Witamy w naszej lekcji o tablicach i listach powiązanych. W tej lekcji poznamy dwa proste sposoby przechowywania i organizowania danych. Wyobraź sobie, że masz rząd pudełek z zabawkami lub rząd szafek w szkole. Tablice i listy powiązane działają w podobny sposób. Pomagają nam utrzymać porządek i łatwość znajdowania rzeczy. Ta lekcja jest napisana prostym językiem z codziennymi przykładami, aby pomóc Ci łatwo zrozumieć te idee.
Struktury danych pomagają komputerom przechowywać i organizować informacje. Dwiema ważnymi strukturami danych są tablice i listy powiązane. Możesz myśleć o tablicy jako o rzędzie pudełek, a o liście powiązanej jako o łańcuchu połączonych wskazówek podczas polowania na skarb. Obie te struktury pomagają nam śledzić wiele przedmiotów, takich jak zabawki, książki, a nawet ulubione przekąski.
Porozmawiamy o tym, czym jest tablica, czym jest lista powiązana, jak działają i czym się różnią. Zobaczymy również przykłady z życia wzięte, które uczynią te idee tak jasnymi, jak to tylko możliwe.
Tablica to po prostu zbiór elementów. Jest jak rząd pudełek, w których każde pudełko zawiera jeden element. Na przykład wyobraź sobie zestaw pięciu pudełek ustawionych w rzędzie. Możesz użyć każdego pudełka do przechowywania ulubionej zabawki lub przekąski.
Każde pole w tablicy ma numer zwany indeksem. Pierwsze pole jest zwykle ponumerowane 0, następne 1, potem 2 itd. Ta numeracja pomaga szybko znaleźć konkretny element. Na przykład, jeśli chcesz znaleźć element w trzecim polu, po prostu spójrz na pole z indeksem 2.
Oto prosty wzór wyjaśniający, jak możemy znaleźć element w tablicy. Jeśli pierwsze pole znajduje się w punkcie początkowym, adres dowolnego elementu można postrzegać jako:
\( \textrm{Adres}(A(i)) = \textrm{Adres}(A(0)) + i \times \textrm{(rozmiar jednego przedmiotu)} \)
Mówi nam to, że aby przejść od pierwszego pola do pola, które chcemy przesunąć, należy odliczyć do przodu określoną liczbę pól.
Wyobraź sobie tablicę, taką jak siedzenia w małym kinie. Każde siedzenie ma numer, a jeśli znasz jego numer, możesz szybko do niego dotrzeć.
Wyobraź sobie, że Twoja szkoła ma rząd szafek, każda z unikalnym numerem. Kiedy idziesz włożyć torbę do szafki, używasz konkretnego numeru na szafce. W układzie każda szafka jest jak pudełko, a numer wskazuje Ci dokładne miejsce, w którym jest przechowywana Twoja torba — lub dane.
Lista powiązana to kolejny sposób przechowywania elementów. Różni się od tablicy, ponieważ nie używa długiego rzędu stałych pól. Zamiast tego używa specjalnych pól zwanych węzłami. Każdy węzeł zawiera element i ma również wskaźnik, który mówi, gdzie znajduje się następny węzeł.
Wyobraź sobie, że jesteś na polowaniu na skarb. Każda znaleziona wskazówka mówi Ci, gdzie ukryta jest następna wskazówka. W liście łączonej każdy węzeł jest jak jedna z tych wskazówek. Gdy zaczynasz od pierwszej wskazówki, podążasz za wskaźnikiem od jednego węzła do następnego, aż znajdziesz to, czego potrzebujesz.
Możesz myśleć o każdym węźle jak o małej kopercie. Koperta zawiera kartę (dane) i również notatkę (wskaźnik). Ta notatka mówi ci, która koperta jest następna w linii.
Przyjrzyjmy się prostemu sposobowi zapisu, czym jest węzeł:
Węzeł = {dane, wskaźnik)
„Dane” w węźle to przechowywane informacje, a „wskaźnik” jest jak strzałka, która kieruje Cię do następnego węzła. W przeciwieństwie do tablicy, lista powiązana nie wymaga, aby wszystkie węzły znajdowały się obok siebie w pamięci; mogą znajdować się w dowolnym miejscu, o ile wskaźniki je łączą.
Istnieją różne style list powiązanych. Oto trzy popularne rodzaje:
Wyobraź sobie, że podążasz za mapą skarbów. Każdy krok na mapie wskazuje Ci, gdzie jest następny krok. Nawet jeśli dodasz dodatkową wskazówkę lub usuniesz jedną, nadal możesz podążać dalej, czytając wskazówkę na każdej karcie. Tak działa lista powiązana. Każdy węzeł (lub wskazówka) jest połączony z następnym, co pozwala Ci poruszać się po liście krok po kroku.
Tablice i listy powiązane pomagają nam przechowywać elementy, ale robią to na różne sposoby. Oto kilka porównań:
Każda struktura danych ma swoje dobre części i wyzwania. Zrozumienie ich pomoże Ci wybrać najlepszą do użycia.
Tablice:
Zalety:
Wady:
Listy powiązane:
Zalety:
Wady:
Zobaczmy, jak możemy użyć tablicy w prosty sposób. Załóżmy, że chcesz zapisać pięć ulubionych kolorów. Tworzysz tablicę z pięcioma polami. Następnie umieszczasz każdy kolor w polu w odpowiedniej kolejności. Na przykład:
Teraz, jeśli chcesz wiedzieć, jaki kolor jest w polu 2, po prostu spójrz na to pole i zobaczysz „Zielony”. Ten łatwy dostęp jest jedną z najlepszych części korzystania z tablicy.
