что такое состав данных
Типы и структуры данных
Вы будете перенаправлены на Автор24
Классификации структур данных
Данные в памяти компьютера представляются в виде последовательности битов. Последовательности битов недостаточно структурированы, что затрудняет их практическое использование. Поэтому на практике применяются структуры данных.
Структурой данных называется множество элементов данных и внутренних связей между ними.
Существуют простые и интегрированные структуры данных. Простые структуры данных сводятся к битам и организуются непосредственно из битов. К простым структурам относятся:
Интегрированные структуры данных организуются из простых и других интегрированных структур.
Следует различать физическую и логическую структуру данных. Когда говорят о физической структуре простых типов, то под этим понимают их размер и способ размещения битов в памяти. С точки зрения логической структуры простой тип является неделимой элементарной единицей.
Изменчивостью структуры называется изменение числа элементов и связей между ними.
В соответсвии с признаком изменчивости структуры делятся на
Элементы в структуре могут быть упорядоченными и неупорядоченными. В соответствии с этим признаком структуры делятся на
Простые структуры и типы данных
Простые структуры данных называют также примитивами или базовыми структурами. В языках программирования простые структуры данных представлены простыми типами данных. В различных языках программирования набор типов данных несколько отличается, но имеются некоторые общие принципы.
Готовые работы на аналогичную тему
Целый тип используется для представления количества дискретных объектов. Целые числа могут быть беззнаковыми или отрицательными. Внутреннее представление целого числа может занимать 1, 2 или 4 байта.
Вещественные числа представляются в виде формата с плавающей точкой. Число с плавающей точкой представляется с помощью двух целый чисел – порядка и матиссы, а также знака.
В случае двоичной системы счисления B=2.
Десятичный тип поддерживают не все языки программирования. Число такого типа представляется в виде m десятичных цифр из которых d цифр находятся справа от десятичной точки.
Для случаев, когда нужно работать с отдельными двоичными разрядами числа, предусмотрен битовый тип данных. Данные в нем представляются набором битов, объединенных в байты или слова. Все операции с битовым типом предполагают обращение к каждому биту по отдельности.
Переменная логического типа может принимать одно из двух значений: истина или ложь. Для хранения переменной логического типа нужен один байт памяти. При этому значение «ложь» кодируется нулевым значением байта, а значение «истина» любым отличным от нулевого значением.
Символьный тип позволяет представить данные в виде последовательности символов некоторого заранее предопределенного множества. Каждый символ множества хранится в памяти в виде последовательности битов. Соответствие символов и таких последовательностей называется кодировкой. Различные кодировки представляют символы в виде битовых последовательностей различной длины.
Указатель представляет собой переменную, значением которой является адрес ячейки памяти. Таким образом, указатель ссылается на некий блок данных, указывая его первую ячейку.
Примеры статических структур
Вектор или одномерный массив – структура данных, содержащая фиксированное число элементов одинакового простого типа. При этом каждый элемент имеет свой уникальный индекс.
Для того чтобы обратиться к элементу нужно использовать имя массива и индекс элемента. В памяти массивы размещаются я ячейках, расположенных одна за другой.
Пусть дан массив с именем A.
Тогда элемент А[3] равен 30.
Двумерный массив – это массив, каждый элемент которого сам является одномерным массивом.
В двумерном массиве у каждого элемента есть два индекса.
Записи (хеш-массивы, ассоциативные массивы) – это массивы, которые индексируются не натуральными числами, а строками.
Индекс элемента в таком массиве называется ключом. Для обращения к элементу используется имя массива и индекс.
Пусть дан хеш-массив с именем B.
Тогда элемент массива B[‘овощ’] равен ‘огурец’.
Примеры динамических структур
Для динамических структур память отводится «на ходу» в процессе выполнения программы. Для работы с динамическими типами данных в разных языках программирования широко используются указатели. Сами указатели имеют статический тип.
Стек представляет собой вектор, в котором каждый следующий элемент адресуется указателем на текущий элемент. На рисунках показано последовательное добавление элементов в стек и последовательное извлечение.
Для того чтобы извлечь элемент, нужно сначала последовательно извлечь все элементы, добавленные после него. Элемент, добавленный первым, можно извлечь только в самую последнюю очередь.
