mentorat cu experți din industrie, 1- on-1 cu mentori din industrie, peste 400 de ore de învățare și asistență profesională cu firme de top.

Înscrierea la un curs internațional de master online în informatică de la Liverpool John Moores University sau la un curs PGD în curs de dezvoltare software Full Stack , DevOps etc., vă poate îmbunătăți perspectivele de angajare ca programator.

Învață cursuri de știință a datelor online de la cele mai bune universități din lume. Câștigă programe Executive PG, programe avansate de certificat sau programe de master pentru a-ți accelera cariera.