TIPOS DE DADOS ABSTRATOS

Um Tipo de dados abstrato (ADT) é um modelo conceitual que define um conjunto de operações e comportamentos para uma estrutura de dados sem especificar como essas operações são implementadas ou como os dados são organizados na memória. A definição de ADT apenas menciona o que operações devem ser realizadas mas não como essas operações serão implementadas. Não especifica como os dados serão organizados na memória e quais algoritmos serão utilizados para implementar as operações. É chamado de 'abstrato' porque fornece uma visão independente da implementação.

O processo de fornecer apenas o essencial e ocultar os detalhes é conhecido como abstração.

Recursos do ADT

Os tipos de dados abstratos (ADTs) são uma forma de encapsular dados e operações nesses dados em uma única unidade. Alguns dos principais recursos dos ADTs incluem:

Abstração: O usuário não precisa conhecer a implementação da estrutura de dados, apenas o essencial é fornecido.
Melhor conceituação: ADT nos dá uma melhor conceituação do mundo real.
Robusto: O programa é robusto e tem a capacidade de detectar erros.
Encapsulamento : os ADTs ocultam os detalhes internos dos dados e fornecem uma interface pública para os usuários interagirem com os dados. Isso permite uma manutenção e modificação mais fáceis da estrutura de dados.
Abstração de dados : os ADTs fornecem um nível de abstração dos detalhes de implementação dos dados. Os usuários só precisam saber as operações que podem ser executadas nos dados e não como essas operações são implementadas.
Independência da estrutura de dados : os ADTs podem ser implementados usando diferentes estruturas de dados, como matrizes ou listas vinculadas, sem afetar a funcionalidade do ADT.
Ocultação de informações: Os ADTs podem proteger a integridade dos dados, permitindo acesso apenas a usuários e operações autorizados. Isso ajuda a evitar erros e uso indevido dos dados.
Modularidade : ADTs podem ser combinados com outros ADTs para formar estruturas de dados maiores e mais complexas. Isso permite maior flexibilidade e modularidade na programação.

Em geral, os ADTs fornecem uma ferramenta poderosa para organizar e manipular dados de maneira estruturada e eficiente.

Esta imagem demonstra como um tipo de dados abstrato (ADT) oculta estruturas de dados internas (como listas vinculadas de arrays) usando funções públicas e privadas, expondo apenas uma interface definida para o programa aplicativo.

Tipos de dados abstratos

Por que usar ADTs?

Os principais motivos para usar ADTs em Java estão listados abaixo:

Encapsulamento: Oculta detalhes complexos de implementação por trás de uma interface limpa.
Reutilização : permite diferentes implementações internas (por exemplo, array ou lista vinculada) sem alterar o uso externo.
Modularidade: Simplifica a manutenção e atualizações separando a lógica.
Segurança: Protege os dados impedindo o acesso direto, minimizando bugs e alterações não intencionais.

Exemplo de abstração

Por exemplo, usamos valores primitivos como int float e char com o entendimento de que esses tipos de dados podem operar e ser executados sem qualquer conhecimento dos detalhes de sua implementação. ADTs operam de forma semelhante, definindo quais operações são possíveis sem detalhar sua implementação.

Diferença entre ADTs e UDTs

A tabela abaixo demonstra a diferença entre ADTs e UDTs.

Aspecto	Tipos de dados abstratos (ADTs)	Tipos de dados definidos pelo usuário (UDTs)
Definição	Define uma classe de objetos e as operações que podem ser realizadas neles juntamente com seu comportamento esperado (semântica), mas sem especificar detalhes de implementação.	Um tipo de dados personalizado criado pela combinação ou extensão de tipos primitivos existentes, especificando estrutura e operações.
Foco	Quais operações são permitidas e como elas se comportam sem ditar como serão implementadas.	Como os dados são organizados na memória e como as operações são executadas.
Propósito	Fornece um modelo abstrato para definir estruturas de dados de forma conceitual.	Permite que os programadores criem implementações concretas de estruturas de dados usando tipos primitivos.
Detalhes de implementação	Não especifica como as operações são implementadas ou como os dados são estruturados.	Especifica como criar e organizar tipos de dados para implementar a estrutura.
Uso	Usado para projetar e conceituar estruturas de dados.	Usado para implementar estruturas de dados que realizam os conceitos abstratos definidos pelos ADTs.
Exemplo	Lista ADT Pilha ADT Fila ADT.	Estrutura registros de enumerações de classes.

Exemplos de ADTs

Agora vamos entender três ADTs comuns: List ADT Stack ADT e Queue ADT.

1. Listar ADT

A Lista ADT (Abstract Data Type) é uma coleção sequencial de elementos que suporta um conjunto de operações sem especificar a implementação interna . Ele fornece uma maneira ordenada de armazenar acesso e modificar dados.

