Cấu trúc dữ liệu là gì? Những điều cần biết về cấu trúc dữ liệu

• Đi làm lương thấp nên chuyển nghề gì hợp thời nhất?
• Tìm hiểu về tác động của GPT trong chiến lược kinh doanh
• Lợi ích của cơ sở dữ liệu định hướng tài liệu AI trong kỷ nguyên Big Data
• Lợi ích của việc sử dụng AI GraphQL trong truy vấn dữ liệu
• Ý nghĩa đạo đức của việc ra quyết định bằng máy

Cấu trúc dữ liệu là một định dạng chuyên biệt để tổ chức, xử lý, truy xuất và lưu trữ dữ liệu. Có một số loại cấu trúc dữ liệu cơ bản và nâng cao, tất cả đều được thiết kế để sắp xếp dữ liệu cho phù hợp với một mục đích cụ thể. Tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây:

1. Cấu trúc dữ liệu là gì?

Cấu trúc dữ liệu là một định dạng chuyên biệt để tổ chức, xử lý, truy xuất và lưu trữ dữ liệu. Có một số loại cấu trúc cơ bản và nâng cao, tất cả đều được thiết kế để sắp xếp dữ liệu cho phù hợp với một mục đích cụ thể. Cấu trúc dữ liệu giúp người dùng dễ dàng truy cập và làm việc với dữ liệu họ cần theo những cách thích hợp. Quan trọng nhất, cấu trúc dữ liệu đóng khung việc tổ chức thông tin để máy móc và con người có thể hiểu rõ hơn về nó.

Trong khoa học máy tính và lập trình máy tính, một cấu trúc dữ liệu có thể được lựa chọn hoặc thiết kế để lưu trữ dữ liệu nhằm mục đích sử dụng nó với các thuật toán khác nhau. Trong một số trường hợp, các hoạt động cơ bản của thuật toán được kết hợp chặt chẽ với thiết kế của cấu trúc dữ liệu. Mỗi cấu trúc chứa thông tin về các giá trị dữ liệu, mối quan hệ giữa dữ liệu và trong một số trường hợp các chức năng có thể được áp dụng cho dữ liệu.

Chẳng hạn, trong một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, cấu trúc dữ liệu và các phương thức liên quan của nó được liên kết với nhau như một phần của định nghĩa lớp. Trong các ngôn ngữ không hướng đối tượng, có thể có các hàm được xác định để hoạt động với cấu trúc dữ liệu, nhưng về mặt kỹ thuật, chúng không phải là một phần của cấu trúc dữ liệu.

>>> ĐỌC NGAY: Mức lương của Kỹ sư dữ liệu trong năm 2023 như thế nào

2. Tại sao cấu trúc dữ liệu lại quan trọng?

Các kiểu dữ liệu cơ sở điển hình, chẳng hạn như số nguyên hoặc giá trị dấu phẩy động, có sẵn trong hầu hết các ngôn ngữ lập trình máy tính thường không đủ để nắm bắt mục đích logic cho việc xử lý và sử dụng dữ liệu. Tuy nhiên, các ứng dụng nhập, thao tác và tạo thông tin phải hiểu cách tổ chức dữ liệu để đơn giản hóa quá trình xử lý. Cấu trúc dữ liệu tập hợp các yếu tố dữ liệu lại với nhau theo cách hợp lý và tạo điều kiện cho việc sử dụng hiệu quả, duy trì và chia sẻ dữ liệu. Chúng cung cấp một mô hình chính thức mô tả cách tổ chức các phần tử dữ liệu.

Cấu trúc dữ liệu là các khối xây dựng cho các ứng dụng phức tạp hơn. Chúng được thiết kế bằng cách kết hợp các phần tử dữ liệu thành một đơn vị logic đại diện cho một loại dữ liệu trừu tượng có liên quan đến thuật toán hoặc ứng dụng. Một ví dụ về kiểu dữ liệu trừu tượng là “tên khách hàng” bao gồm các chuỗi ký tự cho “tên”, “tên đệm” và “họ”.

Điều quan trọng không chỉ là sử dụng cấu trúc dữ liệu mà việc chọn cấu trúc dữ liệu phù hợp cho từng tác vụ cũng rất quan trọng. Việc chọn cấu trúc dữ liệu không phù hợp có thể dẫn đến thời gian chạy chậm hoặc mã không phản hồi. 

>>> ĐỌC THÊM: Kỹ sư dữ liệu làm gì? Tại sao nên theo đuổi sự nghiệp kỹ sư dữ liệu

3. Cấu trúc dữ liệu được sử dụng như thế nào?

Nói chung, các cấu trúc dữ liệu được sử dụng để thực hiện các dạng vật lý của các kiểu dữ liệu trừu tượng. Cấu trúc dữ liệu là một phần quan trọng trong việc thiết kế phần mềm hiệu quả. Chúng cũng đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế thuật toán và cách các thuật toán đó được sử dụng trong các chương trình máy tính.

