Cómo organizar datos utilizando estructuras de datos: archivos, matrices, listas y otros

Estructura de datos

Las estructuras de datos proporcionan una forma de almacenar y organizar datos en una computadora. La programación utiliza varias estructuras de datos diferentes. Dentro de un programa, una estructura de datos es una colección de elementos de datos que están organizados de alguna manera. Por ejemplo, una colección de elementos podría organizarse y numerarse en secuencia. Las estructuras de datos comunes son archivos, listas, matrices, pilas, colas y árboles.

Archivos

Se utiliza un archivo de computadora para almacenar información. Los programas de computadora pueden usar archivos para leer la información que necesita ser procesada y escribir los resultados del procesamiento. Los datos dentro de un archivo generalmente se organizan en paquetes más pequeños de información, que a menudo se denominan «registros» o «líneas».

Por ejemplo, un archivo puede contener la información de la nómina de cada empleado, con cada empleado representado por una línea. Un programa de computadora puede leer esta información línea por línea y realizar algún tipo de operación relacionada con la nómina, como calcular los beneficios para un período de pago determinado. Los resultados pueden agregarse al archivo existente o escribirse en un archivo nuevo. Los archivos hacen posible que diferentes programas compartan información, ya que un archivo se puede pasar al siguiente.

Liza

Una lista contiene elementos de un tipo de datos en particular. Por ejemplo, una lista podría contener cadenas. Un ejemplo serían los nombres de todos los jugadores de un equipo de fútbol. Cada nombre es una cadena, pero cuando organizas todos los nombres juntos, forman una lista. Una lista es la estructura de datos más simple.

Por ejemplo, una lista de cadenas podría verse así:

(‘John’, ‘Paul’, ‘George’, ‘Ringo’)

Una lista de números podría verse así:

(67, 84, 92, 52, 81, 75)

Cada elemento de una lista se identifica mediante un índice específico. Todos los elementos de una lista están ordenados en una secuencia en particular, y el índice de un elemento le indica en qué posición de la secuencia se encuentra ese elemento. Normalmente, el valor del índice de la primera posición es cero (0).

Formación

Una matriz es una estructura de datos en la que los elementos se identifican mediante uno o más índices. Una matriz es similar a una lista, pero una matriz puede tener varias dimensiones. Una matriz unidimensional es lo mismo que una lista: una secuencia lineal de elementos que son todos del mismo tipo.

En una matriz bidimensional, los elementos están organizados en dos dimensiones, que puede considerar las filas y columnas de una tabla. Este tipo de matriz utiliza dos índices: uno para filas y otro para columnas. La combinación única de dos valores de índice representa una celda única en la tabla. Cada celda corresponde a un elemento, que puede ser una cadena, un número o algún otro tipo de datos.

Una matriz bidimensional también se llama matriz. Una matriz tridimensional se puede representar mediante un cubo y utiliza tres índices. Las matrices pueden tener más dimensiones, pero son más difíciles de visualizar.

Las matrices permiten organizar los datos de manera eficiente porque los índices permiten recuperar cualquier elemento. Son relativamente fáciles de implementar. Sin embargo, todos los elementos deben ser del mismo tipo, y la búsqueda en una matriz grande puede llevar mucho tiempo si no está ordenada.

Pilas

Una pila es una estructura de datos donde los elementos solo se insertan o eliminan en la parte superior. Una pila es similar a una lista, pero puede contener cualquier tipo de elemento. A diferencia de una lista, el orden de los elementos es fijo y no se puede cambiar. Esto limita las operaciones que se pueden realizar en él. Básicamente, solo hay dos operaciones: empujar y hacer estallar. Empujar agrega un elemento a la parte superior de la pila y pop elimina un elemento de la parte superior de la pila.

Una pila es una estructura de datos de último en entrar, primero en salir (LIFO). Los elementos se eliminan en el orden inverso al de su adición. La forma más fácil de visualizar una pila es como una pila de libros, y lo único que puede hacer es agregar un libro en la parte superior o quitar un libro de la parte superior. Esta no es una estructura de datos muy sofisticada, pero es muy eficiente. Las pilas pueden ser muy grandes y, sin embargo, puede trabajar con una pila muy rápidamente, ya que solo le preocupa el elemento en la parte superior.

Cola

Una cola es una estructura de datos donde los elementos se mantienen en orden y donde los elementos se insertan en un extremo y se eliminan en el otro. Una cola es una estructura de datos de primero en entrar, primero en salir (FIFO). El primer elemento de una cola será el primero en eliminarse. También puede seguir agregando elementos o seguir eliminando elementos, y la cola puede alargarse o acortarse.

La forma más fácil de visualizar una cola es una fila de personas esperando en el banco. Las personas nuevas que ingresan al banco se agregan al final de la fila. Cuando un cajero abre, la persona que abandona la fila está en el frente y ha estado allí por más tiempo de todas las personas en la fila.

Una cola es muy útil para manejar un paso intermedio en un programa. Imagine dos procesos que se ejecutan a velocidades variables debido a la naturaleza de los elementos que se procesan: algunos elementos son más complicados que otros y toman más tiempo. Si los procesos están conectados en una secuencia directa, donde la salida del primer proceso se convierte en la entrada del segundo proceso, el programa puede no ser muy eficiente ya que los dos procesos pueden terminar teniendo que esperar el uno al otro. Una cola entre los dos procesos permite que los programas sean más eficientes.

Cuando el primer proceso se ejecuta más rápido que el segundo, la longitud de la cola aumentará, pero el primer proceso no necesita ralentizarse. Cuando el segundo proceso se ejecuta más rápido que el primero, la longitud de la cola se acortará, pero el segundo proceso no tiene que esperar al primero. El uso de una cola reduce el tiempo de espera general. Por supuesto, si el segundo proceso es consistentemente más rápido que el primero, la cola se vaciará y se perderá parte de la eficiencia.

Arboles

Un árbol es una estructura de datos jerárquica. Parece una estructura de árbol con ramas, pero normalmente se muestra al revés. Un árbol es un tipo de gráfico conectado donde cada elemento se representa como un nodo en un gráfico. Las relaciones entre los nodos se describen en términos de padres e hijos.

Cada nodo en el árbol está conectado a un nodo principal más arriba en la estructura, con la excepción del nodo en la parte superior, que no tiene un padre. En el siguiente ejemplo, el nodo número dos no tiene un padre y se considera la raíz del árbol.

El nodo 2 es la raíz.

Cada nodo del árbol puede tener cualquier número de hijos más abajo en la estructura, incluido cero. En el ejemplo, los nodos dos, seis y siete tienen dos hijos cada uno, mientras que los nodos cinco y nueve tienen un hijo cada uno. Los nodos tres, cuatro, cinco y once no tienen hijos y luego se consideran hojas.

Los árboles son una estructura de datos más complicada. Suelen utilizarse para representar datos jerárquicos o colecciones de listas ordenadas. Por ejemplo, considere la estructura de carpetas y archivos de su computadora.

La raíz suele ser la unidad C :, y sus archivos están organizados en varias carpetas. Cada carpeta puede contener cualquier número de carpetas o archivos. Esto puede llegar a varios niveles de profundidad, por lo que la ubicación real de un archivo podría ser algo así como C: MyDocuments Projects2013 MyReport.doc . Puede representar la estructura completa de todos sus archivos y carpetas como una estructura de árbol.

Resumen de la lección

Una estructura de datos es una colección de elementos de datos que están organizados de alguna manera. Las estructuras de datos comunes son archivos, listas, matrices, pilas, colas y árboles.

Los resultados del aprendizaje

Al completar esta lección, podrá:

• Definir estructura de datos
• Describir estructuras de datos comunes, como archivos, listas, matrices, pilas, colas y árboles.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador