Введение в структуры данных. Какие структуры данных следует знать программисту? | OTUS
🔥 Начинаем BLACK FRIDAY!
Максимальная скидка -25% на всё. Успейте начать обучение по самой выгодной цене.
Выбрать курс

Курсы

Программирование
iOS Developer. Basic
-25%
Python Developer. Professional
-25%
Разработчик на Spring Framework
-25%
Golang Developer. Professional
-25%
Python Developer. Basic
-25%
iOS Developer. Professional
-25%
Node.js Developer
-25%
Unity Game Developer. Professional
-25%
React.js Developer
-25%
Android Developer. Professional
-25%
Software Architect
-25%
C++ Developer. Professional
-25%
Backend-разработчик на PHP Web-разработчик на Python Алгоритмы и структуры данных Framework Laravel PostgreSQL Team Lead Разработчик голосовых ассистентов и чат-ботов Архитектура и шаблоны проектирования Agile Project Manager Нереляционные базы данных Супер - интенсив по паттернам проектирования Супер-практикум по использованию и настройке GIT IoT-разработчик Подготовка к сертификации Oracle Java Programmer (OCAJP) Супер-интенсив «СУБД в высоконагруженных системах» Супер-интенсив "Azure для разработчиков"
Инфраструктура
Мониторинг и логирование: Zabbix, Prometheus, ELK
-25%
DevOps практики и инструменты
-25%
Архитектор сетей
-25%
Инфраструктурная платформа на основе Kubernetes
-25%
Супер-интенсив «ELK»
-16%
Супер-интенсив «IaC Ansible»
-16%
Administrator Linux. Professional MS SQL Server Developer Безопасность Linux PostgreSQL Reverse-Engineering. Professional CI/CD VOIP инженер Супер-практикум по работе с протоколом BGP Супер - интенсив по паттернам проектирования Супер - интенсив по Kubernetes Administrator Linux.Basic Супер-интенсив "Tarantool"
Специализации Курсы в разработке Подготовительные курсы
+7 499 938-92-02

Введение в структуры данных. Какие структуры данных следует знать программисту?

Структуры данных — важная часть разработки программного обеспечения. А еще это распространенная тема вопросов на собеседованиях. Прочитав краткое введение в структуры данных, вы получите преимущество при приеме на работу. В своей совокупности эти знания могут пригодиться и при написании высокопроизводительного кода. Дополнительно в статье будут рассмотрены временные сложности соответствующих алгоритмов (algorithms).

Связные списки

Одна из основных структур данных. Связный список нередко сравнивают с массивом, ведь множество других структур можно реализовать или посредством массивов, или посредством связного списка.

0_I2krMHdnjzUqidwf_1-1801-766d38.png

Связный список включает в себя группу (совокупность) узлов, вместе представляющих собой последовательность. Каждый из этих узлов включает в себя: — фактические данные, которые хранятся, причем и их можно представить любым типом данных; — указатель (ссылку) на последующий узел в последовательности.

Также бывают дважды связанные списки — в них каждый узел содержит указатель как на следующий, так и на предыдущий элемент списка.

Основные операции в связанном списке: — добавление в список элемента; — удаление элемента; — поиск в списке.

Временная сложность:

Screenshot_1-1801-efb598.png

Реализация на JS

Стеки

Базовая структура данных, используя которую, можно лишь вставлять/удалять элементы, находящиеся в начале стека. Если дать определение стека простыми словами, то его можно сравнить со стопкой книг. Когда вам хочется посмотреть на книгу из середины стека, вам прежде придётся взять тома, лежащие сверху.

Тут уместно вспомнить принцип LIFO (Last In First Out) — последний добавленный в стек элемент является первым элементом, который выходит из стека.

0_kAUG_JFNvKLpPs_7_1-1801-9a96cd.png

Главные операции стеков: — вставка элемента («push»); — удаление («pop»); — отображение содержимого стека («pip»).

Временная сложность:

Screenshot_2-1801-657419.png

Реализация на JS

Очереди

Эту структуру данных часто сравнивают с очередью в продуктовом супермаркете. Тот, кто стоит первым, обслуживается раньше других.

0_INQFkmoG8FWYuNCG_1-1801-275d1e.png

С точки зрения доступа к данным, очередь — это FIFO (First In First Out). После добавления нового элемента те компоненты, которые добавили ранее, удаляются до того, как удалится новый элемент.

Операции: — enqueue — вставка элемента в конец очереди; — dequeue — удаление переднего компонента.

Временная сложность:

Screenshot_3-1801-d16eb2.png

Реализацию на практике можно посмотреть здесь

Множества

1_R0EJij5oyOxP8gJ2jXm5Jw_1-1801-b53e91.png

Во множествах данные хранятся без конкретного порядка, причем повторяющиеся значения отсутствуют. Кроме стандартных возможностей по добавлению и удалению, существуют другие важные функции, поддерживающие одновременную работу с 2-мя наборами: • Union (объединение). Все элементы из 2-х разных множеств объединяются, причем результат возвращается как новый набор; • Intersection (пересечение). При наличии двух заданных множеств функция вернет иное множество, которое будет включать в себя элементы, находящиеся и в первом множестве, и во втором; • Difference  (разница). Возвратится перечень элементов, находящихся в одном множестве, но не повторяющихся в другом; • Subset (подмножество). Вернется булево значение, которое покажет, содержит ли одно множество все компоненты другого множества.

