مفهوم ساختار داده در علم کامپیوتر چیست

---

در علم کامپیوتر، **ساختار داده (Data Structure)** به روشی خاص برای سازماندهی، ذخیره سازی و مدیریت داده‌ها در یک سیستم کامپیوتری گفته می‌شود تا بتوان به طور کارآمد به داده‌ها دسترسی داشت و آن‌ها را اصلاح کرد. انتخاب یک ساختار داده مناسب می‌تواند تاثیر بسیار زیادی بر کارایی الگوریتم‌ها و عملکرد کلی یک برنامه داشته باشد.

به بیان ساده‌تر، ساختار داده مشخص می‌کند که:

* **داده‌ها چگونه در حافظه ذخیره می‌شوند:** این شامل چگونگی قرارگیری داده‌ها به صورت فیزیکی در حافظه و ارتباط آن‌ها با یکدیگر است.
* **چه عملیاتی می‌توان بر روی داده‌ها انجام داد:** این عملیات شامل افزودن، حذف، جستجو، مرتب‌سازی، به‌روزرسانی و سایر عملیات مرتبط با داده‌ها می‌شود.
* **کارایی این عملیات چگونه است:** انتخاب یک ساختار داده مناسب می‌تواند زمان و حافظه مورد نیاز برای انجام عملیات مختلف را بهینه کند.

**چرا ساختار داده مهم است؟**

* **کارایی:** انتخاب ساختار داده مناسب می‌تواند کارایی برنامه‌ها را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. به عنوان مثال، جستجو در یک لیست مرتب شده با استفاده از جستجوی باینری بسیار سریعتر از جستجو در یک لیست نامرتب است.
* **سازماندهی:** ساختارهای داده به سازماندهی داده‌ها به صورت منطقی کمک می‌کنند و درک و مدیریت آن‌ها را آسان‌تر می‌سازند.
* **قابلیت استفاده مجدد:** ساختارهای داده اغلب به صورت کتابخانه‌ها یا ماژول‌ها پیاده‌سازی می‌شوند، که می‌توان آن‌ها را در برنامه‌های مختلف مورد استفاده مجدد قرار داد.
* **بهینه‌سازی حافظه:** برخی از ساختارهای داده در مقایسه با سایرین از حافظه کمتری استفاده می‌کنند. انتخاب ساختار داده مناسب می‌تواند مصرف حافظه یک برنامه را بهینه کند.

**انواع اصلی ساختارهای داده:**

ساختارهای داده را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد:

1. **ساختارهای داده خطی (Linear Data Structures):** در این نوع ساختارها، عناصر به صورت خطی و پشت سر هم در حافظه قرار می‌گیرند.
* **آرایه (Array):** مجموعه‌ای از عناصر هم‌نوع که در خانه‌های متوالی حافظه ذخیره می‌شوند.
* **لیست پیوندی (Linked List):** مجموعه‌ای از گره‌ها که هر گره شامل داده و یک اشاره‌گر به گره بعدی است.
* **پشته (Stack):** یک ساختار LIFO (Last-In, First-Out) که عناصر در بالای پشته اضافه و حذف می‌شوند.
* **صف (Queue):** یک ساختار FIFO (First-In, First-Out) که عناصر از یک طرف اضافه و از طرف دیگر حذف می‌شوند.

2. **ساختارهای داده غیرخطی (Non-Linear Data Structures):** در این نوع ساختارها، عناصر به صورت غیرخطی به هم مرتبط می‌شوند.
* **درخت (Tree):** یک ساختار سلسله مراتبی که از یک گره ریشه (Root) تشکیل شده است و گره‌های دیگر به صورت شاخه‌ها به آن متصل می‌شوند.
* **گراف (Graph):** مجموعه‌ای از گره‌ها (Vertices) و یال‌ها (Edges) که گره‌ها را به هم متصل می‌کنند.
* **هَش‌تِیبل (Hash Table):** یک ساختار داده که امکان دسترسی سریع به عناصر را بر اساس کلید فراهم می‌کند.

**مثال‌ها:**

* **آرایه:** برای ذخیره لیستی