บทเรียนนี้จะอธิบายวิธีการทำงานกับโครงสร้างข้อมูล โครงสร้างข้อมูลเปรียบเสมือนเครื่องมือจัดระเบียบพิเศษที่ช่วยให้เราจัดระเบียบสิ่งต่าง ๆ ได้อย่างเป็นระเบียบ ใช้ในคอมพิวเตอร์และในชีวิตประจำวัน เช่นเดียวกับการจัดของเล่น หนังสือ หรือเสื้อผ้า โครงสร้างข้อมูลช่วยให้เราจัดเรียงข้อมูลต่าง ๆ เพื่อให้ค้นหาและใช้งานได้ง่าย
โครงสร้างข้อมูลเป็นวิธีการจัดเก็บและจัดเรียงข้อมูล ลองนึกภาพว่าโครงสร้างข้อมูลเป็นเหมือนกล่องใส่ของเล่น ชั้นวางของ หรือกระเป๋านักเรียน ในแต่ละสิ่งเหล่านี้ ทุกสิ่งทุกอย่างมีที่ของตัวเอง เมื่อคุณมองหาของเล่นชิ้นโปรด คุณจะรู้แน่ชัดว่าจะหาของเล่นชิ้นนั้นได้ที่ไหน ในทำนองเดียวกัน โครงสร้างข้อมูลจะจัดระเบียบข้อมูลทั้งหมดเพื่อให้คอมพิวเตอร์และผู้คนสามารถทำงานกับข้อมูลได้อย่างรวดเร็วและถูกต้อง
ตัวอย่างเช่น หากคุณมีกล่องใส่ดินสอสีและกล่องใส่ยางลบอีกกล่อง แสดงว่าคุณกำลังใช้ระบบ โครงสร้างข้อมูลทำหน้าที่เดียวกันแต่มีข้อมูลด้วย โดยจะตรวจสอบว่าทุกอย่างเรียบร้อยและอยู่ในลำดับที่ถูกต้อง
การดำเนินการกับโครงสร้างข้อมูลเป็นขั้นตอนที่ช่วยให้เราเปลี่ยนแปลงหรืออ่านข้อมูลที่จัดระเบียบอย่างถูกต้อง การดำเนินการเหล่านี้ก็เหมือนกับการดำเนินการที่คุณทำเมื่อคุณเพิ่ม ลบ หรือตรวจสอบรายการต่างๆ ในห้องของคุณ ลองนึกภาพว่าห้องของคุณรก คุณอาจเพิ่มของเล่นใหม่ ลบของที่เสีย และบางครั้งอาจปะปนกันเมื่อทำความสะอาด การดำเนินการกับโครงสร้างข้อมูลช่วยให้เราทำการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้อย่างเป็นระเบียบ
การใช้การดำเนินการช่วยให้เราสามารถอัปเดตข้อมูลได้ คอมพิวเตอร์ใช้การดำเนินการเหล่านี้เพื่อเพิ่มเพื่อนใหม่ลงในรายการ ลบข้อความเก่า หรือค้นหาไฟล์ในโฟลเดอร์ การดำเนินการแต่ละอย่างมีงานเฉพาะที่ทำให้การทำงานกับข้อมูลเป็นเรื่องง่ายและชัดเจน
มีการดำเนินการหลายอย่างที่เราสามารถทำได้กับโครงสร้างข้อมูล เราจะพูดถึงการดำเนินการทั่วไป 5 ประการ ได้แก่ การแทรก การลบ การค้นหา การเคลื่อนย้าย และการอัปเดต การดำเนินการแต่ละอย่างมีงานที่ชัดเจน มาเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแต่ละอย่างกัน
การแทรกหมายถึงการเพิ่มรายการใหม่ลงในโครงสร้างข้อมูล ลองนึกถึงหนังสือสติ๊กเกอร์เล่มโปรดของคุณ ทุกครั้งที่คุณได้รับสติ๊กเกอร์ใหม่ คุณจะเพิ่มมันลงในหนังสือ นี่คือการแทรก
