Qué es la estructura de datos: tipos, clasificaciones y aplicaciones

Las estructuras de datos son una parte integral de las computadoras que se utilizan para organizar los datos en la memoria. Son esenciales y responsables de organizar, procesar, acceder y almacenar datos de manera eficiente. Pero esto no es todo. Varios tipos de estructuras de datos tienen sus propias características, funciones, aplicaciones, ventajas y desventajas. Entonces, ¿cómo identifica una estructura de datos que sea adecuada para una tarea en particular? ¿Qué significa el término ‘Estructura de datos’? ¿Cuántos tipos de estructuras de datos existen y para qué se utilizan?

What is Data Structure: Types, Classifications and Applications

¿Qué es la estructura de datos: tipos, clasificaciones y aplicaciones?

Te tenemos cubierto. Hemos hecho una lista completa de todo sobre qué es la estructura de datos, cuáles son los tipos de estructuras de datos, la clasificación de las estructuras de datos, las aplicaciones de cada estructura de datos, etc. En este artículo, discutiremos cada aspecto de cada estructura de datos para ayudarlo a elegir la mejor en solo minutos.

Tabla de contenido

¿Qué es la estructura de datos?
¿Cómo varía la estructura de datos del tipo de datos?
Clasificación de la estructura de datos
- Estructura de datos lineal
  - 1) Estructura de datos estática
  - 2) Estructura de datos dinámica
- Estructura de datos no lineal
arreglos
Lista enlazada
Pila
Cola
Árbol
Grafico
Conclusión

¿Qué es la estructura de datos?

Una estructura de datos es un almacenamiento que se utiliza para almacenar y organizar datos. Es una forma de organizar los datos en una computadora para que se pueda acceder a ellos y actualizarlos de manera eficiente. Una estructura de datos no solo se utiliza para organizar los datos. También se utiliza para procesar, recuperar y almacenar datos. Existen diferentes tipos básicos y avanzados de estructuras de datos que se utilizan en casi todos los programas o sistemas de software que se han desarrollado. Por lo tanto, debemos tener un buen conocimiento sobre las estructuras de datos.

Cómo varía la estructura de datos del tipo de datos:

Ya hemos aprendido acerca de la estructura de datos. Muchas veces lo que sucede es que la gente se confunde entre tipo de datos y estructura de datos. Entonces, veamos algunas diferencias entre el tipo de datos y la estructura de datos para que quede claro.

Tipo de datos	Estructura de datos
El tipo de datos es la forma de una variable a la que se le puede asignar un valor. Define que la variable particular asignará los valores del tipo de datos dado solamente.	La estructura de datos es una colección de diferentes tipos de datos. Esos datos completos se pueden representar usando un objeto y se pueden usar en todo el programa.
Puede contener valor pero no datos. Por lo tanto, es sin datos.	Puede contener múltiples tipos de datos dentro de un solo objeto.
La implementación de un tipo de datos se conoce como implementación abstracta.	La implementación de la estructura de datos se conoce como implementación concreta.
No hay complejidad de tiempo en el caso de los tipos de datos.	En los objetos de estructura de datos, la complejidad del tiempo juega un papel importante.
En el caso de los tipos de datos, el valor de los datos no se almacena porque solo representa el tipo de datos que se pueden almacenar.	Mientras que en el caso de las estructuras de datos, los datos y su valor adquieren el espacio en la memoria principal de la computadora. Además, una estructura de datos puede contener diferentes clases y tipos de datos dentro de un solo objeto.
Los ejemplos de tipos de datos son int, float, double, etc.	Los ejemplos de estructura de datos son pila, cola, árbol, etc.

Clasificación de la estructura de datos:

La estructura de datos tiene muchos usos diferentes en nuestra vida diaria. Hay muchas estructuras de datos diferentes que se utilizan para resolver diferentes problemas matemáticos y lógicos. Mediante el uso de la estructura de datos, uno puede organizar y procesar una gran cantidad de datos en un período relativamente corto. Veamos las diferentes estructuras de datos que se utilizan en diferentes situaciones.

