WAT ZIJN DATASTRUCTUREN: Definitie, typen en alles wat u moet weten

Inhoudsopgave Verbergen

Wat zijn datastructuren?
Wat zijn de classificaties van gegevensstructuur?
Soorten gegevensstructuur
Gegevensstructuren en algoritmen
Gegevensstructuren in Python
Waarom zijn gegevensstructuren belangrijk?
Hoe worden gegevensstructuren gebruikt?
Een gegevensstructuur kiezen
Wat zijn datastructuren voor dummies?
Wat is de meest voorkomende gegevensstructuur?
Wat is de eenvoudigste gegevensstructuur?
Conclusie
Gerelateerde artikelen
Referenties

Om informatie te organiseren op een manier die een bepaald doel dient, hebben experts verschillende datastructuren ontwikkeld, zowel eenvoudige als complexe. Gegevensstructuren zijn ontworpen om gegevens zodanig te ordenen dat ze begrijpelijk zijn en door zowel mensen als computers kunnen worden gebruikt. Lees verder terwijl we de soorten datastructuren in Python verkennen. We hebben ook een diepere uitleg toegevoegd over wat datastructuren en algoritmen zijn. Laten we erin duiken!

Wat zijn datastructuren?

Om gegevens efficiënt op een computer op te slaan, te verwerken, op te vragen en te ordenen, zijn er verschillende datastructuren ontwikkeld. Ze zijn een methode om met informatie om te gaan en deze om te zetten in een vorm die gemakkelijk kan worden gebruikt.

Algoritmen en datastructuren vormen de ruggengraat van elk programma, applicatie of software. Algoritmen zijn een reeks regels en instructies voor het verwerken van gegevens voor gebruik in computerprogramma's. Datastructuren worden door programmeurs gebruikt om informatie over te dragen tussen verschillende delen van een applicatie of tussen applicaties. Invoer, verwerking, onderhoud en ophalen zijn de vier belangrijkste toepassingen voor datastructuren.

Wat zijn de classificaties van gegevensstructuur?

De volgende zijn de classificaties van een gegevensstructuur:

#1. Het lineaire en het niet-lineaire

Gegevens in lineaire structuren, zoals een array, lijst of wachtrij, zijn in een rechte lijn georganiseerd. In plaats van een sequentiële volgorde te vormen, verbinden de gegevens in niet-lineaire structuren zoals een boom of grafiek twee of meer stukjes informatie.

#2. Dynamisch en statisch

Datastructuren hebben hun afmetingen en vormen vooraf bepaald tijdens het compileren, zoals de naam al doet vermoeden. De array bespaart een vooraf bepaalde hoeveelheid geheugen voor toekomstig gebruik. De hoeveelheid geheugen die beschikbaar is in een dynamische structuur kan groter of kleiner worden, afhankelijk van de behoeften van de lopende code. De locatie van het verbonden geheugen kan ook in de loop van de tijd verschuiven.

#3. Niet-homogene en homogene staten

Homogene datastructuren zijn verzamelingen van elementen die allemaal hetzelfde datatype hebben, zoals een array. Gegevens in niet-homogene structuren hoeven niet allemaal van dezelfde soort te zijn.

Soorten gegevensstructuur

Computerprogrammeurs kunnen kiezen uit een aantal verschillende datastructuren, elk met bepaalde sterke punten en toepassingen. De volgende typen gegevensstructuren zijn:

#1. Arrays

Arrays worden gebruikt om gegevensobjecten van vergelijkbare aard te groeperen. Aaneengesloten geheugentoewijzing wordt door deze structuur gebruikt voor gegevensorganisatie. Gebruikers van een array wijzen een unieke index of sleutel toe aan elk lid in de array. Arrays zijn de bouwstenen van complexere datastructuren zoals hashtabellen en lijsten. Bij het categoriseren van algoritmen wordt dit raamwerk vaak gebruikt door computer wetenschappers.

#2. Stapels

In een stapel wordt de meest recente bewerking als eerste weergegeven omdat de stapel een LIFO-structuur (last-in, first-out) volgt. Als u de gegevensset "1, 2, 3, 4" hebt ingevoerd, wordt het laatste cijfer, "4", als eerste weergegeven. Deze organisatie van gegevens levert een stapel op. Een stapelgegevensstructuur is ook handig voor het opslaan en ophalen van gegevens waarbij de uitvoeringsvolgorde van cruciaal belang is. De lay-out van dit systeem moedigt je aan om elke opdracht tot het einde te bekijken voordat je verder gaat met de volgende.

#3. Lineaire gegevensstructuren

Arrays, of eindige gegevenssets, zijn voorbeelden van lineaire gegevensstructuren omdat hun leden in het geheugen kunnen worden opgehaald met behulp van een indexsleutel. Gekoppelde lijsten zijn een ander type lineaire gegevensstructuur. Om lijstitems willekeurig in het geheugen op te slaan, rangschikken gekoppelde lijsten ze op een specifieke manier.

#4. Boomgegevensstructuren

Gegevensstructuren in de vorm van bomen zijn hiërarchisch van aard, waarbij de hoofdwaarde en subsets van kinderen worden weergegeven als gekoppelde knooppunten. Er is een breed scala aan boomdatastructuren, elk met hun eigen unieke eigenschappen. Enkele voorbeelden zijn binaire bomen, binaire zoekbomen, rood-zwarte bomen, gewichtsgebalanceerde bomen en binaire hopen.

#5. Wachtrijen

Als het gaat om gegevensorganisatie, hebben wachtrijen de voorkeur boven stapels vanwege hun first-in, first-out (FIFO)-structuur. Aangezien gegevens binnenkomen en wachten om deze lineaire structuur te verlaten, doet het denken aan een wachtrij. De aanvankelijk ingevoerde gegevens worden als eerste verzonden. Wachtrijen worden ook gebruikt door programmeurs in computers om informatie op te slaan die niet onmiddellijk hoeft te worden verwerkt.

#6. Gekoppelde lijsten

Gekoppelde lijsten rangschikken hun "knooppunten" of objecten op een lineaire manier volgens de onderlinge relaties. De informatie en een referentie zijn opgenomen in elk knooppunt. De gegevens van het knooppunt zijn de informatie die de programmeur besloot daar op te slaan, terwijl de aanwijzer een verwijzing is naar het volgende knooppunt in de reeks. Gekoppelde lijsten zijn handig wanneer u items uit de lijst wilt kunnen verwijderen. Met hun hulp kunnen echter ook stapels en wachtrijen worden geïmplementeerd.

#7. Sla lijsten over

Met behulp van een gelinkte lijstindeling zijn skip-lijsten een soort probabilistische gegevensstructuur. Een overslaanlijst is ook een gegevensstructuur die selectief enkele items in een grotere lijst negeert. Het aantal items op een overslaanlijst neemt met elk niveau af, maar er worden geen nieuwe items toegevoegd. De mogelijkheid om snel gegevens te verwijderen, in te voegen en te zoeken is een groot voordeel van skip-lijsten voor programmeurs.

#8. Grafieken

Grafieken zijn een speciaal soort niet-geordende lijst die kan worden gebruikt om netwerken weer te geven. Ze zijn opgebouwd uit individuele "knooppunten" en de links (of "randen") daartussen. In deze ontwerpen worden X en Y als een paar gebruikt, waarbij de X-vertex linkt naar de Y. Grafieken helpen onderzoekers ook bij het onderzoeken van complexe netwerken zoals stadsstraten en online sociale interacties.

#9. probeert

Tries, ook wel 'prefix trees' genoemd, zijn een soort boomachtige gegevensstructuur. Ze vervangen vaak de letters van het alfabet wanneer dat nodig is. De knooppunten van de boom zijn strings die door de programmeur kunnen worden opgehaald door de tak naar beneden te volgen. Met pogingen kunt u informatie organiseren die afhankelijk is van een tekenreeksvoorvoegsel. Automatische suggesties en opzoeken in woordenboeken zijn twee voorbeelden van hoe pogingen worden gebruikt.

#10. Hash-tabellen

Sleutel-waardeparen worden opgeslagen in tabellen die hash-kaarten worden genoemd. Ze genereren een hashcode of index naar de opslaglocaties die de gezochte waarde bevatten. Arrays zijn ook een gebruikelijke manier voor computerprogrammeurs om gegevens op te slaan. Hash-tabellen kunnen worden gebruikt om de ingestelde gegevensstructuur te implementeren, evenals geassocieerde arrays en database-indexen.

Gegevensstructuren en algoritmen

Er gaapt een enorme kloof tussen datastructuren en algoritmen. Effectieve gegevenssortering en -toegang worden echter mogelijk gemaakt door gegevensstructuren, die gegevensrelaties grafisch weergeven. De software, webpagina, programma of hardware van een computer kan alleen een taak uitvoeren door de stappen te volgen die in een algoritme worden beschreven.

Algoritmen zijn vooraf bepaalde, discrete opeenvolgingen van stappen die door een computer kunnen worden uitgevoerd om een vooraf bepaald, zich herhalend resultaat te krijgen. Sorteeralgoritmen, zoekalgoritmen en algoritmen voor het kortste pad zijn allemaal voorbeelden van algoritmen. Elk stelt een computer in staat om niet alleen de relevante informatie op te halen die hij nodig heeft, maar ook om te reageren op een gegeven opdracht. Er kunnen algoritmen worden ontwikkeld die zijn geoptimaliseerd voor bepaalde gegevensstructuren. Inefficiënte resultaten kunnen worden verwacht bij het toepassen van een algoritme dat bedoeld was voor de ene datastructuur op de andere.

Gegevensstructuren in Python

Python wordt op veel gebieden veel gebruikt, inclusief maar niet beperkt tot webontwikkeling, gegevensonderzoek, robotica, ML, AI, IoT en netwerkautomatisering, waardoor het een van de meest gebruikte programmeertalen ter wereld is. Bij het werken met gegevens heeft elke toepassing een plek nodig om deze georganiseerd te houden, te beheren en snel en gemakkelijk op te halen.

Er zijn vijf reeds bestaande datastructuren in Python, en ze zijn allemaal handig om verschillende redenen. De volgende zijn de gegevensstructuren in Python:

#1. Lijst

Een lijst is een dynamisch geordende lijst van elementen. Het is ook in staat om elke gegevensstructuur op te slaan, inclusief getallen, drijvende-kommawaarden, teksten, andere lijsten, tupels, woordenboeken en meer. U kunt ook vierkante haken ([]) of de constructor list() gebruiken om een nieuwe lege lijst te maken.

#2. Tupel

Tuples kunnen nooit worden gewijzigd omdat het onveranderlijke lijsten zijn. Tuple-gegevensstructuren zijn ideaal voor het opslaan van elementen waarvan u weet dat ze niet zullen veranderen. De dagen van de week, de maanden van het jaar, de GPS-coördinaten van een bepaald gebied, etc. zijn allemaal voorbeelden van dergelijke elementen. In plaats van vierkante haken te gebruiken om een tuple te declareren, zou je haakjes gebruiken. Tuples kunnen ook profiteren van indexerings- en slicing-bewerkingen.

#3. Instellen

Sets zijn ongesorteerde groepen van verschillende objecten. In Python zijn sets geen reeksen. Veel real-world collecties missen een vooraf bepaalde opstelling en bevatten geen kopieën. Burgerservicenummers, e-mailadressen, IP-adressen (Internet Protocol), MAC-adressen (Media Access Control) enzovoort zijn slechts enkele voorbeelden. Dit zijn slechts verzamelingen van willekeurige, enkelvoudige dingen. Er zijn geen duplicaties en geen specifieke volgorde vereist. Sets zijn een handige manier om verzamelingen zoals deze op te slaan voor gebruik in software.