ตัวอย่างง่ายๆ: หากคุณมีรายการผลไม้ เช่น แอปเปิล กล้วย องุ่น และคุณได้รับผลไม้ชนิดใหม่ เช่น มะม่วง ให้คุณใส่มะม่วงในรายการ ตอนนี้รายการคือ แอปเปิล กล้วย องุ่น มะม่วง วิธีนี้จะทำให้รายการยาวขึ้นหนึ่งรายการ และรายการทั้งหมดก็อยู่ที่นั่น
การแทรกข้อมูลมีประโยชน์มาก หากคุณกำลังรวบรวมสิ่งของต่างๆ เช่น ดาว สติ๊กเกอร์ หรือการ์ด แต่ละรายการใหม่จะถูกเพิ่มเข้าไปด้วยขั้นตอนง่ายๆ คอมพิวเตอร์จะทำสิ่งเดียวกันนี้เมื่อมีข้อมูลใหม่ปรากฏขึ้น
การลบหมายถึงการลบรายการออกจากโครงสร้างข้อมูล ลองนึกถึงการทำความสะอาดห้องของคุณดู คุณอาจลบของเล่นที่พังหรือไม่น่าเล่นอีกต่อไปก็ได้ นั่นคือการลบ
ตัวอย่างง่ายๆ: ในรายการผลไม้ Apple, Banana, Grape, Mango ถ้าคุณตัดสินใจว่าไม่ต้องการกล้วยอีกต่อไป ให้เอาออก แล้วรายการก็จะกลายเป็น Apple, Grape, Mango
การลบข้อมูลจะช่วยให้ข้อมูลสะอาด เหมือนกับที่คุณทิ้งเอกสารเก่าหรือของเล่นที่พัง คอมพิวเตอร์จะลบข้อมูลที่ไม่ต้องการออกไปเพื่อให้ทุกอย่างยังคงเป็นระเบียบ
การค้นหาหมายถึงการค้นหาสิ่งของเฉพาะในโครงสร้างข้อมูล เหมือนกับการค้นหาของเล่นชิ้นโปรดในหีบของเล่นของคุณ คุณอาจจำเป็นต้องค้นหาของเล่นชิ้นนั้นท่ามกลางของเล่นอื่นๆ มากมาย
ตัวอย่างง่ายๆ: ลองนึกภาพว่าคุณมีรายการผลไม้ เช่น แอปเปิล องุ่น มะม่วง หากคุณต้องการดูว่า มีองุ่น อยู่ในรายการหรือไม่ คุณต้องค้นหาผลไม้แต่ละชนิดจนกว่าจะพบ การค้นหาจะช่วยให้คุณตัดสินใจได้ว่ามีรายการนั้นอยู่หรือไม่และวางไว้ที่ใด
การค้นหาเป็นสิ่งสำคัญ เมื่อคุณต้องการตรวจสอบว่าคุณมีสีเฉพาะหรือการ์ดพิเศษหรือไม่ คุณต้องค้นหาในคอลเลกชั่นของคุณอย่างระมัดระวัง ทีละรายการ สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นในโปรแกรมคอมพิวเตอร์หลายโปรแกรม
การท่องไปหมายถึงการดูรายการทั้งหมดในโครงสร้างข้อมูลทีละรายการ ซึ่งก็เหมือนกับการตรวจสอบทุกช่องในเสื้อแจ็คเก็ตของคุณเพื่อดูว่ามีอะไรอยู่ข้างใน
ตัวอย่างง่ายๆ: หากคุณต้องการนับผลไม้ทั้งหมดในรายการของคุณ ได้แก่ แอปเปิ้ล องุ่น มะม่วง ให้เริ่มจากผลไม้ชนิดแรก จากนั้นจึงค่อยนับผลไม้ชนิดต่อไป และทำเช่นนี้ต่อไปจนกว่าคุณจะนับได้หมด กระบวนการนี้เรียกว่าการท่องไป
การเคลื่อนย้ายข้อมูลช่วยให้คุณมองเห็นภาพรวมได้ทั้งหมด เช่นเดียวกับการจัดเรียงข้อมูลของเพื่อนทีละคน คอมพิวเตอร์ใช้การเคลื่อนย้ายข้อมูลเพื่อเคลื่อนย้ายข้อมูลและตรวจสอบแต่ละรายการอย่างระมัดระวัง
การอัปเดตหมายถึงการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบในโครงสร้างข้อมูล ลองนึกถึงตอนที่คุณทาสีของเล่นใหม่หรือเปลี่ยนเสื้อผ้า การอัปเดตช่วยให้คุณมีวิธีทำให้บางอย่างดูใหม่โดยไม่ต้องเริ่มต้นใหม่ทั้งหมด
ตัวอย่างง่ายๆ: หากรายการผลไม้ของคุณคือ แอปเปิล องุ่น มะม่วง และคุณตัดสินใจเปลี่ยน องุ่น เป็น ส้ม คุณต้องอัปเดตรายการและจะกลายเป็น แอปเปิล ส้ม มะม่วง
การอัปเดตก็เหมือนกับการปรับปรุงบางสิ่ง คอมพิวเตอร์ใช้การดำเนินการนี้เพื่อเปลี่ยนแปลงรายละเอียดในข้อมูล เป็นวิธีแก้ไขการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วโดยไม่สูญเสียส่วนอื่นๆ ของรายการ
โครงสร้างข้อมูลมีหลายรูปแบบ วันนี้เราจะมาดูประเภทข้อมูลสามประเภทที่ใช้การดำเนินการเหล่านี้ ได้แก่ รายการ สแต็ก และคิว โดยแต่ละประเภทมีการดำเนินการที่เหมาะสมที่สุดกับรูปแบบการจัดระเบียบเฉพาะตัวของโครงสร้างนั้นๆ
รายการคือรายการสิ่งของต่างๆ ที่มีลำดับขั้นตอนอย่างง่าย คล้ายกับรายการซื้อของหรือรายการการ์ตูนที่คุณชื่นชอบ ในรายการ สิ่งของต่างๆ แต่ละรายการจะมีตำแหน่งและสามารถใช้ได้หลายวิธี
ต่อไปนี้เป็นการดำเนินการทั่วไปบางอย่างในรายการ:
รายการนั้นเรียบง่ายและมีประโยชน์ ทุกๆ วัน คุณจะต้องเขียนรายการเพื่อจดจำสิ่งต่างๆ รายการเหล่านี้ทำงานเหมือนกับรายการในคอมพิวเตอร์ โดยจะช่วยให้คุณติดตามสิ่งของต่างๆ ได้มากมายและช่วยให้คุณทราบว่าสิ่งของต่างๆ อยู่ที่ไหน
สแต็กเป็นโครงสร้างข้อมูลชนิดพิเศษ ลองนึกภาพการวางจานซ้อนกันบนโต๊ะ กฎนั้นง่ายมาก จานสุดท้ายที่คุณวางบนสแต็กจะเป็นจานแรกที่คุณหยิบออก กฎนี้เรียกว่า Last-In-First-Out หรือ LIFO
ในสแต็ค การดำเนินการหลักมีดังนี้:
ตัวอย่างง่ายๆ: ลองนึกภาพว่าคุณกำลังเรียงหนังสือนิทานเล่มโปรดของคุณเป็นชั้นๆ ทุกครั้งที่คุณได้รับหนังสือนิทานอีกเล่ม คุณจะวางหนังสือนั้นไว้ด้านบน เมื่อเพื่อนของคุณขออ่าน คุณก็วางหนังสือนิทานเล่มบนสุดและส่งให้เพื่อน การวางหนังสือเป็นชั้นๆ จะช่วยจัดระเบียบสิ่งของต่างๆ ให้เป็นระเบียบ
คิวเป็นโครงสร้างข้อมูลทั่วไปอีกประเภทหนึ่ง โดยทำงานคล้ายกับแถวของผู้คนที่กำลังรอรถขายไอศกรีม คนแรกที่เข้าคิวจะได้ไอศกรีมเป็นคนแรก กฎนี้เรียกว่า First-In-First-Out หรือ FIFO
ในคิว การดำเนินการหลักมีดังนี้:
ตัวอย่างง่ายๆ: ลองนึกภาพว่าคุณกำลังรอคิวเล่นสไลเดอร์ คุณไปเล่นที่ปลายคิว เมื่อถึงคิวของคุณ คุณก็ก้าวไปข้างหน้าและสนุกไปกับสไลเดอร์ คิวทำงานในลักษณะเดียวกัน นั่นคือ ทุกคนจะได้เล่นอย่างเท่าเทียมกันตามคนที่มาถึงก่อน
การดำเนินการเกี่ยวกับโครงสร้างข้อมูลไม่เพียงแต่ใช้ในคอมพิวเตอร์เท่านั้น แต่ยังมีประโยชน์มากในชีวิตประจำวันอีกด้วย ต่อไปนี้คือตัวอย่างบางส่วน:
การดำเนินการเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลทั้งหมดจะถูกเก็บไว้อย่างปลอดภัย เป็นระเบียบ และพร้อมใช้งาน การดำเนินการเหล่านี้ช่วยให้ครู บรรณารักษ์ และเจ้าของร้านค้าสามารถจัดการทุกอย่างให้ราบรื่น
ลองนึกถึงการจัดงานวันเกิดดูสิ มีรายชื่อแขกที่คุณสามารถใส่ชื่อลงไปได้ (การแทรก) หากใครมาไม่ได้ คุณก็ลบชื่อออก (การลบ) คุณอาจโทรหาแขกเพื่อเตือน (การค้นหา) และตรวจสอบว่าทุกคนมาถึงแล้วหรือไม่ (การเดินผ่าน) หากแขกเปลี่ยนที่นั่ง คุณก็อัปเดตแผนที่นั่ง (การอัปเดต) โดยการฝึกฝนการดำเนินการเหล่านี้ คุณจะเห็นว่าการจัดการข้อมูลเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันอย่างไร
ขั้นตอนเดียวกันนี้ยังช่วยในการวางแผนงานปาร์ตี้ในชั้นเรียนหรือจัดการการบ้านของคุณ เมื่อคุณจัดอุปกรณ์ศิลปะหรือตัดสินใจว่าจะเล่นเกมใด คุณกำลังใช้แนวคิดของการดำเนินการโครงสร้างข้อมูล การจัดการสิ่งต่าง ๆ ของคุณทำได้ง่ายขึ้นโดยทำตามงานง่าย ๆ เหล่านี้: เพิ่ม ลบ ค้นหา ดูผ่าน และเปลี่ยนแปลง
แม้ว่าการดำเนินการพื้นฐานจะคล้ายกัน แต่การทำงานอาจเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างข้อมูล ในรายการ คุณสามารถเพิ่มหรือลบรายการได้เกือบทุกตำแหน่ง ในสแต็ก คุณสามารถเพิ่มหรือลบรายการได้จากด้านบนเท่านั้น ในคิว รายการจะถูกเพิ่มที่ปลายด้านหนึ่งและลบออกจากอีกด้านหนึ่ง
ความหลากหลายนี้ช่วยให้คอมพิวเตอร์เลือกวิธีที่ดีที่สุดสำหรับงานได้ ตัวอย่างเช่น หากคอมพิวเตอร์ต้องการประมวลผลงานตามลำดับ อาจใช้คิว หากคอมพิวเตอร์ต้องจัดเก็บรายการชั่วคราว อาจใช้สแต็ก การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ช่วยให้เราเข้าใจว่าเหตุใดจึงมีทางเลือกมากมายในการจัดระเบียบข้อมูล
การทราบถึงความแตกต่างเหล่านี้สามารถเทียบได้กับการเลือกกล่องเก็บของที่แตกต่างกันสำหรับวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน กล่องบางกล่องอาจมีเพียงฝาปิดซึ่งคุณสามารถเพิ่มหรือเอาสิ่งของออกได้ ในขณะที่กล่องอื่นๆ มีช่องที่ให้คุณวางสิ่งของต่างๆ ได้ตามต้องการ
การเรียนรู้เกี่ยวกับการดำเนินการโครงสร้างข้อมูลเปรียบเสมือนการเรียนรู้เกมใหม่ เกมต่างๆ มีกฎและขั้นตอนที่ชัดเจน การเคลื่อนไหวทุกครั้งในเกมจะส่งผลให้เกิดผลลัพธ์และวิธีการเล่นซ้ำ การดำเนินการโครงสร้างข้อมูลจะปฏิบัติตามขั้นตอนที่ชัดเจน ซึ่งจะช่วยให้คุณเข้าใจลำดับและการจัดระเบียบ
ลองนึกภาพเกมกระดานที่คุณสะสมการ์ด ทุกครั้งที่คุณสะสมการ์ด คุณจะเพิ่มการ์ดนั้นเข้าในคอลเลกชันของคุณ (แทรก) เมื่อคุณตัดสินใจที่จะแลกการ์ดกับเพื่อน คุณจะเอาการ์ดนั้นออก (ลบ) เพื่อค้นหาการ์ดที่คุณชอบ คุณจะค้นหาในสำรับของคุณ (การค้นหา) เมื่อถึงเวลาจัดเรียงการ์ดเพื่อเล่น คุณจะดูการ์ดทุกใบ (การเคลื่อนย้าย) และหากคุณได้รับการ์ดเวอร์ชันใหม่ คุณจะอัปเดตสำรับของคุณ (อัปเดต) การดำเนินการแต่ละอย่างเป็นขั้นตอนที่ทำให้เกมสนุกและเป็นระเบียบมากขึ้น
วิธีคิดแบบนี้สามารถทำให้การเรียนรู้เป็นเรื่องสนุกได้ เมื่อใช้ตัวอย่างในชีวิตประจำวัน คุณจะเริ่มเห็นความเชื่อมโยงระหว่างการกระทำประจำวันของคุณกับงานของคอมพิวเตอร์ ทั้งสองอย่างนี้เกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบสิ่งต่างๆ ซึ่งมีความสำคัญทั้งต่อเวลาเล่นและเวลาทำงาน
ลองใช้ตัวอย่างของเล่นเพื่อให้เข้าใจการทำงานเหล่านี้ได้ดีขึ้น ลองนึกภาพว่าคุณมีกล่องใส่ของเล่นชิ้นโปรดของคุณ ต่อไปนี้คือวิธีคิดเกี่ยวกับการทำงานแต่ละอย่าง:
ตัวอย่างง่ายๆ นี้แสดงให้เห็นว่าการดำเนินการแต่ละอย่างเป็นเพียงขั้นตอนเล็กๆ เมื่อนำมารวมกัน ขั้นตอนเหล่านี้จะช่วยจัดการของเล่นของคุณได้เช่นเดียวกับที่ช่วยให้คอมพิวเตอร์จัดการข้อมูล
คอมพิวเตอร์ใช้การดำเนินการโครงสร้างข้อมูลตลอดเวลา เมื่อคุณเล่นวิดีโอเกม เอ็นจิ้นเกมจะใช้รายการเพื่อติดตามคะแนน ผู้เล่น และไอเท็มในเกม เมื่อคุณเลื่อนดูอัลบั้มรูปภาพบนแท็บเล็ต คอมพิวเตอร์จะใช้การเลื่อนผ่านเพื่อแสดงรูปภาพแต่ละภาพทีละภาพ
ลองนึกภาพว่าคุณกำลังสร้างอัลบั้มดิจิทัลง่าย ๆ ที่เก็บภาพโปรดของคุณ คอมพิวเตอร์อาจดำเนินการดังต่อไปนี้:
การทำความเข้าใจการดำเนินการเหล่านี้จะช่วยให้คุณเห็นว่าการกระทำในแต่ละวันบนแท็บเล็ตของคุณนั้นเหมือนกับขั้นตอนง่ายๆ ที่คุณทำในห้องของคุณมากเพียงใด ทั้งสองอย่างนี้ทำให้แน่ใจได้ว่าทุกอย่างทำงานในลักษณะที่ชัดเจนและเป็นระเบียบ
วันนี้เราเรียนรู้ว่าโครงสร้างข้อมูลเป็นวิธีง่ายๆ ในการจัดระเบียบข้อมูล เช่นเดียวกับการจัดระเบียบของเล่นหรือหนังสือของคุณ เราค้นพบว่ามีการดำเนินการพื้นฐาน 5 ประการที่ใช้ในโครงสร้างข้อมูล:
นอกจากนี้ เรายังได้เรียนรู้เกี่ยวกับโครงสร้างข้อมูลประเภทต่างๆ เช่น รายการ สแต็ก และคิว รายการช่วยให้คุณสามารถเพิ่ม ลบ และเปลี่ยนแปลงรายการได้อย่างง่ายดายทุกที่ สแต็กช่วยให้แน่ใจว่ารายการสุดท้ายที่คุณเพิ่มเป็นรายการแรกที่คุณลบ คิวทำงานเหมือนเส้นตรง โดยรายการแรกที่เข้าจะเป็นรายการแรกที่ออก
การดำเนินการเหล่านี้ช่วยให้คอมพิวเตอร์และผู้คนจัดระเบียบสิ่งของและทำให้ค้นหาสิ่งที่ต้องการได้ง่ายขึ้น ในชีวิตประจำวัน การจัดของเล่น หนังสือ และแม้แต่การวางแผนวันของคุณก็มีขั้นตอนที่คล้ายคลึงกัน
โปรดจำไว้ว่าการดำเนินการโครงสร้างข้อมูลไม่ได้มีไว้สำหรับคอมพิวเตอร์เท่านั้น แต่เป็นแนวคิดที่เราใช้ทุกวัน การเรียนรู้การดำเนินการเหล่านี้จะช่วยให้คุณเข้าใจลำดับและการจัดเรียงได้ชัดเจนยิ่งขึ้น บทเรียนนี้แสดงให้คุณเห็นว่าขั้นตอนเล็กๆ น้อยๆ ง่ายๆ สามารถสร้างความแตกต่างอย่างมากในการทำให้ทุกอย่างเป็นระเบียบเรียบร้อยและมีประสิทธิภาพ
เมื่อคุณเติบโตและเรียนรู้ต่อไป ให้ลองนึกถึงวิธีจัดระเบียบสิ่งของต่างๆ ที่บ้าน สังเกตว่าคุณเพิ่มรายการใหม่ ลบรายการเก่า และมองหาสิ่งของที่คุณชื่นชอบอย่างระมัดระวัง ขั้นตอนเหล่านี้เหมือนกับขั้นตอนที่ใช้ในโครงสร้างข้อมูล เมื่อฝึกฝนไปเรื่อยๆ คุณจะพบว่าทักษะเดียวกันนี้ช่วยคุณได้ทั้งในโรงเรียนและเมื่อใช้คอมพิวเตอร์
การทำความเข้าใจการทำงานพื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างข้อมูล ได้แก่ การแทรก การลบ การค้นหา การเคลื่อนย้าย และการอัปเดต จะช่วยให้คุณสร้างรากฐานที่แข็งแกร่งในการจัดการข้อมูล ซึ่งจะไม่เพียงแต่ช่วยคุณในการเรียนคอมพิวเตอร์ในภายหลังเท่านั้น แต่ยังเป็นแนวทางในการจัดระเบียบโลกของคุณเองอีกด้วย
จดจำแนวคิดสำคัญเหล่านี้ไว้: ข้อมูลแต่ละชิ้นมีที่ทางของตัวเอง และการใช้การดำเนินการที่ถูกต้องในเวลาที่เหมาะสมจะทำให้ชีวิตง่ายขึ้น ไม่ว่าคุณจะจัดห้องหรือจัดการไฟล์บนคอมพิวเตอร์ โปรดจำขั้นตอนเหล่านี้ไว้และสนุกไปกับมัน