Clasificación de la estructura de datos

Estructura de datos lineal: la estructura de datos en la que los elementos de datos se organizan de forma secuencial o lineal, donde cada elemento se adjunta a sus elementos adyacentes anterior y siguiente, se denomina estructura de datos lineal.
Ejemplos de estructuras de datos lineales son array, pila, cola, lista enlazada, etc.
- Estructura de datos estática: la estructura de datos estática tiene un tamaño de memoria fijo. Es más fácil acceder a los elementos en una estructura de datos estática.
  Un ejemplo de esta estructura de datos es una array.
- Estructura de datos dinámica: en la estructura de datos dinámica, el tamaño no es fijo. Puede actualizarse aleatoriamente durante el tiempo de ejecución, lo que puede considerarse eficiente en relación con la complejidad de la memoria (espacio) del código.
  Ejemplos de esta estructura de datos son cola, pila, etc.
Estructura de datos no lineales: las estructuras de datos donde los elementos de datos no se colocan secuencial o linealmente se denominan estructuras de datos no lineales. En una estructura de datos no lineal, no podemos recorrer todos los elementos en una sola ejecución.
Ejemplos de estructuras de datos no lineales son árboles y gráficos.

Necesidad de estructura de datos:

La estructura de los datos y la síntesis del algoritmo son relativas entre sí. La presentación de los datos debe ser fácil de entender para que tanto el desarrollador como el usuario puedan realizar una implementación eficiente de la operación.
Las estructuras de datos proporcionan una manera fácil de organizar, recuperar, administrar y almacenar datos.
Aquí hay una lista de las necesidades de datos.

La modificación de la estructura de datos es fácil.
Requiere menos tiempo.
Ahorre espacio en la memoria de almacenamiento.
La representación de datos es fácil.
Fácil acceso a la gran base de datos.

Arrays:

Una array es una estructura de datos lineal y es una colección de elementos almacenados en ubicaciones de memoria contiguas. La idea es almacenar varios artículos del mismo tipo juntos en un solo lugar. Permite el procesamiento de una gran cantidad de datos en un período relativamente corto. El primer elemento de la array está indexado por un subíndice de 0. Hay diferentes operaciones posibles en una array, como Buscar, Ordenar, Insertar, Recorrer, Invertir y Eliminar.

Formación

Características de una array:

Una array tiene varias características que son las siguientes:

Las arrays utilizan una estructura de datos basada en índices que ayuda a identificar fácilmente cada uno de los elementos de una array utilizando el índice.
Si un usuario desea almacenar varios valores del mismo tipo de datos, la array se puede utilizar de manera eficiente.
Una array también puede manejar estructuras de datos complejas almacenando datos en una array bidimensional.
Una array también se usa para implementar otras estructuras de datos como pilas, colas, montones, tablas hash, etc.
El proceso de búsqueda en un arreglo se puede hacer muy fácilmente.

Aplicaciones de array:

Las diferentes aplicaciones de una array son las siguientes:

Una array se utiliza para resolver problemas de arrays.
Los registros de la base de datos también se implementan mediante una array.
Ayuda a implementar un algoritmo de clasificación.
También se utiliza para implementar otras estructuras de datos como pilas, colas, montones, tablas hash, etc.
Se puede utilizar una array para la programación de la CPU.
Se puede aplicar como una tabla de búsqueda en las computadoras.
Los arreglos se pueden usar en el procesamiento de voz donde cada señal de voz es un arreglo.
La pantalla de la computadora también se muestra mediante una array. Aquí usamos una array multidimensional.
La array se utiliza en muchos sistemas de gestión como una biblioteca, estudiantes, parlamento, etc.
La array se utiliza en el sistema de reserva de boletos en línea. Esta array muestra los contactos en un teléfono celular.
En juegos como el ajedrez en línea, donde el jugador puede almacenar sus movimientos pasados, así como los movimientos actuales. Indica un indicio de posición.
Para guardar imágenes en una dimensión específica en Android Like 360*1200

Aplicaciones de la vida real de Array:

Una array se usa con frecuencia para almacenar datos para cálculos matemáticos.
Se utiliza en el procesamiento de imágenes.
También se utiliza en la gestión de registros.
Las páginas de libros también son ejemplos de la vida real de una array.
También se utiliza para ordenar cajas.

