Definition der Datenstrukturen
Eine Datenstruktur (engl. Data Structure) ist ein spezielles Format für die Organisation und das Speichern von Daten. Unter Struktur wird eine Art der Informationsdarstellung verstanden: Eine Menge von Einzelelementen bildet durch ihre Verknüpfung etwas Einheitliches.
Daten, die nach beliebigen Regeln geordnet und logisch miteinander verbunden werden, können sehr effizient verarbeitet werden, da sie aufgrund der gemeinsamen Struktur viele Möglichkeiten der Verwaltung haben.
Eine notwendige Voraussetzung, um Informationen in einem Computer zu speichern, ist die Fähigkeit, diese Informationen in eine für den Computer geeignete Form zu bringen. Wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, ist es notwendig, eine für die vorhandenen Informationen geeignete Struktur zu definieren, die die notwendigen Möglichkeiten zur Verarbeitung der Informationen bietet.
Klassifikation von Datenstrukturen
In der Programmierung beschreiben Datenstrukturen die Art und Weise, wie Daten in Computern organisiert werden. Beispiele für Datenstrukturen sind Dateien, Arrays, Listen, Tabellen, Bäume oder Graphen. Jede Datenstruktur dient dazu, Daten für einen bestimmten Zweck so zu organisieren, dass der Benutzer schnell auf sie zugreifen und effizient mit ihnen arbeiten kann.
In der Programmiersprache C++ zum Beispiel ist eine Struktur eine Sammlung von Variablen, die unter einem gemeinsamen Namen zusammengefasst sind und eine bequeme Möglichkeit bieten, zusammengehörige Daten an einem Ort zu speichern. Suchmaschinen wie Google verwenden Datenstrukturen wie Bäume und Diagramme, um Webseiten in ihrer Datenbank zu verwalten und zu organisieren.
Datenstrukturen werden klassifiziert nach: der Art des Speichers, in dem die Daten gespeichert sind, der Art, wie die Elemente in der Struktur angeordnet sind, der Variabilität, dem Vorhandensein von Verbindungen zwischen den Datenelementen, der Komplexität und der Art der Darstellung.
Arten der Datenstrukturen
Betrachten wir als Beispiel die Datenstrukturen, die im Mittelpunkt der Organisation und Speicherung von Daten stehen. Je nach Anwendungsfall werden verschiedene Arten von Datenstrukturen verwendet:
| Lineare Datenstrukturen | ||
| Listen | Stacks | Queues |
| Eine Liste ist eine Datenstruktur, die Elemente geordnet und sequentiell speichert. | Stack (auch Stapelspeicher) ist eine Datenstruktur, die nach dem LIFO-Prinzip (last-in-first-out) arbeitet. Die Elemente werden am Anfang der Liste eingefügt und von dort entnommen. | Die Queue (Warteschlange) kann eine beliebige Anzahl von Objekten aufnehmen. Die Operation „Enqueue“ dient dazu, ein Objekt in der Queue abzulegen. |
| Hierarchische Datenstrukturen | ||
| Baumstruktur | Hashtabellen | Grafische Datenstrukturen |
| In einer Baumstruktur sind die Elemente in mehreren Ebenen angeordnet. In der Baumdatenstruktur wird der oberste Knoten als Wurzelknoten bezeichnet. Jeder Knoten enthält einige Daten und die Daten können von beliebigem Typ sein. | auch Streuwerttabellen genannt, ist eine Datenstruktur, die aus einer Liste von Hashwerten besteht und als Index verwendet wird, um über einen bestimmten Wert in dieser Tabelle die diesem Wert zugeordneten Datenobjekte (Einträge in einer Datenbank o.ä.) zu finden. | Graphen und Netzwerke stellen mit Hilfe von Knoten und Kanten Verbindungen zwischen Datenelementen her. |
Die Wahl der richtigen Datenstruktur hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der Art der Daten, der Operationen, die auf die Daten angewendet werden sollen, und der erwarteten Leistung. Die Effizienz von Algorithmen und die Komplexität von Problemlösungen können durch eine gut gewählte Datenstruktur verbessert werden.
Bei der Entwicklung und Optimierung von Softwareanwendungen spielt die Datenstruktur eine entscheidende Rolle. Entwickler können die Leistung, Skalierbarkeit und Wartbarkeit ihrer Anwendungen durch die Auswahl und Implementierung einer geeigneten Datenstruktur verbessern.