Очередь также динамическая структура, которая отличается от стека наличием двух указателей: на первый и последний элемент очереди. Новые элементы записываются вслед за последним записанным элементом. А выборка элементов начинается с первого. При таком алгоритме первым можно получить тот элемент, который был добавлен первым.
Основные структуры данных. Матчасть. Азы
Все чаще замечаю, что современным самоучкам очень не хватает матчасти. Все знают языки, но мало основы, такие как типы данных или алгоритмы. Немного про типы данных.
Еще в далеком 1976 швейцарский ученый Никлаус Вирт написал книгу Алгоритмы + структуры данных = программы.
40+ лет спустя это уравнение все еще верно. И если вы самоучка и надолго в программировании пробегитесь по статье, можно по диагонали. Можно код кофе.
В статье так же будут вопросы, которое вы можете услышать на интервью.
Что такое структура данных?
Структура данных — это контейнер, который хранит данные в определенном макете. Этот «макет» позволяет структуре данных быть эффективной в некоторых операциях и неэффективной в других.
Какие бывают?
Линейные, элементы образуют последовательность или линейный список, обход узлов линеен. Примеры: Массивы. Связанный список, стеки и очереди.
Нелинейные, если обход узлов нелинейный, а данные не последовательны. Пример: граф и деревья.
Основные структуры данных.
Массивы
Массив — это самая простая и широко используемая структура данных. Другие структуры данных, такие как стеки и очереди, являются производными от массивов.
Изображение простого массива размера 4, содержащего элементы (1, 2, 3 и 4).
Каждому элементу данных присваивается положительное числовое значение (индекс), который соответствует позиции элемента в массиве. Большинство языков определяют начальный индекс массива как 0.
Бывают
Одномерные, как показано выше.
Многомерные, массивы внутри массивов.
Основные операции
Вопросы
Стеки
Стек — абстрактный тип данных, представляющий собой список элементов, организованных по принципу LIFO (англ. last in — first out, «последним пришёл — первым вышел»).
Это не массивы. Это очередь. Придумал Алан Тюринг.
Примером стека может быть куча книг, расположенных в вертикальном порядке. Для того, чтобы получить книгу, которая где-то посередине, вам нужно будет удалить все книги, размещенные на ней. Так работает метод LIFO (Last In First Out). Функция «Отменить» в приложениях работает по LIFO.
Изображение стека, в три элемента (1, 2 и 3), где 3 находится наверху и будет удален первым.
Основные операции
Вопросы
Очереди
Подобно стекам, очередь — хранит элемент последовательным образом. Существенное отличие от стека – использование FIFO (First in First Out) вместо LIFO.
Пример очереди – очередь людей. Последний занял последним и будешь, а первый первым ее и покинет.
Изображение очереди, в четыре элемента (1, 2, 3 и 4), где 1 находится наверху и будет удален первым
Основные операции
Вопросы
Связанный список
Связанный список – массив где каждый элемент является отдельным объектом и состоит из двух элементов – данных и ссылки на следующий узел.
Принципиальным преимуществом перед массивом является структурная гибкость: порядок элементов связного списка может не совпадать с порядком расположения элементов данных в памяти компьютера, а порядок обхода списка всегда явно задаётся его внутренними связями.
Бывают
Однонаправленный, каждый узел хранит адрес или ссылку на следующий узел в списке и последний узел имеет следующий адрес или ссылку как NULL.
Двунаправленный, две ссылки, связанные с каждым узлом, одним из опорных пунктов на следующий узел и один к предыдущему узлу.
Круговой, все узлы соединяются, образуя круг. В конце нет NULL. Циклический связанный список может быть одно-или двукратным циклическим связанным списком.
Самое частое, линейный однонаправленный список. Пример – файловая система.
Основные операции
Вопросы
Графы
Граф-это набор узлов (вершин), которые соединены друг с другом в виде сети ребрами (дугами).
Бывают
Ориентированный, ребра являются направленными, т.е. существует только одно доступное направление между двумя связными вершинами.
Неориентированные, к каждому из ребер можно осуществлять переход в обоих направлениях.
Смешанные
Встречаются в таких формах как
Общие алгоритмы обхода графа
Вопросы
Деревья
Дерево-это иерархическая структура данных, состоящая из узлов (вершин) и ребер (дуг). Деревья по сути связанные графы без циклов.
