Estruturas de Dados: Entenda o Conceito e os Principais Tipos
Muitos programadores ainda pensam em Estruturas de Dados como um assunto complexo e difícil. A verdade, entretanto, é que não é tão complicado quanto parece, e uma vez aprendido, pode facilitar uma série de tarefas durante o desenvolvimento.
As estruturas de dados, junto com o estudo de algoritmos, fazem parte dos fundamentos da programação e muito se lê/ouve sobre a importância do estudo destes temas. Neste artigo, vamos explicar o que é estrutura de dados, qual a sua importância para a programação e quais são as principais estruturas de dados que você precisa conhecer.
Introdução sobre estruturas de dados
Uma estrutura de dados é uma maneira de armazenar e relacionar conjuntos de informações de forma organizada e, na maioria das vezes, sequencial. Estas estruturas são muito importantes quando precisamos armazenar um conjunto de dados para ser utilizado em um determinado software.
As estruturas de dados podem ser classificadas em dois tipos: **estáticas** e **dinâmicas**.
As estruturas estáticas são aquelas que têm um tamanho fixo e não podem ser alteradas durante a execução do programa. As estruturas dinâmicas são aquelas que podem crescer ou diminuir conforme a necessidade, alocando ou liberando memória.
As estruturas de dados também podem ser classificadas em **lineares** e **não lineares**.
As estruturas lineares são aquelas que têm uma sequência lógica e ordenada dos seus elementos, como por exemplo, um vetor ou uma lista. As estruturas não lineares são aquelas que não têm uma ordem definida dos seus elementos, como por exemplo, uma árvore ou um grafo.
Qual o conceito de estrutura de dados?
O conceito de estrutura de dados pode ser definido como a forma como os dados são organizados na memória do computador, levando em conta aspectos como eficiência, facilidade de acesso e manipulação.
Cada estrutura de dados tem suas vantagens e desvantagens, dependendo do tipo e da quantidade de dados que serão armazenados, bem como das operações que serão realizadas sobre eles.
Por exemplo, se você precisa armazenar uma lista de nomes em ordem alfabética, uma estrutura de dados adequada seria um vetor ordenado, pois facilitaria a busca binária. Por outro lado, se você precisa armazenar uma lista de nomes sem ordem definida, mas com frequente inserção e remoção, uma estrutura de dados adequada seria uma lista encadeada, pois permitiria adicionar ou remover elementos sem deslocar os demais.
Quais as áreas que as estruturas de dados pode ser utilizadas?
As estruturas de dados pode ser usada em diversas áreas da programação, algumas delas sao:
- Algoritmos: a escolha da estrutura de dados adequada pode influenciar na complexidade, no desempenho e na facilidade de implementação de um algoritmo. Por exemplo, uma lista encadeada pode ser mais adequada do que um vetor para implementar uma fila, pois permite inserir e remover elementos com facilidade e sem desperdício de memória.
- Banco de dados: a estrutura de dados é essencial para definir o modelo lógico e físico de um banco de dados, bem como para realizar operações de consulta, inserção, atualização e remoção de dados. Por exemplo, uma árvore binária pode ser usada para implementar um índice que acelera a busca por um registro em um arquivo.
- Inteligência artificial: a estrutura de dados pode auxiliar na representação e no processamento de informações complexas, como imagens, linguagem natural, grafos, redes neurais, etc. Por exemplo, uma matriz pode ser usada para armazenar os pixels de uma imagem e realizar operações matemáticas sobre ela.
- Interface gráfica: a estrutura de dados pode facilitar a criação e a interação com elementos visuais em uma interface gráfica, como botões, menus, janelas, etc. Por exemplo, uma pilha pode ser usada para controlar a ordem em que os elementos são exibidos na tela.
Quais são as principais estruturas de dados?
As principais estruturas de dados que você precisa conhecer são:
Array
São estruturas lineares e estáticas, compostas por número finito. Utilizadas quando é necessário armazenar dados que não apresentam mudança significativa ao longo do tempo. O array é a mais comum das estruturas de dados e normalmente é a primeira que estudamos.
Um exemplo prático de array é uma lista de compras que contém os nomes e as quantidades dos produtos que precisamos comprar. Por exemplo:
lista_de_compras = ["arroz", 2, "feijão", 1, "macarrão", 3, "molho de tomate", 4]Nesse array, cada valor tem uma posição fixa e um índice que começa em zero. O primeiro valor, “arroz”, tem o índice 0, o segundo valor, 2, tem o índice 1, e assim por diante. Podemos acessar ou modificar qualquer valor do array usando o seu índice.
Lista
É uma estrutura linear e dinâmica, composta por nós que contêm um dado e um ponteiro para o próximo nó. Utilizada quando é necessário armazenar dados com frequente inserção e remoção.
Pilha
É uma estrutura linear e dinâmica, que segue o princípio LIFO (Last In First Out), ou seja, o último elemento a entrar é o primeiro a sair. Utilizada quando é necessário armazenar dados temporários ou realizar operações recursivas.
Fila
É uma estrutura linear e dinâmica, que segue o princípio FIFO (First In First Out), ou seja, o primeiro elemento a entrar é o primeiro a sair. Utilizada quando é necessário armazenar dados que seguem uma ordem cronológica ou prioridade.
Grafo
É uma estrutura não-sequencial, o grafo (graph) é um conjunto de nós (ou vértices), ordenados ou não e ligados por arestas, formando uma estrutura em forma de rede.
O grafo acima pode ser representado da seguinte forma: V = {1, 2, 3, 4, 5, 6} (os vértices ou nós) e E = {(1,2), (2,3), (3,4), (3,6), (4,2), (4,5), (5,1), (5,2), (5,6)} (as arestas ou edges).
Cada um dos vértices do grafo podem representar um tipo de dado ou sua referência. As arestas podem ser não-direcionadas – como no caso acima, onde as arestas não têm uma direção definida – ou direcionadas, como no caso abaixo:
As arestas de um grafo também podem ter um valor (também chamado de peso), que representam custo computacional, capacidade, etc para cada “caminho”.
Deque
Um deque é um tipo de estrutura de dados que permite inserir e remover elementos nas duas extremidades, ou seja, funciona como uma fila e como uma pilha ao mesmo tempo. Um deque pode ser usado para implementar outras estruturas de dados, como filas de prioridade, listas duplamente encadeadas ou buffers circulares. Um deque também pode ser útil para resolver problemas que envolvem processar elementos em ordem inversa ou alternada.
Árvore
É uma estrutura não linear e dinâmica, composta por nós que contêm um dado e ponteiros para os seus filhos. Utilizada quando é necessário armazenar dados hierárquicos ou realizar operações de busca rápida.
Um exemplo de estrutura em árvore são os organogramas de empresas:
As árvores podem ser divididas em dois tipos:
- Árvore binária: como o nome indica, são as árvores em que cada raiz gera descendência com, no máximo, dois nós. Dessa forma, sempre que há uma ramificação, a estrutura pode dobrar de tamanho.
- Árvore binária de busca: Assim como o modelo interior, ela se ramifica em dois nós, porém nesse caso, a árvore é organizada utilizando princípios de algoritmos. Dessa forma, ela é organizada com os menores valores à esquerda e os maiores à direita, facilitando na hierarquia e na visualização.
Conclusão
Como você já deve ter percebido, cada uma dessas estruturas resumidas envolve muitas horas de estudo para compreender o conceito por trás de cada uma e para implementar cada classe e método necessário. Existem várias estruturas que já possuem métodos e bibliotecas próprios nas linguagens de programação mais usadas, mas é sempre bom saber o que acontece “por trás das cortinas”.
O estudo de estruturas de dados, junto com o de algoritmos, é uma parte fundamental dos alicerces da programação. É importante combinar o estudo desses assuntos com a prática “na prática” em projetos, para gradualmente adquirirmos mais conhecimento teórico e prático.
Você pode começar devagar, estudando a fundo cada uma das estruturas e pesquisando as possíveis implementações na sua linguagem favorita.
Bom aprendizado!
Se você quer aprender programação do zero e se tornar um desenvolvedor fullstack, inscreva-se no treinamento Fullstack Developer e tenha acesso a mais de 20 cursos com suporte, acesso vitalício e certificado.
Leia também:
Artigos Relacionados
Sobre o Autor
DICA EXTRA!!!Algumas pessoas estão nos perguntando qual é o curso que recomendamos para quem deseja aprender programação, mesmo sem ter qualquer conhecimento sobre o assunto. Nossa recomendação, tanto para quem está iniciando, como para quem já possui mais experiência, é essa AQUI!
0 Comentários