3 pokročilé datové struktury, které by měl znát každý programátor

Zjistíte, že používání datových struktur je jako programátor docela běžným jevem, takže znalost základních datových struktur, jako jsou binární stromy, zásobníky a fronty, je pro váš úspěch zásadní.

Ale pokud chcete zlepšit své dovednosti a vyniknout z davu, budete se chtít seznámit také s pokročilými datovými strukturami.

Pokročilé datové struktury jsou nezbytnou součástí datové vědy a pomáhají vyčistit neefektivní správu a poskytují úložiště pro velké soubory dat. Softwaroví inženýři a datoví vědci neustále využívají pokročilé datové struktury k navrhování algoritmů a softwaru.

Čtěte dále, když diskutujeme o pokročilých datových strukturách, o kterých by měl každý vývojář vědět.

1. Fibonacciho halda

Pokud jste již věnovali nějaký čas učení datových struktur, musíte být obeznámeni s binárními haldami. Fibonacciho hromady jsou dost podobné a z toho vyplývá min-hromada nebo max-hromada vlastnosti. Fibonacciho haldu si můžete představit jako kolekci stromů, kde uzel s minimální nebo maximální hodnotou je vždy u kořene.

Halda také splňuje Fibonacciho vlastnost tak, že uzel n bude mít minimálně F(n+2) uzly. V rámci Fibonacciho haldy jsou kořeny každého uzlu propojeny, obvykle prostřednictvím kruhového dvojitě propojeného seznamu. To umožňuje smazat uzel a zřetězit dva seznamy v pouhých O(1) čase.

Příbuzný: Příručka pro začátečníky k porozumění frontám a prioritním frontám

Fibonacciho haldy jsou mnohem flexibilnější než binární a binomické haldy, díky čemuž jsou užitečné v široké řadě aplikací. Běžně se používají jako prioritní fronty v algoritmu Dijkstra, aby se výrazně zlepšila doba běhu algoritmu.

2. Strom AVL

Stromy AVL (Adelson-Velsky a Landis) jsou samovyvažující binární vyhledávací stromy. Standardní binární vyhledávací stromy mohou být zkreslené a mají v nejhorším případě časovou složitost O(n), což je činí neefektivními pro aplikace v reálném světě. Samovyrovnávací stromy automaticky změní svou strukturu, když je narušena vlastnost vyvažování.

Ve stromu AVL obsahuje každý uzel zvláštní atribut, který obsahuje jeho vyvažovací faktor. Faktor rovnováhy je hodnota získaná odečtením výšky levého podstromu od pravého podstromu v daném uzlu. Vlastnost samovyvažování stromu AVL vyžaduje, aby faktor vyvážení byl vždy -1, 0 nebo 1.

Pokud dojde k porušení vlastnosti samovyvažování (faktoru vyvážení), strom AVL otočí své uzly, aby byl faktor vyvážení zachován. Strom AVL používá čtyři hlavní rotace – rotace doprava, rotace doleva, rotace zleva doprava a rotace zprava doleva.

Vlastnost samovyvažování stromu AVL zlepšuje jeho časovou složitost v nejhorším případě na pouhých O(logn), což je výrazně efektivnější ve srovnání s výkonem stromu binárního vyhledávání.

3. Červeno-černý strom

Červeno-černý strom je další samovyrovnávací binární vyhledávací strom, který jako svou samovyrovnávací vlastnost používá extra bit. Bit je obvykle označován jako červený nebo černý, odtud název Red-Black tree.

Každý uzel v červeno-černé je buď červený nebo černý, ale kořenový uzel musí být vždy černý. Nemohou existovat dva sousedící červené uzly a všechny listové uzly musí být černé. Tato pravidla se používají k zachování samovyrovnávací vlastnosti stromu.

Příbuzný: Algoritmy, které by měl znát každý programátor

Na rozdíl od stromů Binary Search mají červeno-černé stromy účinnost přibližně O(logn), díky čemuž jsou mnohem efektivnější. Stromy AVL jsou však mnohem vyváženější díky definitivní samovyrovnávací vlastnosti.

Vylepšete své datové struktury

Znalost pokročilých datových struktur může znamenat velký rozdíl při pracovních pohovorech a může být faktorem, který vás odděluje od konkurence. Mezi další pokročilé datové struktury, na které byste se měli podívat, patří n-stromy, grafy a nesouvislé sady.

Identifikace ideální datové struktury pro daný scénář je součástí toho, co dělá dobrého programátora skvělým.

6 datových struktur, které by měl znát každý programátor

Datové struktury jsou základem softwarového inženýrství. Zde jsou některé důležité datové struktury, které by měl znát každý programátor.

Přečtěte si další

O autorovi