Линейная и нелинейная структура данных: разница между линейной и нелинейной структурой данных

Что такое структура данных?

Будучи новичком или экспертом, термин «структура данных» будет постоянно слышен всем, кто занимается программированием. Понимание структур данных всегда имеет решающее значение для того, чтобы стать хорошим программистом. Многие темы связаны со структурами данных с упором на то, какие структуры на самом деле являются важными. Поэтому, чтобы стать успешным программистом, настоятельно рекомендуется знание структуры данных.

Структура данных относится к процессу, с помощью которого данные могут храниться и организовываться таким образом, чтобы пользователь мог получить к ним доступ и эффективно использовать их. Присутствуют различные алгоритмы для работы со структурами данных. Таким образом, структура данных включает в себя группу значений данных, их отношение к другим элементам, а также операции, которые можно выполнять над значениями данных.

Это может быть упрощено как:

Программы = алгоритмы + структуры данных

Структуры данных = связанные данные + разрешенные операции над этими данными

Хранение данных может осуществляться двумя способами. Структуры данных можно разделить на:

• Линейная структура данных
• Нелинейная структура данных

Линейная структура данных

Это типы структур, в которых хранение данных происходит последовательно или линейно. Здесь каждый элемент, хранящийся в структуре, связан с соседними элементами. Доступ к элементам можно получить за один проход, поскольку они расположены линейно. Кроме того, будучи линейно сохраненным в памяти, реализация представляет собой простой процесс. Различные типы:

1. Массив

Массив — это тип структуры данных, в которой хранятся элементы одного типа. Это самые основные и фундаментальные структуры данных. Данные, хранящиеся в каждой позиции массива, получают положительное значение, называемое индексом элемента. Индекс помогает определить расположение элементов в массиве.

Если предположительно нам нужно хранить какие-то данные, например цену десяти автомобилей, то мы можем создать структуру массива и хранить все целые числа вместе. Для этого не нужно создавать десять отдельных целочисленных переменных. Таким образом, строки в коде сокращаются, а память экономится. Значение индекса начинается с 0 для первого элемента в случае массива.

2. Стек

Структура данных следует правилу LIFO (Last In-First Out), согласно которому последний добавленный элемент данных удаляется первым. Операция push используется для добавления элемента данных в стек, а операция pop используется для удаления данных из стека. Это можно объяснить на примере книг, сложенных вместе. Чтобы получить доступ к последней книге, все книги, расположенные поверх последней книги, должны быть безопасно удалены.

3. Очередь

Эта структура почти аналогична стеку, поскольку данные хранятся последовательно. Разница в том, что структура данных очереди соответствует FIFO, что является правилом First In-First Out, где первый добавленный элемент должен выйти из очереди первым. Передний и задний — это два термина, которые следует использовать в очереди.

Enqueue — это операция вставки, а dequeue — операция удаления. Первое выполняется в конце очереди, а второе — в начале. Структуру данных можно объяснить на примере людей, стоящих в очереди, чтобы поехать на автобусе. Первый человек в очереди получит возможность выйти из очереди, а последний человек будет выходить последним.

4. Связанный список

Связанные списки — это типы, в которых данные хранятся в виде узлов, состоящих из элемента данных и указателя. Использование указателя заключается в том, что он указывает или направляет на узел, который находится рядом с элементом в последовательности. Данные, хранящиеся в связанном списке, могут иметь любую форму, строки, числа или символы. Как отсортированные, так и несортированные данные могут храниться в связанном списке вместе с уникальными или повторяющимися элементами.

5. Хэш-таблицы

Эти типы могут быть реализованы как линейные или нелинейные структуры данных. Структуры данных состоят из пар ключ-значение.

Нелинейная структура данных

Эти структуры данных не подчиняются линейности. Как следует из названия, данные расположены таким образом, что они не следуют непрерывному порядку. Элементы не имеют заданного пути для подключения к другим элементам, но имеют несколько путей. Обход элементов за один прогон невозможен, так как данные расположены нелинейно.

По сравнению с линейной структурой, где элемент соединен с обоими соседними элементами, в этом случае элемент может быть соединен с другими элементами, которых не обязательно должно быть только два. Реализация нелинейных данных непроста, но компьютерная память эффективно используется при использовании этого типа структуры.

Типы структур, следующих за нелинейностью, - это деревья и графики.

1. Деревья

Древовидная структура данных состоит из различных узлов, связанных друг с другом. Структура дерева иерархична, что формирует отношения, подобные родительскому и дочернему. Структура дерева сформирована таким образом, что для каждого отношения родительский-дочерний узел существует одно соединение. Между корнем и узлом дерева должен существовать только один путь. Существуют различные типы деревьев в зависимости от их структуры, такие как дерево AVL, двоичное дерево, двоичное дерево поиска и т. д.

2. График

Графы — это те типы нелинейных структур данных, которые состоят из определенного количества вершин и ребер. Вершины или узлы участвуют в хранении данных, а ребра показывают взаимосвязь вершин. Отличие графа от дерева в том, что в графе нет определенных правил соединения узлов. Реальные проблемы, такие как социальные сети, телефонные сети и т. д., могут быть представлены с помощью графиков.

Матрица смежности используется для представления графиков.

Разница между линейными и нелинейными структурами данных

Мы обсудили линейные и нелинейные типы структур данных. Но каковы ключевые моменты, которые определяют линейную и нелинейную структуру данных?

Разница между линейной и нелинейной структурой данных представлена ​​в таблице ниже:

Важность структуры данных

Любые солидные компьютерные программы построены на концепции структур данных. Ни одна программа не может быть эффективно построена без использования правильной структуры данных. Поскольку существует огромная надежность компьютерных программ для больших объемов данных, для легкого доступа к данным требуется эффективное хранение информации. Применение структуры данных позволяет логически хранить данные для легкого изменения и доступа.

Заключение

Структуры данных усложнились с увеличением размера данных. В статье дано краткое представление о типах структур данных с указанием основных различий между линейной и нелинейной структурой данных. Однако разные структуры данных имеют разные приложения.

Использование структуры данных, такое как добавление, удаление, доступ к элементам, изменение элементов, должно быть тщательно изучено, чтобы получить экспертное представление о структурах данных. Тем не менее, первый важный шаг на пути к хорошему программисту — это базовое понимание концепции. Изучение структур данных позволяет легко понять различные языки программирования. Будь то Python, C++ или Java, концепция остается неизменной.

Поскольку это эпоха искусственного интеллекта, знание языков машинного обучения очень важно для тех, кто стремится работать в области ИИ. Хранение данных в эффективной форме нашло применение в моделях машинного обучения. Поскольку структуры данных составляют основу программ машинного обучения, их понимание должно быть в центре внимания.

Если вы профессионал среднего уровня и мечтаете стать аналитиком данных, вы можете пройти курс «Магистр наук в области науки о данных для лидеров », предоставляемый upGrad. Курс будет обучать вас с помощью отраслевых экспертов, пока вы не станете мастером в этой области.

Он охватывает несколько тем, связанных с машинным обучением и ИИ, и содержит более 75 тематических исследований и проектов. Независимо от вашего пола и возраста, через несколько лет вы можете стать специалистом по данным. Если вы хотите узнать больше деталей или у вас есть какие-либо вопросы, напишите нам сообщение. Наша команда поможет вам.