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Lista enlazada:

Una lista enlazada es una estructura de datos lineal en la que los elementos no se almacenan en ubicaciones de memoria contiguas. Los elementos de una lista vinculada se vinculan mediante punteros como se muestra en la siguiente imagen:

Tipos de lista enlazada:

Lista de enlaces simples
Lista doblemente enlazada
Lista enlazada circular
Lista enlazada doblemente circular

Lista enlazada

Características de una lista enlazada:

Una lista enlazada tiene varias características que son las siguientes:

Una lista enlazada utiliza memoria adicional para almacenar enlaces.
Durante la inicialización de la lista enlazada, no es necesario conocer el tamaño de los elementos.
Las listas enlazadas se utilizan para implementar pilas, colas, gráficos, etc.
El primer Node de la lista enlazada se llama Head.
El siguiente puntero del último Node siempre apunta a NULL.
En la lista enlazada, la inserción y eliminación es posible fácilmente.
Cada Node de la lista enlazada consta de un puntero/enlace que es la dirección del siguiente Node.
La lista vinculada puede reducirse o crecer fácilmente en cualquier momento.

Aplicaciones de la lista Enlazada:

Las diferentes aplicaciones de la lista enlazada son las siguientes:

Las listas enlazadas se utilizan para implementar pilas, colas, gráficos, etc.
Las listas enlazadas se utilizan para realizar operaciones aritméticas con números enteros largos.
Se utiliza para la representación de arrays dispersas.
Se utiliza en la asignación vinculada de archivos.
Ayuda en la gestión de la memoria.
Se utiliza en la representación de Manipulación polinomial donde cada término polinomial representa un Node en la lista enlazada.
Las listas enlazadas se utilizan para mostrar contenedores de imágenes. Los usuarios pueden visitar imágenes pasadas, actuales y siguientes.
Se utilizan para almacenar el historial de la página visitada.
Se utilizan para realizar operaciones de deshacer.
Los enlaces se utilizan en el desarrollo de software donde indican la sintaxis correcta de una etiqueta.
Las listas vinculadas se utilizan para mostrar fuentes de redes sociales.

Aplicaciones de la vida real de una lista enlazada:

Se utiliza una lista enlazada en la programación Round-Robin para realizar un seguimiento del turno en los juegos de varios jugadores.
Se utiliza en el visor de imágenes. Las imágenes anterior y siguiente están vinculadas, por lo que se puede acceder a ellas mediante los botones anterior y siguiente.
En una lista de reproducción de música, las canciones están vinculadas a las canciones anteriores y siguientes.

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Pila:

Stack es una estructura de datos lineal que sigue un orden particular en el que se realizan las operaciones. El orden es LIFO (último en entrar, primero en salir) . Es posible ingresar y recuperar datos desde un solo extremo. La entrada y recuperación de datos también se denomina operación de inserción y extracción en una pila. Hay diferentes operaciones posibles en una pila, como invertir una pila usando recursividad, ordenar, eliminar el elemento medio de una pila, etc.

stack

Características de una pila:

Stack tiene varias características diferentes que son las siguientes:

Stack se usa en muchos algoritmos diferentes como Tower of Hanoi, tree traversal, recursividad, etc.
La pila se implementa a través de una array o una lista enlazada.
Sigue la operación Último en entrar, primero en salir, es decir, el elemento que se inserta primero aparecerá en último lugar y viceversa.
La inserción y eliminación ocurre en un extremo, es decir, desde la parte superior de la pila.
En la pila, si el espacio asignado para la pila está lleno y todavía alguien intenta agregar más elementos, se producirá un desbordamiento de la pila.