Các ngôn ngữ lập trình ban đầu chẳng hạn như Fortran, C và C++ cho phép các lập trình viên xác định cấu trúc dữ liệu của riêng họ. Ngày nay, nhiều ngôn ngữ lập trình bao gồm một bộ sưu tập phong phú các cấu trúc dữ liệu tích hợp sẵn để sắp xếp mã và thông tin. Ví dụ: danh sách và từ điển Python, mảng và đối tượng JavaScript là các cấu trúc mã hóa phổ biến được sử dụng để lưu trữ và truy xuất thông tin.

Các kỹ sư phần mềm sử dụng các thuật toán được kết hợp chặt chẽ với cấu trúc dữ liệu chẳng hạn như danh sách, hàng đợi và ánh xạ từ một tập hợp giá trị này sang tập hợp giá trị khác. Cách tiếp cận này có thể được hợp nhất trong nhiều ứng dụng, bao gồm quản lý tập hợp các bản ghi trong cơ sở dữ liệu quan hệ và tạo chỉ mục của các bản ghi đó bằng cách sử dụng cấu trúc dữ liệu được gọi là cây nhị phân.

Một số ví dụ về cách cấu trúc dữ liệu được sử dụng bao gồm:

• Lưu trữ dữ liệu. Cấu trúc dữ liệu được sử dụng để duy trì dữ liệu hiệu quả, chẳng hạn như chỉ định tập hợp các thuộc tính và cấu trúc tương ứng được sử dụng để lưu trữ các bản ghi trong hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu.
• Quản lý tài nguyên và dịch vụ. Các tài nguyên và dịch vụ của hệ điều hành (OS) lõi được kích hoạt thông qua việc sử dụng các cấu trúc dữ liệu như danh sách được liên kết để cấp phát bộ nhớ, quản lý thư mục tệp và cây cấu trúc tệp, cũng như hàng đợi lập lịch trình xử lý.
• Trao đổi dữ liệu. Cấu trúc dữ liệu xác định tổ chức thông tin được chia sẻ giữa các ứng dụng, chẳng hạn như các gói TCP/IP.
• Đặt hàng và phân loại. Cấu trúc dữ liệu chẳng hạn như cây tìm kiếm nhị phân còn được gọi là cây nhị phân được sắp xếp hoặc sắp xếp cung cấp các phương pháp sắp xếp đối tượng hiệu quả, chẳng hạn như chuỗi ký tự được sử dụng làm thẻ. Với cấu trúc dữ liệu như hàng đợi ưu tiên, lập trình viên có thể quản lý các mục được sắp xếp theo mức độ ưu tiên cụ thể.
• Lập chỉ mục. Thậm chí các cấu trúc dữ liệu tinh vi hơn như cây B được sử dụng để lập chỉ mục cho các đối tượng, chẳng hạn như các đối tượng được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.
• Đang tìm kiếm. Các chỉ mục được tạo bằng cách sử dụng cây tìm kiếm nhị phân, cây B hoặc bảng băm tăng tốc khả năng tìm thấy một mục được tìm kiếm cụ thể.
• Khả năng mở rộng. Các ứng dụng dữ liệu lớn sử dụng cấu trúc dữ liệu để phân bổ và quản lý lưu trữ dữ liệu trên các vị trí lưu trữ phân tán, đảm bảo khả năng mở rộng và hiệu suất.

4. Đặc điểm của cấu trúc dữ liệu

Cấu trúc dữ liệu thường được phân loại theo đặc điểm của chúng. Ba đặc điểm sau đây là ví dụ:

• Tuyến tính hoặc phi tuyến tính. Đặc tính này mô tả liệu các mục dữ liệu được sắp xếp theo thứ tự tuần tự, chẳng hạn như với một mảng hay theo một trình tự không có thứ tự, chẳng hạn như với biểu đồ.
• Đồng nhất hoặc không đồng nhất. Đặc điểm này mô tả liệu tất cả các mục dữ liệu trong một kho lưu trữ nhất định có cùng loại hay không. Một ví dụ là tập hợp các phần tử trong một mảng hoặc thuộc nhiều loại khác nhau, chẳng hạn như một kiểu dữ liệu trừu tượng được định nghĩa là một cấu trúc trong C hoặc một đặc tả lớp trong Java.
• Tĩnh hoặc động. Đặc điểm này mô tả cách các cấu trúc dữ liệu được biên dịch. Cấu trúc dữ liệu tĩnh có kích thước, cấu trúc và vị trí bộ nhớ cố định tại thời điểm biên dịch. Cấu trúc dữ liệu động có kích thước, cấu trúc và vị trí bộ nhớ có thể thu nhỏ hoặc mở rộng, tùy thuộc vào việc sử dụng.

>>> Đăng ký học tại FUNiX ngay:

>>> Xem thêm bài viết liên quan:

Phân tích dữ liệu kinh doanh là làm gì năm 2022

Data analyst là gì? Tất cả những gì cần biết về nghề phân tích dữ liệu Data analyst

Nhà phân tích dữ liệu so với Nhà khoa học dữ liệu: Sự khác biệt là gì?

Trang bị Kỹ năng phân tích dữ liệu cho người mới

Nhà phân tích dữ liệu làm gì: mô tả, trách nhiệm?

Giải đáp về Các loại nhà phân tích dữ liệu Data Analyst

Nguyễn Cúc