Vies da lista

Operações:

A Lista ADT precisa armazenar os dados necessários na sequência e deve ter as seguintes operações :

pegar(): Retorna um elemento da lista em qualquer posição.
inserir(): Insira um elemento em qualquer posição da lista.
remover(): Remova a primeira ocorrência de qualquer elemento de uma lista não vazia.
removerAt(): Remova o elemento em um local especificado de uma lista não vazia.
substituir(): Substitua um elemento em qualquer posição por outro elemento.
tamanho(): Retorne o número de elementos da lista.
estáVazio(): Retorne verdadeiro se a lista estiver vazia; caso contrário, retorne falso.
isFull(): Retorne verdadeiro se a lista estiver cheia, caso contrário, retorne falso. Aplicável apenas em implementações de tamanho fixo (por exemplo, listas baseadas em array).

2. Pilha ADT

O Stack ADT é uma estrutura de dados linear que segue o princípio LIFO (Last In First Out). Ele permite que elementos sejam adicionados e removidos apenas de uma extremidade chamada topo da pilha.

Vista da pilha

Operações:

No Stack ADT a ordem de inserção e exclusão deve estar de acordo com o Princípio FILO ou LIFO. Os elementos são inseridos e removidos da mesma extremidade chamada topo da pilha. Deve também apoiar as seguintes operações:

empurrar(): Insira um elemento em uma extremidade da pilha chamada topo.
pop(): Remova e retorne o elemento no topo da pilha se não estiver vazio.
espiar(): Retorne o elemento no topo da pilha sem removê-lo se a pilha não estiver vazia.
tamanho(): Retorne o número de elementos na pilha.
estáVazio(): Retorna verdadeiro se a pilha estiver vazia; caso contrário, retorne falso.
isFull(): Retorna verdadeiro se a pilha estiver cheia; caso contrário, retorne falso. Relevante apenas para pilhas de capacidade fixa (por exemplo, baseadas em array).

3. Fila ADT

O Queue ADT é uma estrutura de dados linear que segue o princípio FIFO (First In First Out). Permite que elementos sejam inseridos em uma extremidade (traseira) e removidos na outra extremidade (frontal).

Visualização da fila

Operações:

O Queue ADT segue um design semelhante ao Stack ADT, mas a ordem de inserção e exclusão muda para FIFO. Os elementos são inseridos em uma extremidade (chamada traseira) e removidos da outra extremidade (chamada frontal). Deve suportar as seguintes operações:

enfileirar(): Insira um elemento no final da fila.
de acordo(): Remova e retorne o primeiro elemento da fila se a fila não estiver vazia.
espiar(): Retorne o elemento da fila sem removê-lo se a fila não estiver vazia.
tamanho(): Retorne o número de elementos na fila.
estáVazio(): Retorne verdadeiro se a fila estiver vazia; caso contrário, retorne falso.

Vantagens e desvantagens do ADT

Os tipos de dados abstratos (ADTs) apresentam diversas vantagens e desvantagens que devem ser consideradas ao decidir utilizá-los no desenvolvimento de software. Aqui estão algumas das principais vantagens e desvantagens do uso de ADTs:

Vantagem:

As vantagens estão listadas abaixo:

Encapsulamento : os ADTs fornecem uma maneira de encapsular dados e operações em uma única unidade, facilitando o gerenciamento e a modificação da estrutura de dados.
Abstração : os ADTs permitem que os usuários trabalhem com estruturas de dados sem precisar conhecer os detalhes de implementação, o que pode simplificar a programação e reduzir erros.
Independência da estrutura de dados : As ADT podem ser implementadas utilizando diferentes estruturas de dados, o que pode facilitar a adaptação às novas necessidades e requisitos.
Ocultação de informações : os ADTs podem proteger a integridade dos dados controlando o acesso e evitando modificações não autorizadas.
Modularidade : Os ADTs podem ser combinados com outros ADTs para formar estruturas de dados mais complexas que podem aumentar a flexibilidade e modularidade na programação.

Desvantagens:

As desvantagens estão listadas abaixo:

Despesas gerais : a implementação de ADTs pode adicionar sobrecarga em termos de memória e processamento, o que pode afetar o desempenho.
Complexidade : ADTs podem ser complexos de implementar, especialmente para estruturas de dados grandes e complexas.
Aprendizado Curva: O uso de ADTs requer conhecimento de sua implementação e uso, o que pode levar tempo e esforço para aprender.
Flexibilidade Limitada: Alguns ADTs podem ter funcionalidade limitada ou não ser adequados para todos os tipos de estruturas de dados.
Custo : A implementação de ADT pode exigir recursos e investimentos adicionais que podem aumentar o custo do desenvolvimento.