JS-код для практики

Map’ы

Map представляет собой структуру данных, хранящую эти данные в парах ключ-значение, причем каждый ключ является уникальным. Также эту структуру называют словарем или ассоциативным массивом и часто используют для поиска данных. В совокупности map’ы позволяют: — добавлять в коллекцию пары; — удалять из коллекции пары; — менять существующие пары; — искать значения, связанные ключом.

1_gu_lK_CJmho9llQAVD01Kw_1-1801-2f01d6.png

JS-код для практики

Хэш-таблицы

1_Ic9dWfQsehh74OidwUZgkA_1-1801-471786.png Хэш-таблицами называют структуры данных, реализующих map-интерфейс. Такая таблица задействует хэш-функцию в целях расчета индекса в массиве, по которому можно определить искомое значение. В среднем обеспечивается эффективное время поиска O (1).

Хэш-функция принимает строку, возвращая число, то есть для одного и того же ввода она должна возвращать одно и то же число. Если же 2 ввода хэшируются одинаковым цифровым выходом, речь идет о коллизии — коллизий должно быть как можно меньше.

Временная сложность алгоритма:

Screenshot_4-1801-87aa2e.png

JS-код хэш-таблицы для практики

Бинарное дерево поиска

0_x5o1G1UpM1RfLpyx_1-1801-561881.png

Деревом называют структуру данных из узлов. Такие данные характеризуются следующим образом: 1. У каждого дерева есть корневой узел (вершина). 2. Корневой узел содержит ноль либо более дочерних узлов. 3. Любой дочерний узел аналогично содержит ноль и более дочерних узлов и т. п.

Также из теории: 1. Каждая вершина содержит до 2 потомков. 2. Для любой вершины левые потомки меньше текущего узла.

Двоичные (бинарные) деревья поиска обеспечивают быстрое нахождение, добавление и удаление компонентов. При задании настроек следует учитывать, что в среднем любое сравнение дает возможность операциям пропускать половину дерева, поэтому поиск, вставка либо удаление отнимает время, значение которого пропорционально логарифму числа хранящихся в древе компонентов.

Временная сложность алгоритма:

Screenshot_5-1801-dd9234.png

JS-код

Префиксное дерево

Эта структура тоже представляет своеобразное дерево поиска. Данные хранятся в шагах, а каждый из шагов — это узел дерева. Благодаря быстрому поиску и наличию функции автозаполнения структура чаще применяется для хранения слов.

0_lqKJ7WnpvZ4fbUYd_1-1801-ac0b74.png

Согласно теории, каждый узел включает в себя одну букву слова. Чтобы записать слово, пользователь следует ветвям дерева, что позволяет записать слово побуквенно. Когда слово заканчивается либо порядок букв становится отличен от других слов, шаги расходятся. Каждый узел включает букву и логическое значение, которое указывает, является ли этот узел последним в слове.

Глядя на картинку выше, можно решать задачи по самостоятельному созданию слов. Дерево, размещенное на рисунке, содержит: — ball, — bat, — dork, — dorm, — doll, — do, — send, — sense.

JS-код

Бинарная куча

1_Lu5E1YaakS3JFcCqOsiniw_1-1801-26ced8.png

Очередное дерево, в любом узле которого содержится не больше 2-х детей. Эта структура — полное дерево, то есть все уровни заполнены вплоть до последнего уровня, причем последний уровень наполняется слева направо.

Согласно теории, бинарная куча бывает: — минимальной — ключи родительских узлов ≤ ключам дочерних компонентов; — максимальной — ключи родительских узлов ≥ значениям детей.

Приоритетное значение имеет порядок между уровнями, а не вершинами. На картинке 3-й уровень минимальной кучи включает в себя числа 10, 6 и 12, которые расположены не по порядку.

Временная сложность:

Screenshot_6-1801-281b51.png

JS-код

Графы

Графы — совокупности вершин и связей между ними (связи называют ребрами). Также графы иногда называют сетями.

Простейший и самый понятный пример графа — соцсеть. Вершины — это пользователи, ребра — дружба между пользователями.

1_fYG3B8hi4O2kk6aHvFB5mg_1-1801-3b8637.png

Виды графов: — ориентированные — графы с направлением на ребрах между вершинами; — неориентированные — графы без направления на ребрах.

Наиболее частые способы представления таких структур — матрица смежности и список смежности.

1_01PEzMXTsl9UOnqiGpfnWw_1-1801-d01b55.png

Более подробную информацию об этой структуре смотрите здесь.

Временная сложность:

Screenshot_7-1801-ee53f5.png

JS-код

Очень надеемся, что это краткое теоретическое введение в структуры данных и методы их хранения будет полезно читателям. Если же интересуют более продвинутые знания, обратите внимание на курс «Алгоритмы для разработчиков». Это содержательный курс, включающий в себя много практических заданий и полезной информации об алгоритмических структурах, которые могут понадобиться современному разработчику. Пройдя курс, вы сможете решать задания по алгоритмам, улучшите качество кода и его структуру, повысите производительность программ.

Algo_970x90-1801-545cb2.png

Источник

Не пропустите новые полезные статьи!

Спасибо за подписку!

Мы отправили вам письмо для подтверждения вашего email.
С уважением, OTUS!

Автор
0 комментариев
Для комментирования необходимо авторизоваться
🎁 Максимальная скидка!
Черная пятница уже в OTUS! Скидка -25% на всё!