معرفی کامل درس: ساختمان داده ها

ساختمان داده یکی از مهم‌ترین جنبه‌های علوم کامپیوتر است. همانطور که می‌دانیم داده‌ها یکی از قدرتمندترین ابزارهای موجود برای هر کسب و کار در دنیای رقابتی و چالش‌برانگیز امروز است. اطلاعات بیشتر، به معنای داشتن گزینه‌‌ها و راهکارهای بهتر برای مشکلات و موانع است. با این حال، این داده‌ها نیاز به سازماندهی و حفظ و دسترسی آسان دارند که به واسطه علم ساختمان داده ممکن می‌شود. در حقیقت هدف از این درس، بررسی و ارائه راهکارهایی برای ذخیره، حفظ و بازیابی اطلاعات به روشی موثر در سیستم‌های کامپیوتری است. در ادامه به این درس مهم و کاربردی علوم کامپیوتر بیشتر خواهیم پرداخت.

ساختمان داده چیست و چه کاربردهایی دارد؟

ساختمان داده ابزاری تخصصی برای سازماندهی، ذخیره‌سازی و پردازش داد‌ها در رایانه‌ها است، به طوری که بتوانیم عملیات روی داده‌های ذخیره شده را با کارایی بیشتری انجام دهیم. به عبارت ساده‌تر، ساختمان داده محفظه‌ای است که داده‌ها را در یک طرح بندی خاص ذخیره می‌کند. پس یک زبان برنامه‌نویسی مانند C، C++، Java وغیره نیست. در واقع مجموعه‌ای از الگوریتم‌هایی است که می‌تواند برای سازماندهی داده‌ها در حافظه در هر زبان برنامه نویسی مورداستفاده قرار گیرد.
علم ساختمان داده کاربردهای گسترده و متنوعی در حوزه‌های علوم کامپیوتر و مهندسی نرم افزار دارند و تقریباً در هر برنامه یا سیستم نرم‌افزاری توسعه یافته مورداستفاده قرار می‌گیرد.

اهمیت ساختمان داده در علوم کامپیوتر

همانطور که گفته شد، از علم ساختمان داده برای ذخیره داده‌ها به شکل سازمان یافته استفاده می‌شود. اینکه داده‌ها حیاتی‌ترین موجودیت در علوم کامپیوتر هستند، ارزش واقعی ساختارهای داده را مشخص می‌کند. ما تقریبا هر روز و همه جا با داده‌ها سرو کار داریم، چه دریافت یا پرداخت حقوق، قیمت سهام، لیست مواد غذایی یا حتی یک فهرست تلفن ساده!
برنامه‌ها به مرور پیچیده‌تر می‌شوند و میزان داده‌ها روز به روز افزایش می‌یابد که می‌تواند حامل مشکلاتی در سرعت پردازش و جستجوی داده‌ها، رسیدگی به درخواست‌های متعدد و… باشد. این داده‌ها بر اساس سناریوهای مختلف باید در قالب خاصی ذخیره شوند. ساختمان داده، عناصر داده را به روشی منطقی گرد هم می‌آورند، راهی برای سازماندهی، مدیریت و ذخیره‌سازی کارآمد داده ها فراهم و استفاده مؤثر، تداوم و به اشتراک‌گذاری آن‌ها را تسهیل می‌کنند.

اهمیت درس ساختمان داده ها

درس ساختمان داده‌ها یکی از دروس مهم و پایه‌ای دانشگاه در گروه فنی مهندسی و پیش نیاز دروس مختلف رشته کامپیوتر است. این درس هرچند ممکن است انتزاعی و پیچیده به نظر برسند، اما نقش مهمی در طراحی سیستم‌های نرم‌افزاری کارآمد و مقیاس‌پذیر دارند.
دروس ریاضیات گسسته و برنامه‌ریزی پیشرفته پیش‌نیاز درس ساختمان داده در مقطع کارشناسی هستند و بهتر است دانشجو از قبل با یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی c++ یا جاوا و مباحث روش‌های بازگشتی در حل مسائل و استفاده از استقراء آشنا باشد. این درس از چند جنبه حائز اهمیت است:

اهمیت درس ساختمان داده در علوم کامپیوتر

درس ساختمان داده‌ و الگوریتم‌ها در کنار مباحثی چون ریاضی گسسته، شبکه‌های کامپیوتری، معماری کامپیوتر و سیستم عامل از پرکاربردترین و مهم‌ترین دروس در اغلب گرایش‌های کارشناسی ارشد و دکتری علوم کامپیوتر محسوب می‌شوند.
از طرفی درس ساختمان داده ها، یکی از دروس پایه‌ای و پیش نیاز دروس مختلف رشته کامپیوتر در مقطع لیسانس است. طراحی الگوریتم، هوش مصنوعی، طراحی پایگاه داده‌ها، طراحی کامپایلرها برخی از این دروس هستند.

