Очередью FIFO (First In First Out - "первым пришел - первым вышел") называется такой последовательный список с переменной длиной, в котором включение элементов выполняется только с одной стороны списка (конец), а исключение - с другой стороны (начало). Основные операции над очередью - включение, исключение, определение размера, очистка, неразрушающее чтение.
Дек - особый вид очереди. Дек (от англ. deq - double ended queue, т.е очередь с двумя концами) - это такой последовательный список, в котором как включение, так и исключение элементов может осуществляться с любого из двух концов списка. Операции над деком: включение элемента справа, слева; исключение элемента справа, слева; определение размера; очистка.
Строка - это линейно упорядоченная последовательность символов, принадлежащих конечному множеству символов, называемому алфавитом. Говоря о строках, обычно имеют в виду текстовые строки - строки, состоящие из символов, входящих в алфавит какого-либо выбранного языка, цифр, знаков препинания и других служебных символов. Базовыми операциями над строками являются: определение длины строки; присваивание строк; конкатенация (сцепление) строк; выделение подстроки; поиск вхождения.
Достоинства связного представления данных: в возможности обеспечения значительной изменчивости структур; размер структуры ограничивается только доступным объёмом машинной памяти; при изменении логической последовательности элементов структуры требуется не перемещение данных в памяти, а только коррекция указателей. Вместе с тем связное представление не лишено и недостатков: работа с указателями требует, как правило, более высокой квалификации от программиста; на поля связок расходуется дополнительная память; доступ к элементам связной структуры может быть менее эффективным по времени.
Связные линейные списки.
Списком называется упорядоченное множество, состоящее из переменного числа элементов, к которым применимы операции включения, исключения. Список, отражающий отношения соседства между элементами, называется линейным. Если ограничения на длину списка не допускаются, то список представляется в памяти в виде связной структуры. Линейные связные списки являются простейшими динамическими структурами данных.
На рис. 4 приведена структура односвязного списка.[4] На нем поле INF - информационное поле, данные, NEXT - указатель на следующий элемент списка. В поле указателя последнего элемента списка находится специальный признак nil, свидетельствующий о конце списка.
Но, обработка односвязного списка не всегда удобна, так как отсутствует возможность продвижения в противоположную сторону. Такую возможность обеспечивает двухсвязный список, каждый элемент которого содержит два указателя: на следующий и предыдущий элементы списка. Для удобства обработки списка добавляют еще один особый элемент - указатель конца списка.[5]
Разновидностью рассмотренных видов линейных списков является кольцевой
список, который может быть организован на основе как односвязного, так и
двухсвязного списков, как показано на рис. 6.[6]
Линейные списки находят широкое применение в приложениях, где непредсказуемы требования на размер памяти, необходимой для хранения данных; большое число сложных операций над данными, особенно включений и исключений.
Нелинейные разветвленные списки
Нелинейным разветвленным списком является список, элементами которого могут быть тоже списки. Если один из указателей каждого элемента списка задает порядок обратный к порядку, устанавливаемому другим указателем, то такой двусвязный список будет линейным. Если же один из указателей задает порядок произвольного вида, не являющийся обратным по отношению к порядку, устанавливаемому другим указателем, то такой список будет нелинейным.
В обработке нелинейный список определяется как любая последовательность атомов и списков (подсписков), где в качестве атома берется любой объект, который при обработке отличается от списка тем, что он структурно неделим.
В узлах графа содержится информация об элементах объекта. Связи между узлами задаются ребрами графа. Ребра графа могут иметь направленность, показываемую стрелками, тогда они называются ориентированными, ребра без стрелок - неориентированные. Граф, все связи которого ориентированные, называется ориентированным графом или орграфом; граф со всеми неориентированными связями - неориентированным графом; граф со связями обоих типов - смешанным графом. Для ориентированного графа число ребер, входящих в узел, называется полустепенью захода узла, выходящих из узла - полустепенью исхода. Граф без ребер является нуль-графом. Если ребрам графа соответствуют некоторые значения, то граф и ребра называются взвешенными. Мультиграфом называется граф, имеющий параллельные (соединяющие одни и те же вершины) ребра, в противном случае граф называется простым. Путь в графе - это последовательность узлов, связанных ребрами. Путь от узла к самому себе называется циклом, а граф, содержащий такие пути - циклическим. Два узла графа смежны, если существует путь от одного из них до другого.
Дерево - это граф, который характеризуется следующими свойствами:
1. Существует единственный элемент (узел или вершина), на который не ссылается никакой другой элемент - и который называется корнем.
2. Начиная с корня и следуя по определенной цепочке указателей, содержащихся в элементах, можно осуществить доступ к любому элементу структуры.
3. На каждый элемент, кроме корня, имеется единственная ссылка, т.е. каждый элемент адресуется единственным указателем.
Линия связи между парой узлов дерева называется обычно ветвью. Те узлы, которые не ссылаются ни на какие другие узлы дерева, называются листьями или терминальными вершинами. Узел, не являющийся листом или корнем, считается промежуточным или узлом ветвления (нетерминальной или внутренней вершиной). Деревья нужны для описания любой структуры с иерархией.
Ориентированное дерево - это такой ациклический орграф (ориентированный граф), у которого одна вершина, называемая корнем, имеет полустепень захода, равную 0, а остальные - полустепени захода, равные 1. Ориентированное дерево должно иметь по крайней мере одну вершину. Изолированная вершина также представляет собой ориентированное дерево. Ориентированное дерево является ациклическим графом, все пути в нем элементарны.
Заключение
Структуры данных – это абстрактные структуры или классы, которые используются для организации данных и предоставляют различные операции над этими данными.
В данной работе были описаны структуры данных всех классов памяти ЭВМ: простых, статических, полустатических, динамических и нелинейных, а также, информация о возможных операциях над всеми перечисленными структурами. С помощью операций можно организовывать поиск, сортировку и редактирование данных. Способы анализа эффективности использования структур данных важны для подсчета времени исполнения различных операций структур данных и являются полезным инструментом при выборе той или иной структуры данных для конкретной программистской задачи.
Мы рассмотрели вопрос о важности структур данных и о том, как они влияют на эффективность алгоритмов. Выбор правильного представления данных служит ключом к удачному программированию и может в большей степени сказываться на производительности программы, чем детали используемого алгоритма. Для определения того, как структуры данных влияют на производительность программ, нужно рассмотреть, как можно строго проанализировать различные операции, выполняемые структурами данных. Вряд ли когда-нибудь появится общая теория выбора структур данных.
Стоит добавить, что совокупность структур данных и операций их обработки составляет модель данных, которая является ядром любой базы данных. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними. База данных основывается на использовании иерархической, сетевой или реляционной модели, на комбинации этих моделей или на некотором их подмножестве.