Cấu trúc dữ liệu và thuật toán [hoặc DSA] là khóa học quan trọng nhất của bất kỳ chương trình Khoa học máy tính nào. Trong khóa học này, chúng ta sẽ xử lý các cấu trúc dữ liệu khác nhau, ứng dụng của chúng, thời gian chạy, v.v. Nếu bạn chưa biết cách phân tích thời gian chạy code, bạn có thể đọc 7 chương đầu tiên của Khóa học thuật toán. Bạn cũng nên đọc các chương đó trước khi tiếp tục khóa học này
Trong chương đầu tiên về cấu trúc dữ liệu này, chúng ta sẽ tập trung vào việc tìm hiểu về cơ bản cấu trúc dữ liệu là gì và tại sao chúng ta cần nó. Vì vậy, hãy bắt đầu
Cấu trúc dữ liệu là gì?
Cấu trúc dữ liệu là cách chúng ta lưu trữ và sắp xếp dữ liệu của mình. Ví dụ: hãy nghĩ về việc sắp xếp sách trong phòng, chúng ta có thể để những cuốn sách đó trên giá hoặc xếp thành chồng sách trên bàn hoặc thậm chí chỉ cần đặt chúng ngẫu nhiên ở bất kỳ đâu trong phòng
Vì vậy, chúng tôi có các tùy chọn khác nhau để sắp xếp sách trong phòng hay nói cách khác, chúng tôi có các cấu trúc khác nhau để giữ sách. Trong máy tính cũng vậy, chúng tôi có một kịch bản tương tự tôi. e. , chúng tôi có thể tổ chức dữ liệu của mình theo cách chúng tôi muốn và những cách tổ chức dữ liệu khác nhau này là các cấu trúc dữ liệu khác nhau
Ví dụ, mảng là một kiểu cấu trúc dữ liệu mà chúng ta học khi học các ngôn ngữ lập trình cơ bản. Đây là cấu trúc dữ liệu cơ bản nhất và lưu trữ dữ liệu khác nhau ở các chỉ số khác nhau
Có nhiều cấu trúc dữ liệu khác nhau thường được sử dụng. Nhiều ngôn ngữ lập trình cũng cung cấp các thư viện dựng sẵn cho nhiều cấu trúc dữ liệu. Nhưng trong khóa học này, mọi cấu trúc dữ liệu được thảo luận đều được tạo từ đầu
Chúng ta có thực sự cần lo lắng về cách dữ liệu của mình được lưu trữ không?
Người ta có thể giữ một cuốn sách thường xuyên sử dụng ở dưới cùng của chồng sách và có thể lấy nó với một chút khó khăn nhưng sẽ có ý nghĩa hơn nhiều nếu giữ những cuốn sách thường dùng trên giá để dễ dàng lấy chúng.
Trong máy tính cũng vậy, việc lựa chọn cấu trúc dữ liệu phụ thuộc vào tác vụ mà chúng ta sẽ thực hiện. Ví dụ: nếu chúng ta có số lượng dữ liệu không đổi và ưu tiên truy cập dữ liệu trong thời gian ngắn nhất, thì mảng là cấu trúc dữ liệu phù hợp vì nó có thể trả về dữ liệu tại một chỉ mục trong thời gian không đổi [$O[1]$
Nhưng hãy tưởng tượng một tác vụ mà chúng ta cần thường xuyên chèn một số dữ liệu mới vào giữa hai dữ liệu. Trong trường hợp đó, việc sử dụng mảng sẽ dẫn đến việc dịch chuyển các phần tử của mảng hoặc thậm chí tạo ra một mảng mới có kích thước khác nếu mảng không đủ lớn
Vì vậy, một cấu trúc dữ liệu trong đó nhiệm vụ chèn một số dữ liệu mới vào giữa hai dữ liệu được thực hiện trong thời gian ngắn nhất sẽ phù hợp cho mục đích này
Vấn đề là chúng ta có thể hoàn thành một nhiệm vụ bằng cách sử dụng bất kỳ cấu trúc dữ liệu nào nhưng một cấu trúc dữ liệu phù hợp cho một nhiệm vụ không chỉ làm giảm nỗ lực của lập trình viên mà còn tiết kiệm rất nhiều thời gian và không gian tính toán.
Ví dụ: hãy tưởng tượng tìm kiếm một thành phố trong danh sách tất cả các thành phố của một quốc gia. Nếu thành phố mong muốn nằm ở cuối danh sách, chúng tôi sẽ lặp lại toàn bộ danh sách
Nhưng nếu chúng ta tổ chức tất cả các thành phố theo tiểu bang mà chúng tọa lạc và chúng ta biết tiểu bang đó, thì quá trình tìm kiếm thành phố sẽ nhanh hơn nhiều
Tôi không thể chỉ sử dụng thư viện thay vì tạo cấu trúc dữ liệu từ đầu sao?
Điểm đầu tiên là ít nhất bạn cần hiểu cách hoạt động của cấu trúc dữ liệu ngay cả khi sử dụng thư viện. Vì vậy, giả sử rằng một người hiểu về cấu trúc dữ liệu đang được sử dụng và thư viện cung cấp chính xác những gì người đó cần, tất nhiên, một thư viện có thể được sử dụng
Mặc dù chúng ta có thể sử dụng thư viện cho cấu trúc dữ liệu đơn giản hơn nhưng chúng ta thường cần cấu trúc dữ liệu phức tạp hơn được tạo bằng cấu trúc dữ liệu đơn giản hơn và các thư viện hiện có của chúng không phải lúc nào cũng cung cấp chính xác những gì chúng ta cần và cuối cùng chúng ta viết cấu trúc dữ liệu của riêng mình . Đôi khi điều này cũng xảy ra với các cấu trúc dữ liệu đơn giản hơn và chúng tôi cũng tạo chúng từ đầu để phù hợp với nhu cầu của chúng tôi
Tôi có nên quan tâm đến việc lựa chọn ngôn ngữ để triển khai cấu trúc dữ liệu không?
Việc triển khai bằng ngôn ngữ như C được thực hiện với sự trợ giúp của cấu trúc, con trỏ, v.v. Trong khi ở một ngôn ngữ hướng đối tượng như Java, nó được thực hiện với các lớp và đối tượng và ý tưởng vẫn giữ nguyên miễn là ngôn ngữ đó là ngôn ngữ hướng đối tượng. Vì vậy, việc triển khai sẽ thay đổi theo "loại" ngôn ngữ chúng tôi đang sử dụng
Trong khóa học này, chúng ta sẽ triển khai mọi cấu trúc dữ liệu bằng ba ngôn ngữ khác nhau - C/C++, Java và Python, bạn có thể tiếp tục với ngôn ngữ mà bạn biết
Khóa học này dạy tôi điều gì?
Trong khóa học này, bạn sẽ tìm hiểu các khái niệm cơ bản về các cấu trúc dữ liệu khác nhau, ứng dụng của chúng và cách triển khai chúng bằng các ngôn ngữ khác nhau. Chúng tôi cũng sẽ tập trung vào thời gian chạy của các quy trình khác nhau như chèn dữ liệu, tìm kiếm dữ liệu, v.v. trong một cấu trúc dữ liệu. Kết thúc khóa học này, bạn sẽ có kiến thức về các cấu trúc dữ liệu khác nhau và bạn có thể sử dụng kiến thức này để tạo cấu trúc dữ liệu mới hoặc sửa đổi cấu trúc dữ liệu hiện có theo nhu cầu của bạn