Estructuras de datos y algoritmos

Estructura de datos (en inglés: data structure) es la forma en que una computadora almacena y organiza los datos.

Una estructura de datos es una colección de elementos de datos que tienen una cierta relación lógica, aplican una determinada estructura de almacenamiento en la computadora y encapsulan las operaciones correspondientes. Incluye tres aspectos: relaciones lógicas, relaciones de almacenamiento y operaciones.

Los diferentes tipos de estructuras de datos son adecuados para diferentes tipos de aplicaciones, y algunas incluso están especialmente diseñadas para tareas específicas. Por ejemplo, las redes informáticas dependen de las tablas de enrutamiento, y los árboles B son muy adecuados para la encapsulación de bases de datos.

¿Por qué aprender estructuras de datos y algoritmos?

A medida que las aplicaciones se vuelven más complejas y los datos más abundantes, aparecen millones, miles de millones o incluso decenas de miles de millones de datos. Las operaciones como buscar, insertar u ordenar datos tan grandes se vuelven cada vez más lentas; las estructuras de datos se utilizan para resolver estos problemas.

Aprender estructuras de datos y algoritmos puede:

• Mejorar la eficiencia del código: Las buenas estructuras de datos y algoritmos permiten que los programas se ejecuten más rápido y ocupen menos memoria.
• Resolver problemas complejos: Muchos problemas prácticos requieren estructuras de datos y algoritmos específicos para resolverse de manera efectiva.
• Imprescindible en entrevistas: Un tema que casi siempre se evalúa en las entrevistas técnicas.
• Fundamentos de programación: Es la piedra angular de todas las técnicas de programación avanzadas.

¿Qué conocimientos necesita antes de leer este tutorial?

Antes de comenzar a leer este tutorial, debe tener conocimientos básicos de programación, como los conceptos de programación en Python o Java.

Si aún no comprende estos conceptos, le recomendamos que primero lea nuestros tutorialesTutorial de PythonoTutorial de Java。

Recomendamos usar Python como lenguaje de aprendizaje, por las siguientes razones:

Explicación de estructuras de datos y algoritmos

Estructura de datosEs como la forma en que organizamos los objetos. Imagina tu estantería:

• Si los apilas al azar, encontrar un libro será muy difícil (estructura de datos ineficiente).
• Si los ordenas por categoría, autor u orden alfabético, encontrar un libro es muy rápido (estructura de datos eficiente).

AlgoritmoSon los pasos y métodos para resolver problemas. Como una receta de cocina:

• Los mismos ingredientes (datos), diferentes métodos de preparación (algoritmos) producen resultados diferentes.
• Algunos métodos son rápidos y buenos, otros requieren tiempo y esfuerzo.

Términos básicos

Estructuras de datos comunes

• Pila (Stack):Una pila es un tipo especial de lista lineal; solo permite operaciones de inserción y eliminación de nodos de datos en un extremo fijo de la lista.
• Cola (Queue):La cola es similar a la pila, también es un tipo especial de lista lineal. A diferencia de la pila, la cola solo permite operaciones de inserción en un extremo de la lista y operaciones de eliminación en el otro extremo.
• Arreglo (Array):Un arreglo es un tipo de datos agregado; es una colección de varias variables del mismo tipo organizadas de manera ordenada.
• Lista enlazada (Linked List):Una lista enlazada es una estructura de datos en la que los elementos de datos se almacenan mediante una estructura de almacenamiento en cadena. Esta estructura de almacenamiento tiene la característica de ser físicamente no contigua.
• Árbol (Tree):El árbol es una estructura no lineal típica; es un conjunto finito K que incluye n nodos.
• Grafo (Graph):El grafo es otra estructura de datos no lineal. En la estructura de grafos, los nodos de datos generalmente se denominan vértices, y las aristas son pares ordenados de vértices.
• Montón (Heap):Un montón es una estructura de datos de tipo árbol especial; generalmente, los montones que se discuten son montones binarios.
• Tabla hash (Hash table):La tabla hash se origina de la función hash (Hash function). Su idea es que si en la estructura existe un registro cuya clave es igual a T, entonces ese registro se puede encontrar en la posición de almacenamiento de F(T). De esta manera, se puede obtener directamente el registro buscado sin realizar operaciones de comparación.

Algoritmos comunes

El contenido de estudio de las estructuras de datos es cómo organizar los datos según una cierta estructura lógica y elegir un método de representación de almacenamiento adecuado para almacenar los datos organizados lógicamente en la memoria de la computadora. El propósito del estudio de algoritmos es procesar los datos de manera más eficiente y mejorar la eficiencia de las operaciones de datos. Las operaciones de datos se definen sobre la estructura lógica de los datos, pero la implementación específica de las operaciones debe realizarse sobre la estructura de almacenamiento. Generalmente, existen las siguientes operaciones comunes:

• Búsqueda:La búsqueda consiste en encontrar nodos que cumplan ciertas condiciones en la estructura de datos. Generalmente se da el valor de un campo y se buscan nodos que tengan ese valor de campo.
• Inserción:Agregar nuevos nodos a la estructura de datos.
• Eliminación:Quitar el nodo especificado de la estructura de datos.
• Actualización:Cambiar el valor de uno o más campos de un nodo especificado.
• Ordenamiento:Reordenar los nodos según un orden especificado, por ejemplo, ascendente o descendente.

Referencias

Hello Algoritmo:https://github.com/krahets/hello-algo

Implementación de algoritmos en Python:https://github.com/TheAlgorithms/Python。

Play-with-Algorithms: https://github.com/liuyubobobo/Play-with-Algorithms。