Teraz przyjrzyjmy się liście łączonej. Wyobraź sobie to jako polowanie na skarb, gdzie zaczynasz od wskazówki, a następnie podążasz za instrukcjami, aby znaleźć następną. W liście łączonej zaczynamy od węzła, który zawiera pewne dane. Ten węzeł ma wskaźnik, który pokazuje, który węzeł jest następny.
Wyobraź sobie na przykład, że masz trzy węzły na liście powiązanej, które opowiadają zabawną historię:
Zaczyna się od węzła 1 i podąża się za wskaźnikiem (wskazówką) do węzła 2, a następnie do węzła 3. Nawet jeśli chcesz dodać nową wskazówkę pomiędzy dowolnymi z nich, wystarczy zmienić tylko kilka wskaźników. Dzięki temu listy powiązane są bardzo elastyczne.
Pomocne jest wyobrażenie sobie tych struktur danych w myślach. Wyobraź sobie tablicę jako długi rząd przejrzystych, opisanych pudełek na półce. Każde pudełko zawiera coś i ma ustalone miejsce. Teraz wyobraź sobie listę powiązaną jako ciąg kart. Każda karta ma notatkę wskazującą, gdzie ukryta jest następna karta. W tablicy możesz przejść bezpośrednio do określonego pudełka według jego numeru. W liście powiązanej musisz podążać za kartami w odpowiedniej kolejności.
Tablice są używane w wielu codziennych rzeczach. Na przykład wyobraź sobie kalendarz. Kalendarz ma ustaloną liczbę dni w każdym tygodniu, a te dni są ułożone w rzędzie. Kiedy patrzysz na kalendarz, wiesz dokładnie, który dzień jest w którym miejscu.
Listy powiązane są używane, gdy liczba elementów może się zmieniać w czasie. Wyobraź sobie kolejkę ludzi czekających przy wózku z lodami. Czasami do kolejki dołączają nowi ludzie, a czasami ktoś odchodzi. Kolejka może rosnąć lub maleć bez konieczności tworzenia nowej stałej struktury. To sprawia, że listy powiązane są bardzo przydatne w scenariuszach, w których rzeczy często się zmieniają.
Wybór między tablicami a listami powiązanymi zależy od tego, co chcesz zrobić ze swoimi danymi. Jeśli wiesz, że zawsze będziesz mieć stałą liczbę elementów — na przykład dni w tygodniu — tablica jest bardzo odpowiednia. Jeśli jednak ilość danych ulega zmianie i potrzebujesz struktury, która może się łatwo dostosować, lepszym wyborem będzie lista powiązana.
Na przykład w grze komputerowej tablica może być używana do przechowywania wyników dla każdego poziomu, ponieważ liczba poziomów jest stała. Z drugiej strony lista powiązana może być używana do zarządzania listą działań lub ruchów gracza, która może rosnąć w miarę trwania gry.
Gdy potrzebujesz szybkiego dostępu do elementów według ich pozycji, tablice są najlepszym wyborem. Dzieje się tak, ponieważ możesz bezpośrednio przejść do dowolnego miejsca, jeśli znasz jego numer. Jednak gdy musisz często dodawać lub usuwać elementy, listy powiązane są bardziej pomocne, ponieważ pozwalają zmienić listę bez przenoszenia wielu elementów.
Pomyśl o tym w ten sposób: jeśli masz album naklejek z ustaloną liczbą stron, tablica jest jak ten album. Ale jeśli masz rosnącą kolekcję pocztówek, które dodajesz do tablicy ogłoszeń, lista powiązana jest bardziej podobna, ponieważ możesz łatwo dodać nową pocztówkę pomiędzy innymi bez przeorganizowywania całej tablicy.
Przyjrzyjmy się najważniejszym punktom naszej lekcji:
Tablice:
Listy powiązane:
Różnice i zastosowania:
Podsumowując, tablice i listy powiązane to dwie ważne struktury danych używane do organizowania danych. Tablice działają jak rząd stałych, ponumerowanych pól, podczas gdy listy powiązane działają jak polowanie na skarby, gdzie każdy krok wskazuje, gdzie iść dalej. Obie metody mają swoje mocne strony i są używane w różnych sytuacjach w zależności od potrzeb zadania.
Zrozumienie tych dwóch metod przechowywania danych jest bardzo przydatne. Wiele programów komputerowych, gier i aplikacji używa tablic i list powiązanych w tle. Poznając sposób ich działania, zyskujesz wgląd w sposób, w jaki komputery organizują i zarządzają danymi.
Pamiętaj: tablice są proste i szybkie, gdy struktura jest stała, podczas gdy listy powiązane oferują elastyczność, gdy dane się zmieniają. Niezależnie od tego, czy wyobrażasz sobie rząd szafek, czy szlak skarbów wskazówek, te koncepcje pomagają nam zrozumieć, w jaki sposób informacje są przechowywane i wykorzystywane każdego dnia.
Ta lekcja dała ci jasne pojęcie, czym są tablice i listy powiązane. W miarę jak będziesz się uczyć i zgłębiać informatykę, te podstawowe idee pomogą ci zrozumieć bardziej złożone tematy. Są one budulcem bardziej zaawansowanych struktur danych i algorytmów.
Podsumowanie kluczowych punktów:
Dziękujemy za przeczytanie tej lekcji o tablicach i listach powiązanych. Mamy nadzieję, że podobało Ci się poznawanie tych metod przechowywania danych w przejrzysty i prosty sposób. W miarę rozwoju i zdobywania wiedzy pamiętaj o tych podstawowych strukturach i o tym, jak pomagają one komputerom działać wydajnie.
