Ієрархічні структури даних

Нерегулярні дані, які важко представити у вигляді списку або таблиці, часто представляють у вигляді ієрархічних структур. З подібними структурами ми дуже добре знайомі по буденному життю. Ієрархічну структуру має система поштових адрес. Подібні структури також широко застосовують в наукових систематизаціях і всіляких класифікаціях (мал. 1.5).

У ієрархічній структурі адреса кожного елементу визначається шляхом доступу маршрутом, ведучим від вершини структури до даного елементу. Ось, наприклад, як виглядає шлях доступу до команди, що запускає програму Калькулятор (стандартна програма комп'ютерів, що працюють в операційній системі Windows 98): Пуск > Програми > Стандартні > Калькулятор.

Дихотомія даних. Основним недоліком ієрархічних структур даних є збільшений розмір шляху доступу. Дуже часто буває так, що довжина маршруту виявляється більше, ніж довжина самих даних, до яких він веде. Тому в інформатиці застосовують методи для регуляризации ієрархічних структур з тим, щоб робити шлях доступу компактним. Одін з методів отримав назву дихотомії. Його суть зрозуміла з прикладу, представленого на мал.

У ієрархічній структурі, побудованій методом дихотомії, шлях доступу до будь-якого лементу можна представити як шлях через раціональний лабіринт з поворотами наліво (0) або направо (1) і, таким чином, виразити шлях доступу у вигляді компактного двійкового запису. У нашому прикладі шлях доступу до текстового процесора Word 2000 виразиться наступним двійковим числом 1010.

Впорядкування структур даних

Облікові і табличні структури є простими. Ними легко користуватися, оскільки адреса кожного елементу задається числом (для списку), двома числами для двовимірної таблиці) або декількома числами для багатовимірної таблиці. Вони також легко упорядковуються. Основним методом впорядкування є сортування. Дані можна сортувати по будь-якому вибраному критерію - за абеткою, за збільшенням порядкового номера або за збільшенням якого-небудь параметра.

Не дивлячись на численні зручності, у простих структур даних є і недо­статок — їх важко оновлювати. Якщо, наприклад, перевести студента з однієї групи в іншу, зміни треба вносити відразу до двох журналу відвідуваності при цьому в обох журналах буде порушена облікова структура. Якщо переведеного студента вписати в кінець списку групи, порушиться впорядкування за абеткою, а якщо його вписати відповідно до алфавіту, то зміняться порядкові номери всіх студен­тов, які слідують за ним.

Таким чином, при додаванні довільного елементу у впорядковану структуру списку може відбуватися зміна даних у інших елементів. У журналах успішності це пережити неважко, але в системах, що виконують автоматичну обробку даних, потрібні спеціальні методи для вирішення цієї проблеми.

Ієрархічні структури даних формою складніше, ніж лінійні і табличні, але вони не створюють проблем з оновленням даних. Їх легко розвивати шляхом созда­ния нових рівнів. Навіть якщо в учбовому закладі буде створений новий факультет, це ніяк не відіб'ється на шляху доступу до відомостей про інших факультетів, що вчаться.

Недоліком ієрархічних структур є відносна трудомісткість запису адреси елементу даних і складність впорядкування. Часто методи впорядкування в таких структурах засновують на попередній індексації, яка полягає в тому, що кожному елементу даних надається свій унікальний індекс, кото­рый можна використовувати при пошуку, сортуванню і тому подібне Раніше розглянутий прин­цип дихотомії насправді є одним з методів індексації даних в ієрархічних структурах. Після такої індексації дані легко розшукуються за двійковим кодом пов'язаного з ними індексу.

Адресні дані. Якщо дані зберігаються не як попало, а в організованій структурі (причому будь-якій), то кожний елемент даних набуває нову властивість (параметр), який можна назвати адресою. Звичайно, працювати з впорядкованими даними зручніше, але за це доводиться платити їх розмноженням, оскільки адреси елементів даних — це теж дані, і їх теж треба зберігати і обробляти.

Файли і файлова структура

Одиниці представлення даних

Існує безліч систем представлення даних. З однією з них, прийнятою в інформатиці і обчислювальній техніці, двійковим кодом, ми познайомилися вище. Найменшою одиницею такого уявлення є біт (двійковий розряд).

Сукупність двійкових розрядів, що виражають числові або інші дані, утворює якийсь бітовий малюнок. Практика показує, що з бітовим уявленням зручніше працювати, якщо цей малюнок має регулярну форму. В даний час як такі форми використовуються групи з восьми бітів, які називаються байтами.

Десяткове число	Двійкове число	Байт
1	1	0000 0001
2	10	0000 0010
255	11111111	1111 1111

Поняття про байт, як групу взаємозв'язаних бітів, з'явилося разом з першими зразками електронної обчислювальної техніки. Довгий час воно було машинний - залежним, тобто для разных обчислювальних машин довжина байта була різною. Тільки в кінці 60-х років поняття байта стало універсальним і маишнно незалежним.

Вище ми бачили, що у багатьох випадках доцільно використовувати не восьми­разрядное кодування, а 16-розрядне, 24-розрядне, 32-розрядне і більш. Група з 16 взаємозв'язаних біт (двох взаємозв'язаних байтів) в інформатиці называ­ется словом. Відповідно, групи з чотирьох взаємозв'язаних байтів (32 розряди) називаються подвоєним словом, а групи з восьми байтів (64 розряди) —учетверенным словом. Поки, на сьогоднішній день, таку систему позначення досить.