Что такое линейная структура данных? Список объясненных структур данных

Структуры данных — это данные, структурированные таким образом, чтобы пользователи могли эффективно их использовать. Поскольку компьютерная программа в значительной степени зависит от данных, а также требует большого объема данных для своей работы, поэтому очень важно упорядочить данные. Такое расположение данных в организованных структурах известно как структура данных.

Хранение данных в структурах данных позволяет осуществлять доступ, модификации и другие операции, которые можно выполнять над элементами данных. Расположение данных в основном выполняется на компьютере, поэтому для выполнения операций со структурами данных требуются соответствующие алгоритмы. Уменьшение пространства и снижение временной сложности различных задач является основной целью структур данных.

Наиболее важными элементами структуры данных являются:

• Большое количество данных организовано через каждый тип структуры данных.
• Каждая структура данных следует определенному принципу.
• Следует соблюдать основной принцип структуры данных, даже если над структурой данных выполняются какие-либо операции.

Расположение данных в структуре данных может следовать разным порядкам. Таким образом, структура данных классифицируется в зависимости от способа расположения данных. По сути, существует два типа структуры данных .

1. Примитивная структура данных
2. Непримитивная структура данных

Примитивный тип структуры данных включает предопределенные структуры данных, такие как char, float, int и double.

Непримитивные структуры данных используются для хранения набора элементов. Эту структуру данных можно разделить на

1. Линейная структура данных
2. Нелинейная структура данных.

Читайте: узнайте о различиях между линейной и нелинейной структурой данных.

В этой статье мы будем в основном обсуждать структуру данных, хранящую данные линейно.

Линейная структура данных

Это тип структуры данных, в котором расположение данных следует линейному тренду. Элементы данных располагаются линейно, так что элемент напрямую связан со своим предыдущим и последующим элементами. Поскольку элементы хранятся линейно, структура поддерживает одноуровневое хранение данных. И, следовательно, обход данных достигается только за один прогон.

Характеристики

• Это тип структуры данных, в которой данные хранятся и управляются в линейной последовательности.
• Элементы данных в последовательности связаны друг с другом.
• Реализация линейной структуры данных в памяти компьютера проста, поскольку данные организованы последовательно.
• Массив, очередь. Стек, связанный список и т. д. являются примерами такого типа структуры.
• Элементы данных, хранящиеся в структуре данных, имеют только одно отношение.
• Обход элементов данных может быть выполнен за один прогон, поскольку элементы данных хранятся на одном уровне.
• Существует плохое использование памяти компьютера, если реализована структура, хранящая данные линейно.
• С увеличением размера структуры данных увеличивается временная сложность структуры.

Таким образом, эти структуры можно резюмировать как тип структуры данных, в которой элементы хранятся последовательно и следуют порядку, где:

• Присутствует только один первый элемент , который имеет один следующий элемент.
• Присутствует только один последний элемент , который имеет один предыдущий элемент.
• Все остальные элементы в структуре данных имеют предыдущий и следующий элементы .

Список структуры данных в линейном типе структуры данных

1. Массив

Массив — это такой тип структуры, в котором однородные элементы хранятся в смежных ячейках памяти. Однотипные объекты хранятся последовательно в массиве. Основная идея массива заключается в том, что несколько данных одного типа могут храниться вместе. Перед сохранением данных в массиве необходимо определить размер массива. К любому элементу массива можно получить доступ или изменить его, а сохраненные элементы индексируются для определения их местонахождения.

Массив можно объяснить с помощью простого примера хранения оценок для всех учеников в классе. Предположим, что есть 20 студентов, тогда размер массива должен быть указан как 20. Тогда оценки всех студентов могут быть сохранены в созданном массиве без необходимости создавать отдельные переменные для оценок для каждого студента. Простой обход массива может привести к доступу к элементам.

2. Связанный список

Связный список — это такой тип структуры данных, в котором отдельные объекты хранятся последовательно. Каждый объект, хранящийся в структуре данных, будет иметь данные и ссылку на следующий объект. Последний узел связанного списка имеет ссылку на ноль. Первый элемент связанного списка известен как заголовок списка. Между связным списком и другими типами структур данных существует множество отличий. Это с точки зрения выделения памяти, внутренней структуры структуры данных и операций, выполняемых в связанном списке.

Переход к элементу в связанном списке — более медленный процесс по сравнению с массивами, поскольку индексация в массиве помогает найти элемент. Однако в случае связанного списка процесс должен начинаться с головы и проходить через всю структуру, пока не будет достигнут желаемый элемент. В отличие от этого, преимущество использования связанных списков состоит в том, что добавление или удаление элементов в начале может быть выполнено очень быстро.

