A megfelelő adatstruktúra kiválasztásával hatékonyabbá teheti programját. Íme egy útmutató, amely segít a helyes választásban.

A célokhoz legjobban illeszkedő adatstruktúra kiválasztása kihívást jelenthet, mivel számos lehetőség áll rendelkezésre. Az adatstruktúra kiválasztásakor vegye figyelembe, hogy milyen adatokkal fog foglalkozni, milyen műveleteket kell végrehajtani az adatokkal, és milyen környezetben fog az alkalmazás futni.

Értse meg adatait

Az adatstruktúra kiválasztása előtt létfontosságú, hogy megértse a kezelendő adatokat. Közös adatszerkezetek A különféle adattípusokkal működő tömbök, linkelt listák, fák, grafikonok és hash táblák.

Például, ha véletlenszerűen kell hozzáférnie az adatokhoz, a tömbök lehetnek a legjobb választás. Abban az esetben, ha folyamatosan kell elemeket hozzáadni vagy törölni egy listából, és a lista mérete is változhat, akkor a linkelt listák különösen hasznosak lehetnek.

Ha hatékonyan kell tárolnia több szintű adatot, például rekordstruktúrákat, és olyan műveleteket kell végrehajtania, mint a keresés és a rendezés, akkor a fák hasznosak.

instagram viewer

Ha le kell írnia az entitások közötti interakciókat, például a közösségi hálózatokban lévőket, és olyan műveleteket kell végrehajtania, mint a legrövidebb út és a kapcsolat, akkor a grafikonokat részesítjük előnyben. A hash táblák hasznosak a gyors kulcskereséshez.

Fontolja meg az adatokkal végrehajtandó műveleteket

Az adatstruktúra kiválasztásakor figyelembe kell venni az adatokkal végrehajtandó műveleteket is. A különböző adatstruktúrák számos műveletet optimalizálnak, mint például a rendezés, a keresés, a beillesztés és a törlés.

Például a linkelt listák jobbak az olyan műveletekhez, mint a beillesztés és a törlés, de a bináris fák a legjobbak a kereséshez és a rendezéshez. A hash tábla lehet a legjobb választás, ha az alkalmazás egyidejű beszúrást és keresést igényel.

Értékelje a környezetet

Az adatstruktúra mérlegelésekor értékelnie kell azt a környezetet, amelyben az alkalmazás futni fog. A környezet befolyásolja, hogy az adatstruktúrák milyen jól és milyen gyorsan érhetők el.

A jelenlegi állapotának értékelésekor vegye figyelembe a következő tényezőket:

  1. Feldolgozási teljesítmény: Olyan adatstruktúrákat válasszon alkalmazásaihoz, amelyek jól működnek kis feldolgozási teljesítményű PC-ken, miközben a platformon futnak. Például az egyszerűbb adatstruktúrák, például a tömbök megfelelőbbek lehetnek, mint a fák vagy a grafikonok.
  2. Egyidejűség: Olyan szálbiztos adatstruktúrát kell választani, amely képes kezelni az egyidejű hozzáférést az adatok sérülése nélkül; ha az alkalmazás párhuzamos környezetben fut, ahol több szál vagy folyamat egyszerre éri el az adatstruktúrát. Ebben az esetben a zármentes adatstruktúrák, mint pl ConcurrentLinkedQueue és ConcurrentHashMap megfelelőbbek lehetnek, mint a hagyományosak, például az ArrayListand HashMap.
  3. Hálózati késleltetés: Ha az alkalmazás hálózaton keresztüli adatátvitelt igényel, a legjobb adatstruktúra kiválasztásakor figyelembe kell vennie a hálózati késleltetést. Ilyen helyzetekben a hálózati hívásokat korlátozó vagy az adatátvitel mennyiségét csökkentő adatstruktúra használata javíthatja a végrehajtást.

Általános adatstruktúrák és felhasználási eseteik

Itt található néhány népszerű adatstruktúra és használatuk összefoglalása.

  1. Tömbök: Ez egy egyszerű és hatékony adatstruktúra, amely azonos adattípusú elemek rögzített méretű sorozatát tartalmazhatja. Ahhoz, hogy megfelelően működjenek, gyors, közvetlen hozzáférésre van szükségük adott objektumokhoz egy indexen keresztül.
  2. Hivatkozott listák: A csatolt listák csomópontokból állnak, amelyek tartalmaznak egy elemet és egy hivatkozást a következő csomópontra és/vagy előző csomópontra. Hatékony működésük miatt a linkelt listák a legmegfelelőbbek olyan helyzetekben, ahol az elemek gyakori beillesztése vagy törlése szükséges. Az egyes elemek index általi elérése azonban a hivatkozott listákban lassabb a tömbökhöz képest.
  3. Sorok és halmok: A halmok megfelelnek a Last-In-First-Out (LIFO) szabálynak, ahol az utoljára beillesztett elem lesz az első eltávolított elem. A sorokat a FIFO (First-In-First-Out) elv szabályozza ahol az elsőként hozzáadott elem egyben az első törölt elem is.
  4. Hash táblázatok: A hash táblák az adatstruktúra egyik formája, amely kulcs-érték párokat tartalmaz. A legjobb megoldás a hash táblák használata, ha az összetevők száma előre nem jelezhető, és kulcsonként gyors hozzáférésre van szükség az értékekhez.
  5. fák: A fák hierarchikus adatstruktúrák, amelyek egy hierarchiában elemcsoportot tárolhatnak. A legjobb felhasználási területek bináris keresőfák hierarchikus adatstruktúrákban vannak, ahol az adatelemek közötti kapcsolatok faszerű struktúrát képviselhetnek.

A megfelelő adatstruktúra kiválasztása

Az adatstruktúra kiválasztása előtt vegye figyelembe az alkalmazás adatait, kötelezettségeit és környezetét. A választás során gondoljon a következő elemekre:

  1. Idő összetettsége: Az alkalmazás teljesítményét jelentősen befolyásolhatja az adatstruktúra időbeli összetettsége. Ha az alkalmazás gyakori keresési vagy visszakeresési műveleteket igényel, használjon csökkentett időbonyolítású adatstruktúrát, például egy hash táblát.
  2. A tér összetettsége: Az adatstruktúra térbeli összetettsége egy másik fontos szempont. Ha az alkalmazás memóriaigényes, válasszon egy olyan adatstruktúrát, amely kevésbé bonyolult a térben, például egy tömböt. Ha a hely nem aggodalomra ad okot, használhat egy bonyolultabb térbeli adatstruktúrát, például egy fát.
  3. Olvass vs. Műveletek írása: Ha az alkalmazás sok írási műveletet használ, válasszon egy gyorsabb beillesztési teljesítménnyel rendelkező adatstruktúrát, például egy hash táblát. Ha az alkalmazás sok olvasási műveletet igényel, válasszon gyorsabb keresési sebességű adatstruktúrát, például bináris keresési fát.
  4. Adattípus: Az Ön által kezelt adatok szintén befolyásolhatják a választott adatstruktúrát. Használhat például faalapú adatstruktúrát, ha az adatok hierarchikusak. Ha olyan egyszerű adatokkal rendelkezik, amelyekhez véletlenszerűen kell hozzáférni, a tömbalapú adatstruktúra választása lehet a legjobb megoldás.
  5. Elérhető könyvtárak: Fontolja meg azokat a könyvtárakat, amelyek könnyen elérhetők a szóban forgó adatstruktúra számára. Könnyebb lenne végrehajtani és karbantartani, ha a programozási nyelvben beépített könyvtárak állnak rendelkezésre egy bizonyos adatszerkezethez.

A következő Python-példa bemutatja, hogyan lehet kiválasztani a legjobb adatszerkezetet egy adott használati esethez.

Fontolja meg azt az esetet, amikor olyan fájlrendszer-alkalmazást fejleszt, amelynek hierarchiában kell tárolnia és visszakeresnie a fájlokat. Olyan adatstruktúrát kell választania, amely hatékonyan képes reprezentálni ezt a hierarchikus struktúrát, és gyorsan végrehajtani a műveleteket, például a keresést, a beillesztést és a törlést.

Jó ötlet lehet fa alapú adatstruktúra, például bináris keresés vagy B-fa használata. Ha az egyes könyvtárakban található bejegyzések száma viszonylag kicsi, és a fa nem túl mély, a bináris keresési fa jól működne. A B-fa megfelelőbb lenne nagyobb számú fájlhoz és mélyebb könyvtárstruktúrákhoz.

Az alábbiakban egy példa látható a Python bináris keresőfájára.

osztályCsomópont:
def__benne__(én, érték):
 én.érték = érték
 self.left_child = Egyik sem
 self.right_child = Egyik sem


osztályBináris keresőfa:


def__benne__(maga):
 self.root = Egyik sem
defbetét(én, érték):


ha self.root vanEgyik sem:
 self.root = Csomópont (érték)


más:
 self._insert (érték, self.root) 
def_insert(self, value, current_node):


ha érték < jelenlegi_csomópont.érték:
ha aktuális_csomópont.left_child vanEgyik sem:
 current_node.left_child = Csomópont (érték)


más:
 self._insert (érték, current_node.left_child)
elif érték > jelenlegi_csomópont.érték:
ha aktuális_csomópont.jobb_gyermek vanEgyik sem:
 current_node.right_child = Csomópont (érték)
más:
 self._insert (érték, current_node.right_child)


más:
 nyomtatás("Az érték már létezik a fában.")
defkeresés(én, érték):
ha self.root vannemEgyik sem:
Visszatérés self._search (érték, self.root)


más:
VisszatérésHamis
def_keresés(self, value, current_node):


ha érték == jelenlegi_csomópont.érték:
VisszatérésIgaz


elif érték < jelenlegi_csomópont.érték és aktuális_csomópont.left_child vannemEgyik sem:
Visszatérés self._search (érték, current_node.left_child)


elif érték > jelenlegi_csomópont.érték és aktuális_csomópont.jobb_gyermek vannemEgyik sem:
Visszatérés self._search (érték, current_node.right_child)
más:
VisszatérésHamis

Ebben a megvalósításban két osztályt hoz létre: a Bináris keresőfa osztály, amely a beszúrási és keresési műveleteket kezeli és a Csomópont osztály, amely egy csomópontot szimbolizál a bináris keresési fában.

Míg a beszúrási módszer az értékétől függően új csomópontot szúr be a fa megfelelő helyére, addig a keresési módszer egy megadott értékű csomópontot keres. Mindkét művelet időbeli összetettsége egy kiegyensúlyozott fában O(log n).

Válassza ki az Optimális adatszerkezetet

Alkalmazásának sebessége és alkalmazkodóképessége jelentősen javítható a választott adatszerkezettel. Az adatok, a műveletek és a környezet figyelembevétele segíthet a legjobb adatstruktúra kiválasztásában.

Fontosak az olyan megfontolások, mint az időbonyolultság, a térbonyolultság, az írás-olvasási műveletek, a párhuzamosság, az adattípus és a könyvtár hozzáférhetősége.

Az egyes összetevők súlyának felmérésével ki kell választania azt az adatstruktúrát, amely kielégíti az alkalmazás szükségleteit.