اهمیت درس ساختمان داده در کنکور ارشد کامپیوتر

درس ساختمان داده در کنکور کارشناسی ارشد کامپیوتر، کنکور دکتری هوش مصنوعی و نرم افزار ضریب بالایی دارد. درس ساختمان داده ارتباط بسیار نزدیکی با درس طراحی الگوریتم دارد، به طوری که می‌توان آن‌ها را مکمل یکدیگر تلقی کرد.
دو درس ساختمان داده و طراحی الگوریتم با هم ۱۰ سوال دارای ضریب ۴ در کنکور کارشناسی ارشد علوم کامپیوتر را به خود اختصاص داده اند که تعداد سوال و ضریب آن حاکی از اهمیت فوق‌العاده این درس در علوم کامپیوتر است.
درس ساختمان داده و طراحی الگوریتم در کنکور ارشد آی تی نیز 12 تست با ضریب 4 به خود اختصاص داده که این تعداد و ضریب بالای تست‌ها در این کنکور نیز اهمیت فوق العاده این دو را مشخص می‌کند.

اهمیت درس ساختمان داده در کنکور دکتری کامپیوتر

درس ساختمان داده و طراحی الگوریتم با داشتن تست و ضریب بالا در کنکور دکتری رشته‌های مهندسی نرم افزار، هوش مصنوعی، شبکه و رایانش و فناوری اطلاعات، از مهم‌ترین دروس این مقطع تلقی می‌شود.

انواع ساختمان داده‌ها

ساختمان داده در زندگی روزمره ما کاربردهای متفاوتی دارد. ساختارهای داده های مختلفی وجود دارد که برای حل مسائل مختلف ریاضی و منطقی استفاده می‌شود. با استفاده از ساختار داده می‌توان حجم بسیار زیادی از داده ها را در مدت زمان نسبتا کوتاهی سازماندهی و پردازش کرد. نوع ساختار داده‌ی با توجه به نوع عملیات یا الگوریتم‌ها تعیین می‌شود. انواع ساختمان داده بر این اساس عبارت‌اند از:

• آرایه (Array)
• پشته (Stack)
• صف (Queue)
• لیست پیوندی (Linked List)
• درخت (Tree)
• هرم (Heap)
• گراف (Graph)
• جدول هش (Hash Table)

تمامی این ۸ نوع در دو دسته ساختار داده خطی و ساختار داده غیر خطی قرار می‌گیرند.

سرفصل های درس ساختمان داده

همانطور که اشاره شد درس ساختمان داده و طراحی الگوریتم به نوعی مکمل یکدیگر هستند و درس ساختمان داده در برخی از سرفصل‌ها با طراحی الگوریتم مشترک است. سرفصل‌های درس ساختمان داده عبارت‌اند از:

• دست‌آوردن مرتبه زمانی شبه کدها
• بررسی رشد توابع گوناگون
• بررسی الگوریتم‌ها و توابع بازگشتی
• درخت‌ها
• درخت‌های ویژه
• مرتب‌سازی
• درهم‌سازی
• آرایه، صف
• پشته و مجموعه‌های مجزا

مراجع اصلی درس ساختمان داده ها

مرجع اصلی درس ساختمان داده ها و کنکور ارشد کامپیوتر در ایران اغلب کتاب Introduction to Algorithms معروف به CLRS است. از دیگر منابع اصلی این درس در برخی دانشگاه‌های داخل و خارج می‌توان به کتاب آنالیز ساختمان داده و الگوریتم اثر کلیفرد شافر و کتاب هرویتز اشاره کرد.

کلام آخر

ساختمان داده و الگوریتم‌ها مفاهیمی ضروری برای هر علاقه‌مند به علوم کامپیوتر و مهندسی نرم‌افزار هستند. ساختمان داده روشی خاص برای سازماندهی داده‌ها در قالبی تخصصی بر روی کامپیوتر است تا بتوان اطلاعات را به سرعت و به طور موثر سازماندهی، پردازش، ذخیره و بازیابی کرد.
آن‌ها ابزاری برای مدیریت و ارائه آسان اطلاعات هستند. کسب دانش در زمینه ساختار داده به شما کمک می‌کند تا عملکرد هر ساختار داده را درک و بر اساس آن ساختارهای داده مناسب را برای پروژه خود انتخاب کنید. همچنین یادگیری و کسب مهارت در این درس شما را از دیگران متمایز کرده و باعث می‌شود رزومه خود را با یک مهارت مورد تقاضا برجسته‌تر کنید.