Структуры данных

Информация, отражающая существенные признаки объекта, процесса или явления и хранящаяся в памяти ЭВМ, представляет собой компьютерную информационную модель. При построении такой модели приходится решать две проблемы:

• какие признаки считать существенными;

• как их организовать в памяти ЭВМ( какой тип и структура информации ).

Любой набор знаков, рассматриваемый безотносительно к его содержательному смыслу, называют данными. Данные обычно изображают некоторую информацию, которую можно получить, если. известен смысл, приписываемый данным. В языках программирования и в трансляторах часто используют различные совокупности данных, организованных определенным образом. Организованные совокупности данных называют структурами данных. Структура несет новое качество, новую информацию .Каждая структура состоит из элементов или записей. Структура определяется правилами, устанавливающими отношения между элементами. В общем случае каждый элемент в свою очередь может быть некоторой структурой.. Наименьшие элементы записи, имеющие определенный содержательный смысл, называются полями. Например, в машинной команде, рассматриваемой как отдельная запись, полями можно считать части, соответствующие коду операции, адресам и признакам. Рассмотрим наиболее распространенные структуры данных.

Строка - упорядоченный одномерный набор элементов, каждый из которых, кроме первого, имеет предшественника и последователя ( кроме последнего). Получить доступ к элементу строки можно лишь путем последовательного просмотра элементов с одного из концов строки. В частности, входная программа является для транслятора строкой.

Массив - набор элементов, с каждым из которых связан упорядоченный набор целых чисел, называемых индексами. Индексы однозначно определяют позицию каждого элемента массива. Частный вид массивов - прямоугольные массивы, в которых каждый индекс изменяется с постоянным шагом от нижнего до верхнего значения.

1 2 3 4 5 6 7 8

рис. 2 Графическая структура массива из 8-ми чисел

А

1 2

1 2 3 4 1 2 3 4

Рис.3 Графическая структура 2-мерного массива

А

1 2

1 2 1 2

1 2 1 2 1 2 1 2

Рис. 4 Графическая структура 3-мерного массива

Очереди и стеки - одномерные динамически изменяемые упорядоченные наборы элементов. Новый элемент всегда добавляют к одному и тому же концу “ первым пришел, первым ушел”.

в ход

А1

А2

А3

Выход

Рис.5 Очередь

Удаление элемента в стеке происходит с того же конца, с которого добавляются элементы, по принципу “последним пришел, первым ушел”.

А 1

А2

А3

Вход и выход (вершина стека)

Рис. 6 Стек

Конец стека, с которого добавляются и удаляются элементы, называют вершиной стека.

Таблица - набор элементов, каждый из которых имеет отличительный признак, называемый ключом. Элементы выбираются из таблицы и добавляются в таблицу по ключу. Помимо ключа, элемент таблицы обычно содержит также данные, несущие некоторую информацию. Примером таблицы может служить любая таблица значений функции. Ключом в такой таблице является значение аргумента, а информацию несет значение функции. Значение аргумента и функции вместе образуют табличную запись.

Аэрпорт Назначения	Номер рейса	Тип Самолета	Дни отправления	Время отправления
Москва	320	ТУ-154	1, 3, 5	16- 20
Воронеж	3107	ТУ-134	1, 3, 5, 7	8- 40
Ижевск	308	АН-24	4, 7	17- 35

Рис. 7 Прямоугольная таблица. Расписание вылетов самолетов.

Расписание-пример информационной модели, представленной в табличном виде. Объектами, отраженными в этой модели, являются рейсы самолетов. Все данные, входящие в расписание, взаимосвязаны. Если эту связь исказить, то информация станет ложной.

В информатике совокупность взаимосвязанных данных называется информационной структурой, или структурой данных. В этом примере структура представляет собой прямоугольную таблицу , состоящую из строк и столбцов. Объектами, описанными в этой таблице, являются рейсы самолетов. Свойства(признаки) этих объектов выделяются в отдельные столбцы . Их называют также атрибутами объектов. Каждая строка этой таблицы есть совокупность значений атрибутов, относящихся к конкретному объекту. Такую строку называют записью ( другое название-кортеж ), а столбцы- полями записи. Прямоугольная таблица- одно из возможных представлений структуры данных.

Дерево состоит из набора узлов ( или вершин), каждый из которых содержит помимо данных указатели на узлы нижнего уровня. Единственный узел самого верхнего уровня называют корнем, а узлы самого нижнего уровня называют листьями. На каждый узел, кроме корня, указывает лишь один узел верхнего уровня, поэтому имеется единственный путь от данного узла до корня. Листья - это элементы внешние по отношению к дереву. В форме деревьев описываются системы объектов, имеющие иерархическую структуру. В дереве соотношения между верхними и нижними объектами имеет характер “один ко многим”.

Ориентированный граф отличается от дерева тем, что на узел может указывать более чем один другой узел. Для отличия указывающих узлов от указываемых на линиях, соединяющих узлы, ставят стрелки. В дереве стрелки не нужны, поскольку всегда верхние узлы указывают на нижние. В ориентированном графе возможен путь от узла к самому себе. Если такой путь не содержит других узлов , его называют петлей, а если содержит- циклом. Петля- частный случай цикла. Граф без цикла называют ациклическим.