Древовидные структуры везде и всюду. Дерево скилов в играх знают все.
«Бинарное дерево — это иерархическая структура данных, в которой каждый узел имеет значение (оно же является в данном случае и ключом) и ссылки на левого и правого потомка. » — Procs
Три способа обхода дерева
Вопросы
Trie ( префиксное деревое )
Разновидность дерева для строк, быстрый поиск. Словари. Т9.
Вот как такое дерево хранит слова «top», «thus» и «their».
Слова хранятся сверху вниз, зеленые цветные узлы «p», «s» и «r» указывают на конец «top», «thus « и «their» соответственно.
Вопросы
Хэш таблицы
Хэширование — это процесс, используемый для уникальной идентификации объектов и хранения каждого объекта в заранее рассчитанном уникальном индексе (ключе).
Объект хранится в виде пары «ключ-значение», а коллекция таких элементов называется «словарем». Каждый объект можно найти с помощью этого ключа.
По сути это массив, в котором ключ представлен в виде хеш-функции.
Эффективность хеширования зависит от
Вопросы
Список ресурсов
Вместо заключения
Матчасть так же интересна, как и сами языки. Возможно, кто-то увидит знакомые ему базовые структуры и заинтересуется.
Спасибо, что прочли. Надеюсь не зря потратили время =)
PS: Прошу извинить, как оказалось, перевод статьи уже был тут и очень недавно, я проглядел.
Если интересно, вот она, спасибо Hokum, буду внимательнее.
Классификация структур данных
На этапе создания спецификаций и требований, необходимых для разработки качественного ПО, важно определить структуру и формат данных, используемых в программном приложении. Каким же образом классифицируются структуры данных? Какие форматы представления данных используются? Чем различаются статические, динамические и полустатические структуры? Об этом — наша статья.
Вне зависимости от сложности и содержания любые данные представлены в памяти электронно-вычислительных устройств (ЭВМ) в виде последовательности битов (двоичных разрядов), причем их значения — это соответствующие двоичные числа. Однако сами по себе битовые последовательности структурированы недостаточно, поэтому они не очень удобны для практического использования. Именно поэтому на практике применяют структуры данных, которые организованы более сложно. Понятие структуры тесно связано с понятием типа данных.
Классификация
Структуры данных бывают физические и логические. В отличие от последних, физические отражают, по сути, способ представления данных в памяти ЭВМ, поэтому их называют еще и внутренними.
По своему составу структуры данных классифицируют на следующие типы:
— простые. Их нельзя разделить на составные части, которые больше, чем биты, то есть мы говорим о неделимых единицах. Для простого типа ясно определен размер и способ размещения структуры в памяти ПК;
— сложные, они же интегрированные. Состоят из других структур данных, которые бывают как простые, так и, в свою очередь, тоже сложные.
По наличию связей структуры бывают:
— несвязные: массивы, векторы, строки, стеки (Last In, First Out), очереди (First In, First Out);
— связные (к примеру, связные списки).
Также существует понятие изменчивости — это изменение количества элементов либо связей между ними. По признаку изменчивости структуры бывают:
— статические;
— полустатические;
— динамические.
Классификацию можно посмотреть на картинке ниже:
Здесь отдельного упоминания заслуживают файлы как структуры данных. Файлами называют, к примеру, совокупность записей, структурированных одинаково. Файлы бывают:
— прямого или комбинированного доступа;
Следующий критерий — характеристика упорядоченности элементов. По признаку упорядоченности структуры бывают:
— нелинейные: деревья, графы, многосвязные списки;
— линейные. По характеру распределения компонентов в памяти ЭВМ они могут иметь последовательное распределение (строки, векторы, массивы, стеки, очереди) и произвольное связное распределение (односвязные и двусвязные списки).
Когда мы указываем тип данных, мы четко определяем:
— размер памяти, который отводится под конкретную структуру;
— способ размещения структуры в памяти;
— значения, которые допустимы для этого типа данных;
— операции, которые поддерживаются.
Простые структуры данных
Как уже было сказано выше, это основа для создания более сложных структур. Также простые структуры называют примитивными либо базовыми (типами данных). Какие структуры сюда относят:
Для примера — структура простых типов для языка программирования Pascal:
Далее — формат представления беззнаковых чисел:
И формат представления чисел со знаком:
Статические структуры
Это не что иное, как структурированное множество простых структур. К примеру, тот же вектор можно представить упорядоченным множеством чисел. Для статических структур изменчивость несвойственна, ведь размер памяти ЭВМ, который отводится для этих данных, является постоянным, выделяясь на этапе компиляции либо выполнения программы.
Вектор
Вектором также называют и одномерный массив. Это структура данных, где число элементов фиксировано, причем речь идет об однотипных компонентах. У каждого компонента — свой индекс (уникальный номер). С физической точки зрения векторные компоненты размещаются в памяти в ячейках, расположенных подряд.
Двумерный массив
Двумерный массив (он же матрица) представляет собой вектор, причем каждый его элемент — тоже вектор. Если учесть внешние сходства, тогда то, что является справедливым для вектора, является справедливым и для матрицы.
Множество
Это набор неповторяющихся данных одного типа. Множество способно принимать все значения базового типа, а так как он не должен превышать 256 значений, то типом элементов множеств могут быть char, byte и их производные.
В памяти множество хранится в виде массива битов, причем каждый бит показывает, принадлежит ли элемент объявленному множеству. Таким образом, максимальное число элементов множества равно 256, а множество может занимать не больше 32 байт.
Записи
Комбинированный тип данных, в котором значения представляют собой нетривиальную структуру. Записи формируются из нескольких полей разного типа, причем внешний доступ к этим полям происходит по именам полей. Из этого можно сделать простейшее заключение: записи — это средство представления программных моделей реальных объектов, ведь реальный объект имеет несколько внешних свойств, описываемых разнотипными данными.
К примеру, с помощью записи можно описать преподавателя университета. В этом случае объект «преподаватель» будет иметь следующие характеристики:
В памяти компьютера это можно представить:
— в виде последовательности полей, которые занимают произвольную непрерывную область памяти:
— в виде связного списка, имеющего указатели на значения полей записи:
Полустатические структуры
— поддержка простых способов изменения этой длины;
— изменение длины возможно не в произвольных, а в определенных пределах, которые не будут превышать максимально-допустимые (предельные) значения.
С точки зрения логики полустатическая структура — это последовательность данных, связанная отношениями линейного списка. Доступ к элементу возможен по порядковому номеру.
С физической точки зрения полустатические структуры представлены в виде вектора, располагаясь в непрерывной области памяти ПК. Также их можно представить в качестве однонаправленного связного списка, где каждый последующий компонент адресуется указателем, который находится в текущем компоненте.
Примеры: стеки, строки, очереди, деки.
Динамические структуры
Не обладают постоянным размером, в результате чего память выделяется в момент создания элементов либо в процессе выполнения программы. Когда необходимость в элементе отпадает, занимаемая им память освобождается.
Так как компонент находится в памяти не по порядку и не в одной области, его адрес нельзя вычислить из адреса начального либо предыдущего компонента. Именно поэтому компонентная связь формируется через указатели, которые содержат соответствующие адреса в памяти. Это не что иное, как связное представление данных в памяти. Вывод напрашивается сам собой: такое представление обеспечивает высокую изменчивость структуры.
• размер структуры ограничивается лишь объемом памяти ЭВМ;
• во время изменения логической последовательности элементов (выполнении основных операций по удалению, добавлению, изменению порядка следования) нужна лишь коррекция указателей.
• работа с указателями требует от разработчика высокой квалификации;
• на указатели тратится дополнительная память;
• на доступ тратится дополнительное время.
Связные линейные списки
Это простейшие динамические структуры. Они представляют собой упорядоченные множества, которые содержат переменное число компонентов, причем отсутствуют ограничения по длине.
Ниже изображен односвязный список:
— INF — информационное поле, которое содержит данные;
— NEXT — указатель на последующий компонент списка;
— «Голова списка» — указатель на начало;
— nil — указатель на последний элемент.
На практике использовать и обрабатывать односвязный список не всегда удобно, ведь нельзя перемещаться в противоположную сторону, что ставит под вопрос оперативное выполнение некоторых операций. Однако такая возможность существует у двухсвязного списка, ведь в нем каждый элемент обеспечивает хранение двух указателей: на последующий и на предыдущий компоненты. Также для удобства обработки он имеет особый элемент — указатель конца списка. Но за повышенное удобство и оперативное выполнение операций надо платить — в случае с двухсвязным списком наличие 2-х указателей в каждом компоненте повышает сложность и становится причиной дополнительных затрат памяти.
Заключение
В качестве заключения скажем, что структуризация данных осуществляется сегодня множеством различных способов. Понимание особенностей структур данных, их строения, функций и основных характеристик позволит вам повысить качество создаваемого программного обеспечения, не говоря уже о более оперативной разработке. Также при определении формата данных нужно всегда учитывать специфику поставленных задач, делая это еще на этапе создания спецификаций и требований.
10 типов структур данных, которые нужно знать + видео и упражнения
Екатерина Малахова, редактор-фрилансер, специально для блога Нетологии адаптировала статью Beau Carnes об основных типах структур данных.
«Плохие программисты думают о коде. Хорошие программисты думают о структурах данных и их взаимосвязях», — Линус Торвальдс, создатель Linux.
Структуры данных играют важную роль в процессе разработки ПО, а еще по ним часто задают вопросы на собеседованиях для разработчиков. Хорошая новость в том, что по сути они представляют собой всего лишь специальные форматы для организации и хранения данных.
В этой статье я покажу вам 10 самых распространенных структур данных. Для каждой из них приведены видео и примеры их реализации на JavaScript. Чтобы вы смогли попрактиковаться, я также добавил несколько упражнений из бета-версии новой учебной программы freeCodeCamp.
Обратите внимание, что некоторые структуры данных включают временную сложность в нотации «большого О». Это относится не ко всем из них, так как иногда временная сложность зависит от реализации. Если вы хотите узнать больше о нотации «большого О», посмотрите это видео от Briana Marie.
В статье я привожу примеры реализации этих структур данных на JavaScript: они также пригодятся, если вы используете низкоуровневый язык вроде С. В многие высокоуровневые языки, включая JavaScript, уже встроены реализации большинства структур данных, о которых пойдет речь. Тем не менее, такие знания станут серьезным преимуществом при поиске работы и пригодятся при написании высокопроизводительного кода.
Связные списки
Связный список — одна из базовых структур данных. Ее часто сравнивают с массивом, так как многие другие структуры можно реализовать с помощью либо массива, либо связного списка. У этих двух типов есть преимущества и недостатки.
Так устроен связный список
Связный список состоит из группы узлов, которые вместе образуют последовательность. Каждый узел содержит две вещи: фактические данные, которые в нем хранятся (это могут быть данные любого типа) и указатель (или ссылку) на следующий узел в последовательности. Также существуют двусвязные списки: в них у каждого узла есть указатель и на следующий, и на предыдущий элемент в списке.
Основные операции в связном списке включают добавление, удаление и поиск элемента в списке.
Упражнения от freeCodeCamp
Стеки
Стек — это базовая структура данных, которая позволяет добавлять или удалять элементы только в её начале. Она похожа на стопку книг: если вы хотите взглянуть на книгу в середине стека, сперва придется убрать лежащие сверху.
Так устроен стек
В стеках можно выполнять три операции: добавление элемента (push), удаление элемента (pop) и отображение содержимого стека (pip).
Упражнения от freeCodeCamp
Очереди
Эту структуру можно представить как очередь в продуктовом магазине. Первым обслуживают того, кто пришёл в самом начале — всё как в жизни.
Так устроена очередь
Очередь устроена по принципу FIFO (First In First Out, «первый пришёл — первый вышел»). Это значит, что удалить элемент можно только после того, как были убраны все ранее добавленные элементы.
Очередь позволяет выполнять две основных операции: добавлять элементы в конец очереди (enqueue) и удалять первый элемент (dequeue).
Упражнения от freeCodeCamp
Множества
Так выглядит множество
Множество хранит значения данных без определенного порядка, не повторяя их. Оно позволяет не только добавлять и удалять элементы: есть ещё несколько важных функций, которые можно применять к двум множествам сразу.
Упражнения от freeCodeCamp
Map — это структура, которая хранит данные в парах ключ/значение, где каждый ключ уникален. Иногда её также называют ассоциативным массивом или словарём. Map часто используют для быстрого поиска данных. Она позволяет делать следующие вещи: