Ce sunt structurile de date și algoritmul

O structură de date organizează datele într-un sistem virtual. Exemplul său poate fi secvențe de numere, date sau tabele. Structurile de date reprezintă metoda programatică de stocare a datelor pentru a asigura o utilizare eficientă. Majoritatea aplicațiilor de întreprindere folosesc diferite tipuri de structuri de date.

Un algoritm este o serie de pași pe care îi execută un computer prin preluarea unei intrări și transformarea acesteia într-o ieșire țintă. Cu alte cuvinte, este un proces pas cu pas care definește un set de instrucțiuni care trebuie implementate într-o anumită ordine pentru a obține rezultatul dorit. În general, algoritmii sunt creați independent de limbajele de bază. Înseamnă că un algoritm poate fi executat în mai multe limbaje de programare.

Structurile de date și algoritmii combină și ajută programatorii să construiască diferite programe de calculator. Un studiu profund asupra structurilor și algoritmilor de date garantează un cod eficient și bine optimizat.

În informatică, toate programele, software-ul și aplicațiile includ două elemente fundamentale - (i) Date și (ii) algoritmi. Datele sunt informații, iar algoritmii sunt seturi de instrucțiuni care convertesc datele brute în componente valoroase pentru programare ulterioară. Vă puteți aminti următoarele ecuații pentru a evita confuzia:

Set de date aferente + Set de operațiuni permise asupra datelor = Structuri de date

Structuri de date + Algoritmi = Programe

Următoarele secțiuni vă oferă o înțelegere a motivelor pentru a învăța Structura datelor și algoritmii , modul în care aceștia funcționează împreună, aplicațiile lor și Structura și algoritmii standard de date.

Să începem cu importanța structurilor de date și a tipurilor acestora:

De ce Structura datelor?

Înțelegerea structurilor de date vă permite să înțelegeți și să alegeți cea potrivită pentru proiectul și cerințele dvs. Ca rezultat, puteți scrie cod de timp și de memorie eficient.

Tipuri de structură de date

Structurile de date sunt împărțite în principal în două categorii:

1) Structura liniară a datelor

2) Structura de date neliniară

1) Structuri liniare de date:

În aceste tipuri de structuri de date, elementele sunt organizate în ordine. Deoarece elementele sunt aranjate într-o anumită ordine, implementarea devine ușoară. Cu toate acestea, odată cu creșterea complexității programului, structurile de date liniare ar putea să nu fie cea mai potrivită alegere.

Structurile de date liniare predominante sunt:

1. Structura datelor matrice
2. Structura de date a stivei
3. Structura datelor în coadă
4. Structura de date a listei conectate

1. Structura datelor matrice:

Într-o matrice, toate elementele sunt organizate în memorie continuă, toate aparținând aceluiași tip. Limbajul de programare determină tipul elementelor stocate sub formă de tablouri. De exemplu, dacă trebuie să stocați date secvențial în memorie, puteți utiliza structura de date Array.

2. Structura de date a stivei:

Elementele sunt stocate în metoda LIFO. Înseamnă că ultimul element stocat într-o stivă va fi eliminat primul. Funcționarea sa este identică cu grămezile de farfurii în care ultima farfurie așezată pe grămadă va fi aruncată prima.

3. Structura datelor în coadă:

Această structură de date adoptă metoda FIFO, adică primul element stocat în coadă va fi luat primul. Funcționarea sa este identică cu o coadă de studenți la ghișeul de admitere, unde primul student din coadă primește admiterea primul.

4. Structura de date a listei conectate:

Elementele de date sunt legate printr-o serie de noduri. Fiecare nod include elementele de date și adresele către următorul nod.

Obțineți certificare în știința datelor de la cele mai bune universități din lume. Învață programe Executive PG, programe avansate de certificat sau programe de master pentru a-ți accelera cariera.

2) Structuri de date neliniare

Spre deosebire de structurile de date liniare, elementele prezente în structurile de date neliniare nu sunt organizate într-o secvență. Ele sunt organizate într-o metodă ierarhică în care un element va fi legat de unul sau mai multe elemente.

Următoarea listă arată clasificarea structurilor de date neliniare:

1. Structura datelor grafice
2. Structura datelor arborilor

1. Structura datelor grafice

În structura de date grafică , fiecare nod este cunoscut ca un vârf și fiecare vârf este legat de alte vârfuri prin muchii.

Celebrele structuri de date grafice:

• Componente puternic conectate
• Spanning Tree și Spanning Tree minim
• Lista adiacentei
• Matricea adiacentei

2. Structura datelor arborilor

Identic cu un grafic, un arbore este un sortiment de muchii și vârfuri. Dar în această structură de date, poate exista doar o margine între cele două vârfuri.

Celebrele structuri de date bazate pe arbore:

• Arborele de căutare binar
• Arborele binar
• B-Tree
• B+ Arborele
• Arborele AVL
• Arborele Roșu-Negru

Verificați programele noastre din SUA - Data Science

Motive pentru a învăța Structura datelor și algoritmi:

Fie că este vorba de marketing, călătorii sau producție, digitizarea acceptă programarea. Programarea este văzută în toate domeniile de aplicații și toate aceste aplicații necesită profesioniști IT experți. Structurile de date și algoritmii sunt fațetele fundamentale ale oricărei bucăți de cod sau program de calculator.