#4. Bevrorenset

Een bevroren set is slechts een set die op geen enkele manier kan worden gewijzigd. Ze werken en hebben dezelfde eigenschappen als sets, maar kunnen op geen enkele manier worden gewijzigd. Als resultaat kunnen setmutaties zoals add(), update(), enzovoort, niet worden toegepast op bevroren sets. Bevroren sets kunnen, vanwege hun onveranderlijkheid, worden gebruikt als sleutels in woordenboeken of als elementen in weer een andere set of bevroren set.

De functie frozenset() kan direct worden gebruikt om een bevroren set te produceren, of een ander itereerbaar object kan worden gebruikt als argument om een bevroren set te genereren uit een string, lijst, tuple of set.

#5. Woordenboek

Python leunt zwaar op zijn woordenboeken. We gebruiken woordenboeken als de ruggengraat van alles, van modules en klassen tot objecten en zelfs sets. Een woordenboek kan worden vergeleken met een object in JavaScript, een hash in Ruby of een kaart in Go als je bekend bent met die talen.

Een woordenboek in Python is ook een reeks sleutels; waardeparen gescheiden door komma's en omgeven door accolades. Met behulp van accolades of de constructor dict() kan een nieuw, leeg woordenboek worden gemaakt.

Waarom zijn gegevensstructuren belangrijk?

Computerwetenschappers vertrouwen op datastructuren om enorme hoeveelheden informatie te organiseren en op te slaan. Het hebben van een betrouwbaar systeem kan het eenvoudig maken om te vinden wat u zoekt. In sollicitatiegesprekken voor computerwetenschappelijke functies worden kandidaten routinematig ondervraagd over hun bekendheid met datastructuren. Ook de gebieden kunstmatige intelligentie (AI), computergraphics en besturingssystemen profiteren hiervan.

Hoe worden gegevensstructuren gebruikt?

Datastructuren worden gebruikt om de concrete vormen van abstracte datatypes te implementeren. Datastructuren zijn een essentieel onderdeel van elk goed ontworpen stuk software. Ze zijn ook cruciaal voor de ontwikkeling van software en de implementatie van algoritmen. Op de volgende manieren worden gegevensstructuren gebruikt:

#1. Data bijhouden

Gegevensstructuren worden gebruikt om gegevens efficiënt in een databasebeheersysteem te behouden door de set kenmerken en overeenkomende structuren te leveren die zullen worden gebruikt om items op te slaan.

#2. Middelen en diensten beheren

Bronnen en bewerkingen van het kernbesturingssysteem (OS) zijn afhankelijk van gegevensstructuren zoals gekoppelde lijsten voor geheugentoewijzing, beheer van bestandsdirectory's en bestandsstructuurbomen, en wachtrijen voor procesplanning.

#3. Data uitwisseling

Gegevensstructuren worden gebruikt om gegevens te organiseren die worden gecommuniceerd tussen toepassingen, zoals TCP/IP-pakketten.

#4. Bestellen en sorteren

Gegevensstructuren zoals binaire zoekbomen, vaak geordende of gesorteerde binaire bomen genoemd, bieden handige manieren om gegevens te ordenen, zoals tekenreeksen die als tags worden gebruikt. Datastructuren zoals prioriteitswachtrijen stellen programmeurs in staat verzamelingen objecten te beheren in een vooraf gedefinieerde volgorde van belangrijkheid.

#5. Indexeren

Zelfs meer gecompliceerde datastructuren, zoals B-trees, worden gebruikt om dingen te indexeren, inclusief die opgeslagen in een database.

#6. Zoeken

Het is gebruikelijk om indexen samen te stellen met behulp van B-trees, hash-tabellen of binaire zoekbomen om het zoeken naar een bepaald item te versnellen.

#7. schaalbaarheid

Datastructuren worden gebruikt door big data-applicaties om prestaties en schaalbaarheid te garanderen, terwijl dataopslag wordt toegewezen en beheerd over verschillende gedistribueerde opslagsites. Veel big data-programmeeromgevingen, zoals Apache Spark, bevatten datastructuren die de onderliggende structuur van database-items nabootsen om query's te vergemakkelijken.

Een gegevensstructuur kiezen

U kunt op de volgende manieren een gegevensstructuur kiezen:

#1. Ondersteunde operaties

Bewerkingen tussen gegevenstypen die niet in de tabel staan, kunnen worden uitgevoerd als het onderliggende gegevenstype van een attribuut kan worden geconverteerd naar een van de typen waarvoor de bewerking wordt ondersteund. Nummers kunnen worden toegevoegd aan of verwijderd uit gegevens. Gehele getallen geven het aantal dagen weer dat moet worden opgeteld of afgetrokken.

#2. De complexiteit van berekeningen

De computationele complexiteit van een algoritme is de hoeveelheid tijd en opslagruimte die nodig is om te draaien. Om in te schatten hoe lang een algoritme nodig heeft om te draaien en hoeveel geheugen het zal gebruiken, gebruiken computerwetenschappers wiskundige moeilijkheidsmetrieken voordat ze de code schrijven. Deze voorspellingen zijn cruciale hulpmiddelen voor programmeurs bij het bepalen en ontwikkelen van algoritmen voor gebruik in de praktijk.

#3. Elegante codering

Een voortreffelijk programma is een van die dingen die iedereen onmiddellijk herkent, maar waar hij moeilijk de vinger op kan leggen. Het maakt goed gebruik van de taal zonder te bezwijken voor obscuriteit. Het is kort zonder toevlucht te nemen tot verwarrende syntaxis. Het slaagt erin om zowel gemakkelijk te lezen en te begrijpen aan de oppervlakte als verfijnd in zijn onderliggende structuur. Programmeren dat zo dicht mogelijk bij perfect proza komt, is de heilige graal van elke programmeur.

Er is geen gemakkelijke oplossing of wondermiddel voor dit probleem. Het gebruik van coderingsstandaarden kan nuttig zijn, maar alleen als ze gebaseerd zijn op een robuust raamwerk dat garandeert dat de programmeur de essentie van het probleem begrijpt en implementeert.

Wat zijn datastructuren voor dummies?

Wat is de meest voorkomende gegevensstructuur?

De meest voorkomende en basale datastructuur is een array. Arrays vormen de basis van veel andere gegevensstructuren, waaronder stapels en wachtrijen.

Wat is de eenvoudigste gegevensstructuur?

Tot de meest fundamentele ideeën in de informatica behoren datastructuren en algoritmen. Ze maken het voor ontwikkelaars mogelijk om acties te definiëren die tijdens runtime worden herhaald. Algoritmen gaan over hoe een taak wordt uitgevoerd, terwijl gegevensstructuren bepalen hoe gegevens worden gerangschikt. De meest voorkomende en basale datastructuur is een array. Arrays vormen de basis van veel andere gegevensstructuren, waaronder stapels en wachtrijen.

De eendimensionale (lineaire) array is de eenvoudigste gegevensstructuur, met elementen die zijn opgeslagen en toegankelijk zijn via opeenvolgende indexen van gehele getallen.

Conclusie

Een gegevensstructuur is een manier om informatie in een digitaal formaat op te slaan en te ordenen. Het staat voor een reeks gegevenswaarden, de associaties daartussen en de mogelijke manipulaties of diensten die ze leveren. Datastructuren worden door programmeurs gebruikt om informatie over te dragen tussen verschillende delen van een applicatie of tussen applicaties. Datastructuren dienen echter vier basisdoelen: opslag, verwerking, onderhoud en ophalen.