Существует три типа связанных списков:

• Одиночный связанный список: этот тип структуры имеет адрес или ссылку следующего узла, хранящегося в текущем узле. Следовательно, узел, который в конце концов имеет адрес и ссылку как NULL. Пример: A->B->C->D->E->NULL.
• Двойной связанный список : как следует из названия, с каждым узлом связаны две ссылки. Одна ссылка указывает на предыдущий узел, а вторая ссылка указывает на следующий узел. Обход возможен в обоих направлениях, так как ссылка доступна для предыдущих узлов. Кроме того, для удаления не требуется явный доступ. Пример: NULL<-A<->B<->C<->D<->E->NULL.
• Связанный список, который является круговым: узлы в круговом связанном списке связаны таким образом, что формируется круг. Поскольку связанный список является круговым, у него нет конца и, следовательно, нет NULL. Этот тип связанного списка может следовать структуре как одиночного, так и двойного списка. Нет определенного начального узла, и любой узел из данных может быть начальным узлом. Ссылка последнего узла указывает на первый узел. Пример: A->B->C->D->E.

Свойства связанного списка:

• • Время доступа: O(n)
  • Время поиска: O(n)
  • Добавление элемента: O(1)
• Удаление элемента: O(1)

3. Стек

Стек — это еще один тип структуры, в котором элементы, хранящиеся в структуре данных, следуют правилу LIFO (последним пришел, первым ушел) или FILO (первый пришел последним). Два типа операций связаны со стеком, т. е. push и pop. Push используется, когда элемент должен быть добавлен в коллекцию, а pop используется, когда последний элемент должен быть удален из коллекции. Извлечение может быть выполнено только для последнего добавленного элемента.

Свойства стека:

• Добавление элемента: O(1)
• удаление элемента: O(1)
• Время доступа: O(n) [наихудший случай]
• Только один конец позволяет вставлять и удалять элемент.

Примеры стека включают удаление рекурсии. В сценариях, когда слово необходимо перевернуть, или при использовании редакторов, когда слово, которое было введено последним, будет удалено первым (с помощью операции отмены), используются стеки. Если вы хотите попробовать интересные проекты структур данных, нажмите, чтобы прочитать эту статью.

4. Очередь

Очередь — это тип структуры данных, в которой сохраняемые элементы следуют правилу «первым пришел — первым обслужен» (FIFO). Определенный порядок соблюдается для выполнения требуемых операций над элементами. Отличие очереди от стека заключается в удалении элемента, при этом самый последний добавленный объект удаляется из стека первым. Принимая во внимание, что в случае очереди элемент, который был добавлен первым, удаляется первым.

Оба конца структуры данных используются для вставки и удаления данных. Двумя основными операциями, управляющими структурой очереди, являются постановка в очередь и удаление из очереди. Постановка в очередь относится к процессу, в котором разрешена вставка элемента для сбора данных, а удаление из очереди относится к процессу, в котором разрешено удаление элементов, которые в данном случае являются первым элементом в очереди.

Свойства очереди:

• Вставка элемента: O(1)
• Удаление элемента: O(1)
• Время доступа: O(n)

Пример очереди: Подобно очередям, созданным во время ожидания автобуса или в любом другом месте, структура данных также следует тому же шаблону. Мы можем представить человека, ожидающего автобус и стоящего на первой позиции, как человека, который встал в очередь первым. Этот человек будет первым, кто сядет в автобус, т.е. выйдет из очереди. Очереди применяются, когда несколько пользователей совместно используют одни и те же ресурсы, и они должны обслуживаться в зависимости от того, кто пришел первым на сервер.

Заключение

Увеличение размера данных потребовало эффективного использования структур данных в компьютерных программах. Данные, если они не организованы структурированным образом, затрудняют выполнение задач над элементами.

Для бесперебойной работы всегда важно организовать ее так, чтобы компьютерные программы могли выполнять простые и эффективные операции. Если элементы данных организованы в последовательном порядке, то это называется линейной структурой данных, тогда как если элементы данных расположены нелинейно, это называется нелинейной структурой.

Широкое применение структуры данных наблюдается в языках машинного обучения, реальных задачах и т. д. Люди, которые мечтают работать в этой области, должны уметь овладеть этими понятиями.

Если вы хотите узнать больше, ознакомьтесь с программой upGrad Executive PG в области науки о данных, которая предоставляет платформу, которая превратит вас в успешных специалистов по данным. Курс по науке о данных, разработанный для любых профессионалов среднего уровня, предоставит вам все теоретические и практические знания, необходимые для вашего успеха. Так зачем ждать других вариантов, когда до успеха всего один клик. Если потребуется какая-либо помощь, мы будем рады вам помочь.