Aplicaciones de la pila:

Las diferentes aplicaciones de Stack son las siguientes:

La estructura de datos de pila se utiliza en la evaluación y conversión de expresiones aritméticas.
La pila se usa en recursividad.
Se utiliza para comprobar paréntesis.
Al invertir una string, también se usa stack.
Stack se utiliza en la gestión de la memoria.
También se utiliza para el procesamiento de llamadas a funciones.
La pila se usa para convertir expresiones de infijo a sufijo.
La pila se utiliza para realizar operaciones de deshacer y rehacer en procesadores de texto.
La pila se usa en máquinas virtuales como JVM.
La pila se utiliza en los reproductores multimedia. Útil para reproducir la canción siguiente y anterior.
La pila se utiliza en la operación de recursión.

Aplicaciones de la vida real de Stack:

Un ejemplo de la vida real de una pila es la capa de platos para comer dispuestos uno encima del otro. Cuando quitas un plato de la pila, puedes tomar el plato en la parte superior de la pila. Pero este es exactamente el plato que se agregó más recientemente a la pila. Si desea que el plato esté en la parte inferior de la pila, debe quitar todos los platos de encima para alcanzarlo.
Los navegadores utilizan la estructura de datos de pila para realizar un seguimiento de los sitios visitados anteriormente.
El registro de llamadas en dispositivos móviles también utiliza una estructura de datos de pila.

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Cola:

La cola es una estructura de datos lineal que sigue un orden particular en el que se realizan las operaciones. El orden es Primero en entrar, primero en salir (FIFO), es decir, se accederá primero al elemento de datos almacenado primero. En esto, ingresar y recuperar datos no se realiza desde un solo extremo. Un ejemplo de una cola es cualquier cola de consumidores de un recurso donde se atiende primero al consumidor que llegó primero. Se realizan diferentes operaciones en la cola, como invertir una cola (con o sin el uso de recursividad), invertir los primeros elementos K de una cola, etc. Algunas operaciones básicas realizadas en la cola son poner en cola, quitar cola, adelante, atrás, etc.

Queue

Características de una cola:

La cola tiene varias características diferentes que son las siguientes:

La cola es una estructura FIFO (primero en entrar, primero en salir).
Para eliminar el último elemento de Queue, todos los elementos insertados antes del nuevo elemento en la cola deben eliminarse.
Una cola es una lista ordenada de elementos de tipos de datos similares.

Aplicaciones de cola:

Las diferentes aplicaciones de Queue son las siguientes:

La cola se utiliza para manejar el tráfico del sitio web.
Ayuda a mantener la lista de reproducción en los reproductores multimedia.
La cola se usa en los sistemas operativos para manejar interrupciones.
Ayuda a atender requests en un solo recurso compartido, como una impresora, programación de tareas de CPU, etc.
Se utiliza en la transferencia asíncrona de datos para, por ejemplo, tuberías, archivo IO, sockets.
Las colas se utilizan para la programación de trabajos en el sistema operativo.
En las redes sociales se utiliza la cola para subir múltiples fotos o videos.
Para enviar una estructura de datos de cola de correo electrónico se utiliza.
Para manejar el tráfico del sitio web en un momento se utilizan colas.
En el sistema operativo de Windows, para cambiar de aplicación múltiple.

Aplicaciones de la vida real de Queue:

Un ejemplo real de cola es una carretera de un solo sentido, donde el vehículo que ingresa primero saldrá primero.
Un ejemplo más real se puede ver en la cola en las taquillas.
La línea de caja en una tienda también es un ejemplo de cola.
Gente en una escalera mecánica

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Árbol:

Un árbol es una estructura de datos no lineal y jerárquica donde los elementos se organizan en una estructura similar a un árbol. En un árbol, el Node superior se llama Node raíz. Cada Node contiene algunos datos, y los datos pueden ser de cualquier tipo. Consiste en un Node central, Nodes estructurales y subNodes que están conectados a través de los bordes. Las diferentes estructuras de datos de árbol permiten un acceso más rápido y fácil a los datos, ya que es una estructura de datos no lineal. Un árbol tiene varias terminologías como Node, Raíz, Borde, Altura de un árbol, Grado de un árbol, etc.

