Technologiczne, Gadżety, Telefony Komórkowe, Pobieranie Aplikacji!

Dlaczego nauka struktury danych jest niezbędna dla każdego programisty?

Jednym z najważniejszych i najbardziej praktycznych tematów w świecie programowania są struktury danych. Nie ma znaczenia, jakiego języka programowania chcesz się nauczyć; dopóki nie będziesz miał wystarczającej wiedzy o strukturze danych, nie odniesiesz sukcesu w swojej pracy, ponieważ podstawą wszystkich rozbudowanych programów jest struktura danych.

Niestety większość szkół programowania nie uczy tych pojęć; tylko studenci informatyki mogą się ich dobrze nauczyć. Uczelnie są o kilka kroków przed szkołami prywatnymi w zakresie edukacji o strukturze danych.

Struktury danych są używane przez różnych specjalistów, takich jak badacze danych, inżynierowie danych, programiści zajmujący się uczeniem maszynowym, programiści aplikacji i powolni programiści. W tym artykule dokonamy przeglądu podstawowych pojęć związanych ze strukturą danych.

Co to jest struktura danych?

Lepiej zacząć od prostej definicji. Struktura danych odnosi się do miejsca, w którym przechowywane są dane w określonym formacie. Jest tu subtelny punkt; Aby uzyskać najlepsze rezultaty, należy użyć odpowiedniego szablonu aplikacji. Struktura danych zapewnia programistom rozwiązanie do zorganizowanego przechowywania danych. Wszyscy programiści i specjaliści, których praca związana jest z danymi, są z nimi powiązani na różne sposoby.

Na przykład, jeśli chcesz obliczyć wynagrodzenia pracowników organizacji, listę sprzedaży i zapasy towarów, numery telefonów, adresy i ogólne czynności związane z danymi, we wszystkich tych przypadkach dane muszą być przechowywane w określonym formacie.

Co jest algorytm?

Jednym z kluczowych pojęć, które są ściśle związane z struktura danych jest algorytmem. Algorytm to przejrzysty, precyzyjny, jednoznaczny i wykonywalny zestaw poleceń napisanych w celu wykonania zadania. Algorytmy są pisane w celu rozwiązania problemu na podstawie serii badań.

Ważną kwestią, na którą należy zwrócić uwagę w przypadku algorytmów, jest to, że algorytmy zazwyczaj nie zawierają żadnych instrukcji programowania, a jedynie opisują kroki, w których napisany jest program lub moduł. Z tego powodu nie są one ograniczone do jednego konkretnego języka. Możesz zarejestrować algorytm, który może konwertować kod wykonywalny na różne języki.

Algorytmy są pisane w celu rozwiązania problemu i uzyskania wyniku. Algorytm to zbiór regularnych i skończonych operacji, które należy wykonać, aby rozwiązać konkretny problem. Jest to tak naprawdę szereg precyzyjnych instrukcji, których należy przestrzegać w określonej kolejności. Załóżmy na przykład, że napiszemy program, który obliczy mnożenie dwóch dowolnych liczb.

Tutaj, nie wspominając o żadnych poleceniach programowania, kroki algorytmiczne dla tego problemu są następujące:

  • Krok 1: Zacznij.
  • Krok 2: Zdobądź pierwszą dowolną liczbę i umieść ją w zmiennej.
  • Krok 3: Uzyskaj drugą żądaną liczbę i umieść ją w innej zmiennej.
  • Krok 4: Pomnóż dwie liczby i umieść wynik w innej zmiennej.
  • Krok 5: Wydrukuj wartość zmiennej wyjściowej.
  • Krok 6. Zakończ.

Jak widać filozofia pisania algorytmów polega na opisaniu tego, co ma do zrobienia programista, aby nie były one zależne od języka programowania i można je było zaimplementować w dowolnym języku.

CZYTAĆ:  Jak sprzedawać swoje dzieła sztuki i rękodzieło w Internecie

Jakie struktury danych są najważniejsze w świecie programowania?

Kiedy zaczynasz uczyć się języka programowania, masz do czynienia z innym struktury danychkażdy z określoną aplikacją i innym sposobem ich wykonania.

Początkujący programiści pytają, które struktury danych są ważniejsze lub bardziej odpowiednie do przechowywania danych. Odpowiedź na to pytanie zależy od rodzaju projektu i posiadanych danych. Najpopularniejszy struktury danych to tablica, stos, kolejka, lista połączona, drzewo, wykres, próba i tabela mieszająca. ) Cytowano.

Szyk

Tablica jest pierwszą i najprostszą metodą struktura danych we wszystkich językach programowania używanych częściej niż w jakimkolwiek innym przypadku. Powszechnie używane struktury danych, takie jak stosy i wyświetlacze, są tablicami rozgałęzionymi. Kolekcje mogą mieć różne rozmiary i wymiary. Każdy element danych jest identyfikowany przez wartość liczbową zaczynającą się od zera.

Wartość ta nazywana jest indeksem (indeksem), który wskazuje pozycję elementu w tablicy. W większości języków programowania indeks tablicy zaczyna się od wartości 0. Na przykład na rysunku 1 widać cztery elementy.

W tablicy na rysunku 1 indeks domu o wartości 1 wynosi 0, dom z kilkoma 2 ma indeks 1, miejsce z kilkoma 3 ma indeks 2, a dom o wartości 4 ma indeks 3. Tablice dzielą się na dwa typy tablice jednowymiarowe i tablice wielowymiarowe (tablice tablic).

Rysunek 1

Podstawowe operacje, które można wykonać na tablicach

Ogólnie rzecz biorąc, na tablicach wykonywane są następujące operacje.

  • Wstaw: odnosi się do procesu wstawiania elementu do komórki, której indeks jest określony.
  • Get: Zwraca element w komórce, której indeks jest określony.
  • Usuń Usuwa wartość komórki, której indeks jest określony.
  • Rozmiar: pokazuje całkowitą liczbę elementów w tablicy.

Przesyłając CV do ogłoszenia o pracę programisty, eksperci HR podczas rozmowy kwalifikacyjnej zadają pytania dotyczące tablic.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące tablic podczas rozmów kwalifikacyjnych są następujące:

  • Jak znaleźć drugi minimalny element w tablicy.
  • Jak znaleźć pierwszą niepowtarzającą się liczbę całkowitą w tablicy?
  • Jak połączyć dwie posortowane tablice?
  • Ułóż wartości dodatnie i ujemne w tablicy w kolejności rosnącej i malejącej.

Stos

Jednym z najczęściej używanych przycisków, które wszyscy naciskamy kilka razy dziennie w aplikacjach, jest przycisk Cofnij, ale tylko nieliczne osoby mają dokładne informacje na temat funkcji tego przycisku. Główną ideą Cofnięcia jest to, że przechowuje poprzedni status tego, co zrobił użytkownik.

Oczywiście istnieje ograniczenie liczby stanów, które można zapisać, ponieważ proces ten odbywa się w całości w pamięci głównej i żaden program nie próbuje zajmować w tym celu dużej części pamięci. Dane te są zapisywane w taki sposób, że jako pierwsze wyświetlane są ostatnio zapisane informacje.

Tablice nie mogą tego zrobić, dlatego wymyślono koncepcję stosu. Aby lepiej zrozumieć działanie stosu, lepiej podać prawdziwy przykład. Załóżmy, że masz stos książek ułożonych jedna na drugiej.

Aby usunąć książkę ze środka, musisz najpierw usunąć wszystkie książki z tekstu, aby dotrzeć do książki; Ten proces w świecie programowania nazywa się „Last In First Out” (LIFO). Na rysunku 2 widzisz stos składający się z trzech wartości 1, 2 i 3, z wartością trzecią na górze, w wyniku czego pozostałe elementy są usuwane w pierwszej kolejności.

Rysunek 2

Główną operację można wykonać na stosie

Jak wspomniano, stosy są interesujące dla programistów ze względu na ich zdolność do utrzymywania poprzednich działań. Dlatego powinieneś poświęcić wystarczająco dużo czasu na naukę pojęć związanych ze stosami. Ogólnie rzecz biorąc, na stosach można wykonywać następujące operacje:

  • Push: Dodanie elementu na szczyt stosu nazywa się push.
  • Pop: Proces usuwania elementu ze szczytu stosu nazywa się pop. W procesie usuwania elementu zwracana jest jego wartość; Innymi słowy, element jest usuwany ze stosu i jest dostępny jako wartość zwracana.
  • IsEmpty: Sprawdza stan stosu, aby zobaczyć, czy jest pusty czy pełny. Zwraca True, jeśli stos jest pusty.
  • Top: Zwraca górny element stosu bez usuwania części ze stosu.
CZYTAĆ:  Jak odzyskać usunięte wiadomości na Androidzie

Podobnie jak tablice, programistom zadawane są pytania dotyczące stosów, z których najważniejsze to:

  • Jak sprawdzić przyrostek za pomocą stosu?
  • Jak posortować wartości na stosie?
  • Jak sprawdzić równowagę nawiasów w wyrażeniu w temacie stosu?

Kolejka

Kolejka to kolejna krytyczna struktura danych, która przechowuje elementy sekwencyjnie i dlatego jest klasyfikowana jako liniowa podzbiór struktury danych. Główna różnica między stosem a kolejką polega na tym, że w kolejce zamiast metody „ostatnie wejście, pierwsze wyjście” stosowana jest metoda „pierwsze weszło, pierwsze wyszło” (FIFO). Najbardziej oczywistym przykładem tej koncepcji jest kolejka zakupowa w sklepie.

Jeżeli zostanie dodana nowa osoba, przejdzie ona na sam dół kolejki, a osoba stojąca na początku ciągu jako pierwsza otrzyma bilet i opuści kolumnę. Na rysunku 3 widać rząd 4 elementów z wartością 1 na górze wiersza i pierwszym elementem do usunięcia.

Rysunek 3

Podstawowe operacje mające zastosowanie do kolejki

  • Kolejkuj: Odnosi się do dodania elementu na końcu kolejki.
  • Dequeue: Usuwa pierwszy element kolumny i wysyła go jako wartość zwracaną.
  • isEmpty: Zwraca True, jeśli w kolejce nie ma żadnego elementu.
  • Góra: Zwraca pierwszy element kolejki, ale tutaj, w przeciwieństwie do stosu, żadna część nie jest usuwana.

Pojawiają się także pytania dotyczące kolejkowania, z których najważniejsze to:

  • Jak to zrobić, jeśli chcemy zaimplementować stos za pomocą kolejki?
  • Jak odwrócić pierwszy element linii?
  • Jak utworzyć liczby binarne od 1 do n w kolumnie?

Połączona lista

Lista linków jest jedną z najważniejszych struktury danych i jest niezbędny, jeśli zdecydujesz się uczyć języków takich jak C++; musisz wiedzieć o co chodzi. Listy łączy wyglądem bardzo przypominają tablice. Mimo to różnią się znacznie od kolekcji takimi tematami, jak alokacja pamięci, wewnętrzna struktura, na której są zbudowane, oraz podstawowe operacje, takie jak dodawanie i usuwanie.

Połączona lista tworzy łańcuch węzłów, z których każdy zawiera dwa rodzaje informacji. Pierwszy typ to dokładne informacje, takie jak wartości, a drugi typ to wskaźnik wskazujący następny węzeł w łańcuchu. Na listach połączonych znajduje się wskaźnik nagłówka zwany głową, który odnosi się do pierwszego elementu listy połączonej.

Listy łączy implementują systemy plików, tablice mieszające i listy sąsiedztwa. Na rysunku 4 widać strukturę połączonej listy. Jeśli lista jest pusta, węzeł wierzchołka wskazuje wartość Null.

Rysunek 4

Jak wspomnieliśmy, listy połączone są jedną z najważniejszych koncepcji w aplikacji struktura danych w językach takich jak C++ i są niezbędne do nauki. Jeśli wejdziesz w świat programowania w C++, bez wątpienia będziesz pracować z różnymi typami list połączonych. Najpierw zdefiniuj algorytm do ich implementacji, a następnie kod; W przeciwnym razie będziesz miał problemy z ich wdrożeniem. Listy linków dzielą się na klasy: listy jednokierunkowe, listy dwukierunkowe i listy cykliczne.

Główna operacja zastosowana do połączonej listy.

Jest tu istotna kwestia dotycząca następujących operacji. Ponieważ listy połączone działają ze wskaźnikami, podczas wykonywania poniższych operacji na elementach danych należy zastosować się do wskazówek.

  • InsertAtEnd: Dodaje wartość na dół listy łączy.
  • Usuń: usuwa element danych z połączonej listy.
  • DeleteAtHead: Usuwa pierwszy element listy łączy, zwany górą.
  • isEmpty : Zwraca True, jeśli jest pusty.

Najważniejsze pytania, jakie należy zadać w związku z listami linków, to:

  • Jak odwrócić połączoną listę?
  • Jak wykryć obecność pętli na połączonej liście?
  • Jak uzyskać n-ty węzeł końcowy z połączonej listy?
  • Jak usunąć zduplikowane wartości z połączonej listy?

Wykresy

Graf to sieć wzajemnie połączonych węzłów składająca się z pary (x, y) zwanych krawędziami, które łączą wierzchołek x z wierzchołkiem y. Zazwyczaj przewaga ma wagę lub koszt, który wskazuje, ile kosztuje przejście z wierzchołka x do y. Istotne jest wyliczenie tego kosztu w takich obszarach jak sieć, w której pakiety mają dotrzeć do celu w najkrótszym czasie. Rysunek 5 przedstawia kilka przykładów wykresów.

CZYTAĆ:  Bitwa na wody: gotowana czy filtrowana – co jest lepsze dla Twojego zdrowia?

Wykresy są podobne do połączonych list różnych typów, np. wykresów bezkierunkowych i kierunkowych. W językach programowania wykresy są reprezentowane jako macierz sąsiedztwa lub lista sąsiedztw. Nawigacja po nich odbywa się za pomocą popularnych algorytmów, takich jak algorytm przeszukiwania wszerz i algorytm przeszukiwania wszerz.

Rysunek 5

Podstawowe pytania dotyczące wykresów obejmują:

  • Jak wdrożyć wyszukiwania pierwszego poziomu i pierwszej głębokości?
  • Jak poznać, że wykres jest drzewem?
  • Jakiej metody używasz do obliczania krawędzi na wykresie?
  • Jak znaleźć najkrótszą ścieżkę między dwoma wierzchołkami?

Drzewo

Drzewo jest jedną z najbardziej przydatnych struktur danych o wielu zastosowaniach. Drzewo to hierarchia połączonych wierzchołków (węzłów) i krawędzi. Drzewa mają funkcję podobną do wykresów, ale nie są takie same. Na przykład popularne gry takie jak szachy są realizowane w oparciu o drzewa i co ciekawe, ważniejsze jest oszacowanie złożoności drzewa niż jego implementacja.

Drzewa nie mają koła ani okręgu, podczas gdy wykresy mogą mieć proces. Drzewa wykorzystywane są przede wszystkim w tematach związanych z inteligentnymi algorytmami i projektami o złożonej strukturze. Na rysunku 6 widzisz proste drzewo.

Drzewa są podobne do innych struktury danych. Oni są podzielone na różne typy, z których najważniejsze to drzewo zrównoważone lub zrównoważone, drzewo binarne, drzewo wyszukiwania binarnego, drzewo o zrównoważonej wysokości, drzewo sekwoi i drzewo 2-3. Jednak drzewa binarne i drzewa wyszukiwania są obecnie szeroko stosowane w tworzeniu oprogramowania.

Możliwe pytania związane z drzewami obejmują:

  • Jak obliczyć wysokość drzewa binarnego?
  • Jak znaleźć maksymalną wartość w drzewie wyszukiwania binarnego?
  • Jak zaimplementować węzły, które mają k odległości od korzenia?
  • Jak znaleźć rodziców węzła w drzewie binarnym?

Rysunek 6

Drzewo prefiksów

Drzewa przedrostkowe są klasyfikowane jako podzbiór drzew, ale ze względu na ich powszechne użycie odnosimy się do nich osobno. Zwykle osoby, które chcą rozpocząć studia licencjackie lub magisterskie na kierunku informatyka, muszą znać funkcję tego drzewa, aby zdać egzamin państwowy. Aby lepiej wykonywać zadania, programiści muszą dokładnie zapoznać się z implementacją tego modelu drzewa.

Trie, zwane drzewem przedrostków, ma strukturę drzewiastą, ale jego głównym zastosowaniem jest rozwiązywanie problemów ze ciągami znaków. Drzewa prefiksów są używane do szybkiego wyszukiwania danych, przede wszystkim w zastosowaniach takich jak wyszukiwanie słów w słownikach, automatyczne sugerowanie w wyszukiwarkach i routing adresów IP.

Rysunek 7 pokazuje, jak implementować i przechowywać elementy danych w drzewie prefiksów. Warto zauważyć, że proces przechowywania słów w tym drzewie przebiega od góry do dołu, dokładnie tak, jak widać na rysunku 7.

Rysunek 7

Podstawowe pytania dotyczące drzew prefiksów obejmują:

  • Jak obliczyć całkowitą liczbę słów w drzewie przedrostków?
  • Jak uzyskać dostęp do słów przechowywanych w drzewie prefiksów?
  • Jak sformatować terminy w słowniku w oparciu o drzewo przedrostków?

ostatnie słowo

Jako programista lub student należy pamiętać o jednej rzeczy: pojęcia struktury danych i zaawansowane algorytmy nie ograniczają się do kursów licencjackich i magisterskich z zakresu inżynierii komputerowej i odgrywają zasadniczą i krytyczną rolę w rozwoju oprogramowania. Inżynierowie sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego muszą używać odpowiednich narzędzi struktura danych w projektach do prowadzenia działalności gospodarczej w celu utrzymania wydajności programu i uzyskania wyników.

Mistrzostwo struktura danychanaliza i projektowanie algorytmów oraz zaawansowana teoria algorytmów pomogą programistom rozwiązywać projekty programistyczne i pisać kod z wyższą wydajnością, szybkością wykonywania i mniejszym zużyciem pamięci.

Pobierz motywy WordPressPobieranie premium motywów WordPressPobierz motywy WordPress za darmoPobierz motywy WordPress za darmokurs udemy do pobrania za darmopobierz oprogramowanie HuaweiPobierz motywy WordPress za darmokurs udemy do pobrania za darmo