Odată cu creșterea complexității aplicațiilor, cele trei probleme comune cu care se confruntă sunt:

• Viteza procesorului:

Deși viteza procesorului poate fi foarte mare, aceasta va fi limitată dacă volumul de date crește la un miliard de înregistrări.

• Căutare de date:

Pe măsură ce datele cresc, căutarea devine mai lentă. De exemplu, să presupunem că un magazin are 1 milion de articole. Dacă aplicația solicită căutarea unui articol, va trebui să-l caute de 1 milion de ori de fiecare dată, ceea ce încetinește procesul de căutare a datelor.

• Cereri multiple:

Mulți utilizatori caută date simultan pe un server web, astfel încât chiar și serverul rapid este uneori ineficient în timpul procesului de căutare a datelor.

Structurile de date și algoritmii sunt utili pentru rezolvarea acestor probleme menționate mai sus. Ei organizează datele astfel încât toate articolele nu trebuie căutate, iar datele vizate pot fi căutate instantaneu.

Cum lucrează împreună structurile de date și algoritmii?

Diferiți algoritmi sunt proiectați pentru a îndeplini diferite scopuri. Ele interacționează cu diferite structuri de date, dar cu o scară de complexitate computațională identică. Algoritmii sunt considerați piese de bază dinamice care interacționează cu structurile de date statice.

Datele sunt exprimate flexibil în cod. Odată ce știți cum sunt dezvoltați algoritmii și cum funcționează semantic o familie de limbi înrudite, îi puteți generaliza în diferite limbaje de programare. Când parcurgeți elementele fundamentale ale limbajelor de programare și principiile de consolidare a acestora, puteți comuta cu ușurință între diferitele limbi și le puteți învăța mai repede.

Structuri și algoritmi de date utilizate în mod obișnuit:

Următoarea listă arată acele structuri de date pe care le veți găsi în diferite limbaje de programare:

• Cozile
• Stive
• Liste legate
• Hărți
• Seturi
• Căutați copaci
• Tabele de hash

Fiecare dintre aceste structuri de date și algoritmi are complexitatea sa de calcul unică pentru funcții conexe, cum ar fi adăugarea de elemente și calcularea măsurilor agregate (de exemplu, găsirea mediei pentru structura de date subiacentă).

Categoriile comune de algoritmi sunt:

• Sortare – (sortați articolele într-o anumită ordine)
• Căutare (căută un articol într-o structură de date)
• Inserare – (inserează elementul într-o structură de date)
• Actualizare (actualizează un element existent într-o structură de date)
• Șterge (șterge un element existent dintr-o structură de date)

Alte categorii de algoritmi includ:

• Programare dinamică
• Traversarea graficului/arborelui
• Hashing și regex (potrivire model șir)

Aplicații ale structurilor de date și algoritmilor

Structurile și algoritmii de date ajută la rezolvarea următoarelor tipuri de probleme de calculator:

• Problema la rucsac
• Cea mai scurtă cale pe Dijkstra
• Seria de numere Fibonacci
• Toate perechea cea mai scurtă cale de Floyd-Warshall
• Turnul din Hanoi
• Programarea proiectelor

Structurile și algoritmii de date sunt utilizați în diverse aplicații în procesele IT și ca structuri și algoritmi de date în python . Unele dintre ele sunt discutate aici:

• Stocare a datelor:

Structurile de date susțin persistența eficientă a datelor, inclusiv recunoașterea colecțiilor de indicatori și listarea în funcție de structurile corespunzătoare. Prin urmare, structurile de date și algoritmii sunt destul de utili în sistemele de management al bazelor de date pentru stocarea înregistrărilor.

• Schimb de date:

Informațiile organizate sunt ușor distribuite între diverse aplicații, inclusiv pachete TCP/IP.

• Scalabilitate:

Aplicațiile de date mari depind enorm de structurile de date și algoritmii pentru stocarea datelor peste locații de stocare distribuite. Prin urmare, performanța și scalabilitatea sunt îmbunătățite.

• Managementul resurselor:

Structurile de date, cum ar fi listele conectate, sporesc performanța funcțiilor precum gestionarea directoarelor de fișiere, procesarea cozilor de programare și alocarea memoriei. Toate aceste funcții construiesc nucleul managementului resurselor și serviciilor în corporațiile mai mari.

Concluzie

Structurile de date și algoritmii vă ajută să construiți eficient diverse programe de calculator. Ei urmează un set precis de instrucțiuni într-o anumită ordine pentru a oferi rezultatul dorit. Interesul dumneavoastră pentru structura datelor și algoritmi vă poate declanșa cariera în știința datelor și, pentru a o iniția, nimic nu este mai bun decât programul de master în știința datelor de la UpGrad . Acest program de 2 ani cu normă întreagă acoperă curriculumul de ultimă oră derivat de la una dintre cele mai bune 100 de universități globale din lume, Universitatea din Arizona.

Înscrie-te pentru a afla mai multe!