Hay diferentes tipos de árboles como

Árbol

Características de un árbol:

El árbol tiene varias características diferentes que son las siguientes:

Un árbol también se conoce como estructura de datos recursiva.
En un árbol, la altura de la raíz se puede definir como el camino más largo desde el Node raíz hasta el Node hoja.
En un árbol, también se puede calcular la profundidad desde la parte superior hasta cualquier Node. El Node raíz tiene una profundidad de 0.

Aplicaciones del árbol:

Las diferentes aplicaciones de Tree son las siguientes:

Heap es una estructura de datos de árbol que se implementa mediante arrays y se utiliza para implementar colas de prioridad.
B-Tree y B+ Tree se utilizan para implementar la indexación en bases de datos.
El árbol de sintaxis ayuda a escanear, analizar, generar código y evaluar expresiones aritméticas en el diseño del compilador.
KD Tree es un árbol de partición de espacio que se utiliza para organizar puntos en el espacio K-dimensional.
Los árboles de expansión se utilizan en enrutadores en redes informáticas.

Aplicaciones de la vida real del árbol:

En la vida real, la estructura de datos de árbol ayuda en el desarrollo de juegos.
También ayuda en la indexación en bases de datos.
Decision Tree es una herramienta eficiente de aprendizaje automático, comúnmente utilizada en el análisis de decisiones. Tiene una estructura similar a un diagrama de flujo que ayuda a comprender los datos.
El servidor de nombres de dominio también utiliza una estructura de datos de árbol.
El caso de uso más común de un árbol es cualquier sitio de redes sociales.

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Grafico:

Un gráfico es una estructura de datos no lineal que consta de vértices (o Nodes) y aristas. Consiste en un conjunto finito de vértices y un conjunto de aristas que conectan un par de Nodes. Graph se utiliza para resolver los problemas de programación más desafiantes y complejos. Tiene diferentes terminologías que son Camino, Grado, Vértices adyacentes, Componentes conectados, etc.

Grafico

Características del gráfico:

El gráfico tiene varias características diferentes que son las siguientes:

La distancia máxima de un vértice a todos los demás vértices se considera como la Excentricidad de ese vértice.
El vértice que tiene mínima excentricidad se considera el punto central del gráfico.
El valor mínimo de excentricidad de todos los vértices se considera como el radio de un gráfico conexo.

Aplicaciones de Gráfico:

Las diferentes aplicaciones de Graph son las siguientes:

El gráfico se utiliza para representar el flujo de cálculo.
Se utiliza en el modelado de gráficos.
El sistema operativo utiliza el gráfico de asignación de recursos.
También se utiliza en la World Wide Web, donde las páginas web representan los Nodes.

Aplicaciones de Graph en la vida real:

Uno de los ejemplos más comunes del mundo real de un gráfico es Google Maps, donde las ciudades se ubican como vértices y las rutas que conectan esos vértices se ubican como bordes del gráfico.
Una red social también es un ejemplo del mundo real de un gráfico en el que cada persona en la red es un Node y todas sus amistades en la red son los bordes del gráfico.
Un gráfico también se usa para estudiar moléculas en física y química.

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Conclusión

Aunque estas son las estructuras de datos más conocidas y utilizadas, también existen otras formas de estructuras de datos que se utilizan en informática, como estructuras de datos basadas en políticas , etc. Pero no importa qué estructura de datos elija, cada una tiene sus ventajas y desventajas, sin el conocimiento de las cuales, puede ser muy costoso elegir el tipo incorrecto de estructura de datos. Por lo tanto, es muy importante comprender la necesidad de la situación y luego decidir qué tipo de estructura de datos se adapta mejor al trabajo.

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por nehakumariintern y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA