Estructura de datos para niños

En las ciencias de la computación, una estructura de datos es una forma especial de organizar la información dentro de una computadora. Esto se hace para que la computadora pueda usar esos datos de la manera más rápida y eficiente posible. Cada tipo de estructura de datos es útil para diferentes tareas, y algunas están diseñadas para trabajos muy específicos.

Las estructuras de datos son muy importantes para manejar grandes cantidades de información, como las que se usan en las bases de datos o en los servicios de búsqueda de Internet. Cuando una estructura de datos es eficiente, ayuda a que los algoritmos (que son como recetas para la computadora) también funcionen de forma rápida y eficaz. Algunos expertos en programación creen que las estructuras de datos son la parte más importante al diseñar un programa, incluso más que los algoritmos. En resumen, una estructura de datos es un conjunto de valores, las conexiones entre ellos y las acciones que se pueden realizar con esos datos.

Ejemplo de tabla de hash.

¿Cómo funcionan las estructuras de datos?

Las estructuras de datos aprovechan la capacidad de una computadora para guardar y encontrar información en cualquier parte de su memoria. Piensa en la memoria como un gran armario con muchos cajones, y las estructuras de datos son las formas en que organizas lo que guardas en esos cajones para encontrarlo fácilmente.

Las estructuras de datos son la base de algo llamado "tipos de datos abstractos" (ADT, por sus siglas en inglés). Los ADT describen cómo se ve un tipo de dato de forma lógica, es decir, qué hace. La estructura de datos, por otro lado, es la forma física en que ese tipo de dato se organiza y se guarda en la computadora.

Diferentes estructuras de datos son mejores para distintas tareas. Por ejemplo, las bases de datos suelen usar algo llamado árbol B para encontrar información rápidamente. Mientras tanto, los programas que traducen el código que escribes (llamados compiladores) a menudo usan tablas hash para buscar nombres o identificadores.

Las estructuras de datos permiten manejar grandes volúmenes de información de forma eficiente. Esto es clave para sistemas como las grandes bases de datos y los servicios de búsqueda en Internet. Una buena estructura de datos es fundamental para crear algoritmos que funcionen bien. Se pueden usar para organizar cómo se guarda y se recupera la información, tanto en la memoria principal de la computadora como en el almacenamiento a largo plazo.

Tipos principales de estructuras de datos

Las estructuras de datos se pueden clasificar de varias maneras, según cómo guardan y recuperan la información, o cómo se conectan sus elementos.

Estructuras por su tamaño

• Estructura de datos estática: Su tamaño no cambia una vez que se crean. Son como una caja con un número fijo de compartimentos.
• Estructura de datos dinámica: Su tamaño puede cambiar mientras el programa se ejecuta. Pueden crecer o encogerse según sea necesario.

Estructuras por la conexión de sus elementos

• Estructura de datos lineal: Los elementos están organizados uno tras otro, como en una fila.
• Estructura de datos no lineal: Los elementos no siguen un orden simple; pueden conectarse de formas más complejas, como en una red.

Ejemplos comunes de estructuras de datos

Existen muchos tipos de estructuras de datos, y a menudo se construyen a partir de otras más sencillas.

La jerarquía de tipos estándar.

• Vector (o arreglo): Es una serie de elementos organizados en un orden específico, generalmente todos del mismo tipo. Para encontrar un elemento, se usa un número llamado índice. Piensa en una lista numerada donde cada número te lleva a un elemento.
• Vector asociativo (diccionario o mapa): Es más flexible que un vector. Permite guardar información en pares de "nombre-valor" y puedes añadir o quitar estos pares fácilmente. Una tabla de hash es una forma común de crear un diccionario.
• Lista enlazada: Es una colección de elementos (llamados nodos) donde cada nodo contiene un valor y una "flecha" que apunta al siguiente nodo. La ventaja principal es que puedes añadir o quitar elementos sin tener que mover todos los demás. Sin embargo, encontrar un elemento específico puede ser más lento que en un vector.
• Registro (o tupla): Es una estructura que agrupa diferentes tipos de valores bajo un solo nombre. Por ejemplo, un registro de "estudiante" podría tener campos para "nombre", "edad" y "calificación".
• Unión: Es una estructura que puede guardar uno de varios tipos de datos posibles, pero solo uno a la vez. Por ejemplo, podría guardar un número entero o un número decimal, pero no ambos al mismo tiempo.
• Conjunto: Es un tipo de dato que guarda valores únicos, sin un orden específico y sin que se repitan.
• Multiconjunto: Similar a un conjunto, pero permite que los valores se repitan.
• Grafo: Es una estructura de datos formada por "nodos" (puntos) y "conexiones" (líneas) entre ellos. Los nodos guardan valores y las conexiones muestran cómo se relacionan. Son útiles para representar redes, como las redes sociales o los mapas de carreteras.
• Pila y Cola: Son tipos de datos abstractos que se pueden crear usando vectores o listas enlazadas.
  • Pila: Funciona como una pila de platos. Solo puedes añadir o quitar elementos por la parte superior. El último elemento que entra es el primero en salir (LIFO: Last In, First Out).
  • Cola: Funciona como una fila para entrar al cine. Los elementos se añaden al final y se quitan por el principio. El primer elemento que entra es el primero en salir (FIFO: First In, First Out).
• Árbol: Es un tipo especial de grafo donde los elementos se organizan de forma jerárquica, como las ramas de un árbol. Hay un nodo principal llamado "raíz" y de él salen otros nodos. No hay ciclos (caminos que regresan al mismo punto).
• Clase: En programación, una clase es como un plano o una plantilla para crear "objetos" de datos. Define qué tipo de información guardará el objeto y qué acciones puede realizar con esa información.

