Tipus de dades abstractes
An Tipus de dades abstractes (ADT) és un model conceptual que defineix un conjunt d'operacions i comportaments per a una estructura de dades sense especificar com s'executen aquestes operacions o com s'organitzen les dades a la memòria. La definició d'ADT només esmenta què s'han de realitzar operacions però no com aquestes operacions es portaran a terme. No especifica com s'organitzaran les dades a la memòria i quins algorismes s'utilitzaran per implementar les operacions. S'anomena "abstracte" perquè proporciona una visió independent de la implementació.
El procés de proporcionar només l'essencial i ocultar els detalls es coneix com a abstracció.
Característiques de l'ADT
Els tipus de dades abstractes (ADT) són una manera d'encapsular dades i operacions sobre aquestes dades en una única unitat. Algunes de les característiques clau dels ADT inclouen:
- Abstracció: L'usuari no necessita conèixer la implementació de l'estructura de dades, només es proporcionen els elements essencials.
- Millor conceptualització: L'ADT ens ofereix una millor conceptualització del món real.
- Robusta: El programa és robust i té la capacitat de detectar errors.
- Encapsulació : els ADT amaguen els detalls interns de les dades i proporcionen una interfície pública perquè els usuaris puguin interactuar amb les dades. Això facilita el manteniment i la modificació de l'estructura de dades.
- Abstracció de dades : els ADT proporcionen un nivell d'abstracció dels detalls d'implementació de les dades. Els usuaris només necessiten saber les operacions que es poden realitzar amb les dades, no com s'implementen aquestes operacions.
- Independència de l'estructura de dades : els ADT es poden implementar utilitzant diferents estructures de dades com ara matrius o llistes enllaçades sense afectar la funcionalitat de l'ADT.
- Ocultació d'informació: Els ADT poden protegir la integritat de les dades permetent l'accés només als usuaris i operacions autoritzats. Això ajuda a prevenir errors i mal ús de les dades.
- Modularitat : els ADT es poden combinar amb altres ADT per formar estructures de dades més grans i complexes. Això permet una major flexibilitat i modularitat en la programació.
En general, els ADT proporcionen una eina poderosa per organitzar i manipular dades d'una manera estructurada i eficient.
Aquesta imatge demostra com un tipus de dades abstractes (ADT) amaga estructures de dades internes (com ara llistes enllaçades matrius) mitjançant funcions públiques i privades que exposaran només una interfície definida al programa d'aplicació.
Per què utilitzar ADT?
A continuació s'enumeren els motius principals per utilitzar ADT a Java:
- Encapsulació: Amaga detalls complexos d'implementació darrere d'una interfície neta.
- Reutilitzabilitat : permet diferents implementacions internes (per exemple, matriu o llista enllaçada) sense canviar l'ús extern.
- Modularitat: Simplifica el manteniment i les actualitzacions separant la lògica.
- Seguretat: Protegeix les dades evitant l'accés directe minimitzant errors i canvis no desitjats.
Exemple d'abstracció
Per exemple, utilitzem valors primitius com int float i char entenent que aquests tipus de dades poden funcionar i executar-se sense cap coneixement dels detalls de la seva implementació. Els ADT funcionen de manera similar definint quines operacions són possibles sense detallar la seva implementació.
Diferència entre ADT i UDT
La taula següent mostra la diferència entre ADT i UDT.
Aspecte | Tipus de dades abstractes (ADT) | Tipus de dades definits per l'usuari (UDT) |
|---|---|---|
| Definició | Defineix una classe d'objectes i les operacions que es poden realitzar sobre ells juntament amb el seu comportament esperat (semàntica), però sense especificar els detalls de la implementació. | Un tipus de dades personalitzat creat combinant o ampliant els tipus primitius existents especificant tant l'estructura com les operacions. |
| Focus | Quines operacions es permeten i com es comporten sense dictar com s'implanten. | Com s'organitzen les dades a la memòria i com s'executen les operacions. |
| Propòsit | Proporciona un model abstracte per definir estructures de dades d'una manera conceptual. | Permet als programadors crear implementacions concretes d'estructures de dades utilitzant tipus primitius. |
| Detalls d'implementació | No especifica com s'implementen les operacions ni com s'estructuren les dades. | Especifica com crear i organitzar els tipus de dades per implementar l'estructura. |
| Ús | S'utilitza per dissenyar i conceptualitzar estructures de dades. | S'utilitza per implementar estructures de dades que realitzen els conceptes abstractes definits per ADT. |
| Exemple | Llista ADT Pila ADT Cua ADT. | Estructures classes enumeracions registres. |
Exemples d'ADT
Ara entenem tres ADT comuns: Llista ADT ADT de pila i ADT de cua.
1. Llista ADT
La llista ADT (Tipus de dades abstractes) és una col·lecció seqüencial d'elements que admet un conjunt d'operacions sense especificar la implementació interna . Proporciona una manera ordenada d'emmagatzemar l'accés i modificar les dades.
Vies de llista Operacions:
L'ADT de llista ha d'emmagatzemar les dades requerides a la seqüència i ha de tenir les operacions següents :
- obtenir(): Retorna un element de la llista en una posició determinada.
- inserir(): Insereix un element en qualsevol posició de la llista.
- eliminar(): Elimina la primera ocurrència de qualsevol element d'una llista no buida.
- removeAt(): Elimina l'element en una ubicació especificada d'una llista no buida.
- substituir(): Substituïu un element en qualsevol posició per un altre.
- mida (): Retorna el nombre d'elements de la llista.
- isEmpty(): Retorna true si la llista està buida; en cas contrari retorna fals.
- isFull(): Retorna true si la llista està plena, en cas contrari retorna false. Només aplicable en implementacions de mida fixa (p. ex., llistes basades en matrius).
2. Pila ADT
El Stack ADT és una estructura de dades lineal que segueix el principi LIFO (Last In First Out). Permet afegir i eliminar elements només d'un extrem anomenat la part superior de la pila.
Vista de la pila Operacions:
A Stack ADT, l'ordre d'inserció i supressió hauria de ser segons el principi FILO o LIFO. Els elements s'insereixen i s'eliminen del mateix extrem anomenat la part superior de la pila. També ha de donar suport a les operacions següents:
- push(): Inseriu un element en un extrem de la pila anomenat la part superior.
- pop(): Traieu i torneu l'element a la part superior de la pila si no està buit.
- peek(): Torna l'element a la part superior de la pila sense treure'l si la pila no està buida.
- mida (): Retorna el nombre d'elements de la pila.
- isEmpty(): Retorna true si la pila està buida; en cas contrari retorna fals.
- isFull(): Retorna true si la pila està plena; en cas contrari retorna fals. Només rellevant per a piles de capacitat fixa (p. ex., basades en matrius).
3. Cua ADT
Queue ADT és una estructura de dades lineal que segueix el principi FIFO (First In First Out). Permet inserir elements en un extrem (darrera) i treure de l'altre extrem (davant).
Vista de la cua Operacions:
El Queue ADT segueix un disseny similar al Stack ADT, però l'ordre d'inserció i supressió canvia a FIFO. Els elements s'insereixen en un extrem (anomenat posterior) i s'eliminen de l'altre extrem (anomenat davant). Ha de donar suport a les operacions següents:
- cua(): Insereix un element al final de la cua.
- en conseqüència (): Traieu i retorneu el primer element de la cua si la cua no està buida.
- peek(): Retorna l'element de la cua sense eliminar-lo si la cua no està buida.
- mida (): Retorna el nombre d'elements de la cua.
- isEmpty(): Retorna true si la cua està buida; en cas contrari retorna fals.
Avantatges i desavantatges de l'ADT
Els tipus de dades abstractes (ADT) tenen diversos avantatges i desavantatges que s'han de tenir en compte a l'hora de decidir utilitzar-los en el desenvolupament de programari. Aquests són alguns dels principals avantatges i desavantatges de l'ús d'ADT:
Avantatge:
Els avantatges es detallen a continuació:
- Encapsulació : els ADT ofereixen una manera d'encapsular dades i operacions en una única unitat, facilitant la gestió i la modificació de l'estructura de dades.
- Abstracció : Els ADT permeten als usuaris treballar amb estructures de dades sense haver de conèixer els detalls de la implementació, cosa que pot simplificar la programació i reduir els errors.
- Independència de l'estructura de dades : els ADT es poden implementar mitjançant diferents estructures de dades que poden facilitar l'adaptació a les necessitats i requisits canviants.
- Ocultació d'informació : els ADT poden protegir la integritat de les dades controlant l'accés i evitant modificacions no autoritzades.
- Modularitat : els ADT es poden combinar amb altres ADT per formar estructures de dades més complexes que poden augmentar la flexibilitat i la modularitat en la programació.
Inconvenients:
Els desavantatges s'enumeren a continuació:
- Per sobre : La implementació d'ADT pot afegir sobrecàrrec en termes de memòria i processament que pot afectar el rendiment.
- Complexitat : els ADT poden ser complexos d'implementar, especialment per a estructures de dades grans i complexes.
- Aprenentatge Corba: l'ús d'ADT requereix coneixement de la seva implementació i ús, que pot requerir temps i esforç per aprendre.
- Flexibilitat limitada: Alguns ADT poden tenir una funcionalitat limitada o no ser adequats per a tot tipus d'estructures de dades.
- Cost : La implementació d'ADT pot requerir recursos i inversió addicionals que poden augmentar el cost del desenvolupament.
