هياكل البيانات

July 4, 2023

 تنظم البيانات داخل الحاسب الآلي وفقا لاستراتيجيات وترتيب محدد باستخدام أنواع مختلفة من هياكل البيانات . هياكل البيانات هي أحد المفاهيم الرئيسية في علوم الحاسب والتي من خلالها يتاح لنا فهم طبيعية وبنية تخزين البيانات في الحاسب وكيفية التحكم فيها . في هذا المقال نستعرض ما هو بالتحديد هيكل البيانات وما أهميته ، وأيضا سنستعرض أنواع هياكل البيانات ما بين الخطية وغير الخطية .

مفهوم هياكل البيانات (What is Data Structure)

           تعد هياكل البيانات (Data Structure) هي بمثابة طريقة لجمع وترتيب البيانات وتنظيمها مما يمكن من إجراء عمليات على هذه البيانات بطريقة فعالة . لا يتم فقط استخدام هياكل البيانات في تنظيم البيانات بل أيضًا لمعالجة واسترجاع البيانات . تختلف هياكل البيانات فيما بينها وفقا لنوع البيانات التي تتعامل معها والعمليات والخوارزميات المستخدمة للوصول إلى البيانات المخزنة فيها (1).

أهمية هياكل البيانات

تتمثل أهمية هياكل البيانات في العديد من المحاور (2)(3):

• سرعة معالجة البيانات حيث أنه عد التعامل مع كمية كبيرة من البيانات تأخذ عملية المعالجة وقتا اطول ، لذلك يلزم استخدام هيكل مناسب لحفظ البيانات لتسهيل معالجتها.
• سهولة الوصول والبحث عن البيانات.
• الإستخدام الفعال للذاكرة، حيث أنه يمكن تحسين استخدام الذاكرة وتقليل المساحة المطلوبة لتخزين البيانات من خلال تصميم بنية مناسبة لتخزين البيانات. علي سبيل المثال ، يمكننا استخدام القائمة المرتبطة Linked lists (سوف نوضح ما مفهومها لاحقا) بدلًا من المصفوفات عندما لا نعرف حجم البيانات المراد تخزينها قبل بدء التطبيق.
• تمكن من بناء برامج قوية ومتماسكةٍ من حيث البناء والمنطق.
• تمكن من التحكم في توزيع البیانات ومن التعرف على طبیعتھا البناء الأساسي لها في الذاكرة.

هياكل البيانات الخطية (Linear Data structure)

          هي نوع من هياكل البيانات يتم فيه ترتيب عناصر البيانات بشكل خطي أو تسلسي، بمعني يتم إرفاق كل عنصر بالعناصر المجاورة السابقة والتالية له. ويمكننا تصنيف هذا النوع إلى نوعين فرعيين ، هيكل البيانات الثابتة - Static data structure، و هيكل البيانات الديناميكي - Dynamic data structure. هيكل البيانات الثابتة هو للبيانات التي يكون لها حجم ذاكرة ثابت ومن السهل الوصول إلى العناصر المخزنة فيها، و هيكل البيانات الديناميكي حيث يكون حجم الذاكرة غير ثابت ويمكن تحديثه بشكل عشوائي أثناء وقت التشغيل و يمكن اعتبارهذا النوع فعالاً فيما يتعلق بتعقيد حجم الذاكرة (4). من أمثلة هياكل البيانات الخطية Array  و Queue و Linked list  و Stack وسوف نستعرض كل منها لاحقا.

هياكل البيانات الغير خطية (Non-Linear Data structure)

         في هذا النوع من هياكل البيانات لا يوضع فيها عناصر البيانات بشكل خطي أو تسلسي، كما أنه لا يمكننا تخطي كل العناصر في عملية تشغيل واحدة فقط.  من أمثلة هياكل البيانات الغير خطية )الأشجار -  (Trees والتي تخزن مجموعة العناصر (تسمي بالعقد) بطريقةٍ هرمية مع إمكانية وجود قيم فرعية عديدة  ، والمثال الآخر هو الرسوم البيانية - Graphs والتي تقوم بتخزين العناصر بطريقة غير خطية، وتتكون تلك الرسوم من مجموعة محددة من العقد وهي القمم أو الرؤوس والمرتبطة ببعضها عن طريق الحواف أو الخطوط (4).

رسم توضيحي 1:  تصنيف أنواع هياكل البيانات

في المقال التالي سنقوم بأستعراض كل نوع من هذه الإنواع تفصيلا

الخاتمة:

           هياكل البيانات هي بشكل مبسط مجموعة من الوسائل المستعملة في تنظيم وترتيب البيانات في ذاكرة الحاسب الآلي ، وذلك بهدف التعامل معها بفاعلية وكفاءة وتيسير إجراء العمليات عليها. تساهم هياكل البيانات في تسريع معالجة البيانات وتسهيل الوصول اليها وأيضا تساهم في ايضاح صورة عن كيفية تخزين البيانات داخل الحاسب وطبيعة البنية المستخدمة في ذلك.  وتوجد العديد من أنواع هياكل البيانات ولكن يمكن تصنيفها جميع الأنواع الي قسمين ،خطية وغير خطية، بحيث تختلف كل هذا ألأنواع فيما بينها وفي طريقة تنظيم وترتيب البيانات بها لاستخدامها في هدف معين. 

المراجع :

[1]: https://naqrah.net/what-is-data-structure/219

[2]: https://motwr.com/%D9%85%D8%A7%D9%87%D9%89-%D9%87%D9%8A%D8%A7%D9%83%D9%84-%D8%A7%D9%84%D8%A8%D9%8A%D8%A7%D9%86%D8%A7%D8%AA-data-structure%D8%9F/

[3]: https://mafhome.com/%D9%83%D9%84-%D9%85%D8%A7-%D8%AA%D8%AD%D8%AA%D8%A7%D8%AC-%D9%85%D8%B9%D8%B1%D9%81%D8%AA%D9%87-%D8%B9%D9%86-%D9%87%D9%8A%D8%A7%D9%83%D9%84-%D8%A7%D9%84%D8%A8%D9%8A%D8%A7%D9%86%D8%A7%D8%AA-data-structur/

[4]: https://naqrah.net/what-is-data-structure/219