Soporte en los lenguajes de programación

Ejemplo de lenguaje ensamblador.

Algunos lenguajes de programación más antiguos o de nivel muy bajo no tienen soporte directo para estructuras de datos complejas. Sin embargo, la mayoría de los lenguajes de programación modernos, como C, Pascal o Java, sí incluyen formas de crear y usar estructuras de datos como registros o vectores.

Además, muchos lenguajes de programación vienen con "bibliotecas" o conjuntos de herramientas ya hechas. Estas bibliotecas contienen implementaciones de las estructuras de datos más comunes, lo que facilita mucho a los programadores usarlas en sus programas. Ejemplos de esto son la biblioteca Standard Template Library de C++ o las colecciones de Java.

Cómo se usan las estructuras de datos en programación

En programación, para usar una estructura de datos, primero debes "declararla". Esto significa que le das un nombre a la estructura y defines qué tipo de información guardará cada una de sus partes (llamadas "miembros" o "campos").

Por ejemplo, en el lenguaje de programación Pascal, podrías declarar una estructura así:

Estruct Identificador, _ Miembro1:TipoDeDato, _ Miembro2:TipoDeDato, _ ... Miembro9:TipoDeDato

Una vez que declaras la estructura, puedes crear "variables" de ese tipo de estructura. Luego, puedes acceder a cada miembro de la estructura para guardar o leer información.

Estruc Estructura,Miembro1:Entero,Miembro2:Cadena,Miembro3:Byte Var Variable:Estructura Variable.Miembro1 = 40000 Variable.Miembro2 = "Hola Mundo" Variable.Miembro3 = 255 Mensaje(Variable.Miembro2) ' Muestra "Hola Mundo"

En este ejemplo, `Variable` es una estructura que tiene un número entero (`Miembro1`), un texto (`Miembro2`) y un número pequeño (`Miembro3`). Puedes asignarles valores y luego usarlos, como mostrar el texto "Hola Mundo".

Listado de estructuras de datos

• Vectores (matriz o arreglo)
• Registro
• Tipo de dato algebraico
• Listas Enlazadas
  • Listas Simples
  • Listas Doblemente Enlazadas
  • Listas Circulares

una lista por salto (skip list).

• • Listas por saltos (Skip lists)

Representación simple de una pila.

• Pilas (stack)
• Colas (queue)
  • Cola de prioridades
• Árboles

Ejemplo de un árbol binario completo.

• • Árboles Binarios
    • Árbol binario de búsqueda
      • Árbol binario de búsqueda equilibrado

* Árboles Rojo-Negro * Árboles AVL

Rotación en un árbol biselado

• • • • Árboles biselados (Árboles Splay)
  • Árboles multicamino (o multirrama)

Ejemplo de árbol B.

• • • Árboles B
    • Árboles B+

• Conjuntos (sets)

Grafo etiquetado con 6 vértices y 7 aristas.

• Grafos
• Diccionarios
  • Tabla de racimo

• Montículos (o heaps)
  • Montículo binario
  • Montículo binomial

Ejemplo de un montículo de Fibonacci.

• • Montículo de Fibonacci
  • Montículo suave
  • Montículo 2-3

• Otros

Un ejemplo de buffer circular.

• • Buffer circular
  • Estructura de datos para conjuntos disjuntos (algoritmo Unión-Buscar, Union-find)

Véase también

En inglés: Data structure Facts for Kids

• Dato
• Metadatos
• algoritmo
• lenguaje de programación
• tipo de dato
• unión de datos
• Modelo de datos
• Estructuras de datos persistentes
• Modelo entidad-relación
• Estructuras de control
• ASN.1
• Seguridad de la información