هياكل البيانات من المصطلحات الأساسية في علوم الحاسب التي يجب على من يريد تعلم مجال البرمجة أن يكون على دراية كاملة بمفهومها ومدى أهميتها في بناء التطبيقات المختلفة والفرق بينها وبين أنواع البيانات. ومن خلال مقالنا سوف نتعرف على أهمية هيكل البيانات وأنواعه، كما سنتعرف على الفرق بينها وبين أنواع البيانات.

ما هي هياكل البيانات؟

هياكل البيانات هي الطريقة التي يتم على أساسها تخزين المعلومات المختلفة في أجهزة الحاسوب الالي. حيث يسهل هيكل البيانات استدعاء أي بيانات بعد ذلك عند الحاجة إليها في عمل الأكواد البرمجية بسبب الطريقة المنظمة المتبعة في تخزينها. حيث أنه لا يمكن أن تتم أي من عمليات تحليل البيانات أو العمليات البرمجية عند استخدام بيانات غير منظمة.

 يستخدم المبرمج هيكل البيانات في حل المشكلات التي تظهر أثناء عملية البرمجة. ولكل مشكلة برمجية هيكل بيانات خاص بها يستخدم لحلها، ولذلك يوجد أكثر من نوع هيكل بيانات. إذاً فإن هياكل البيانات من أساسيات علوم الحاسب وتستخدم مع الكثير من النظم البرمجية.

أهمية هياكل البيانات 

ظهرت العديد من التطبيقات مؤخراً بسبب الطفرة التكنولوجية التي حدثت في الآونة الأخيرة. لذلك أصبح من الصعب معالجة هذا الكم الضخم من البيانات مرة واحدة.

وبالتالي ظهرت هياكل البيانات ليتم تنظيم عملية تسجيل هذه البيانات ومعالجتها واستدعائها عند الحاجة بكل سهولة. ويعمل هيكل البيانات بمثابة الوعاء الذي يتم فيه تخزين المعلومات. مما يوفر الكثير من الوقت والجهد الذي يمكن إهداره في البحث في هذا الكم من البيانات.

على سبيل المثال تشبه عملية تخزين البيانات في هيكل البيانات ترتيب الأمور الحياتية التي تحدث بشكل يومي. فلنفترض أن البيانات هي الملابس فإذا قمنا بتخزين الملابس بطريقة عشوائية جميعها في مكان واحد فعند البحث عن بنطال أو أي من الملابس الأخرى سوف يستغرق وقت أطول في البحث عنه والوصول إليه.

وعلى عكس ما يحدث عند تنظيم هذه الملابس في أقسام داخل الدولاب فهذه الحالة سوف يتم الوصول إلى الملابس بشكل أسرع وأسهل. وهذا ما يحدث بالفعل في عملية تخزين البيانات داخل هيكل البيانات. حيث يوجد العديد من الهياكل وكل منها يقوم بتخزين نوع معين من المعلومات. 

يمكنك أيضاً قراءة: تخيل لو كان بإمكانك قراءة المستقبل؟ مع مجال تحليل البيانات، هذا ممكن

الفرق بين أنواع البيانات وهياكل البيانات

لا يوجد فرق كبير بين أنواع البيانات وهيكل البيانات. حيث أن أنواع البيانات تمثل طبيعة البيانات بينما هيكل البيانات هو المكان الخاص بتخزين هذه البيانات. وفي النقاط التالية سوف نعرض أهم الفروق التي توجد بينهم:

• قد تكون البيانات المُراد تخزينها أرقام سوف تُجرى عليها العمليات الرياضية أو عبارات نصية تحتاج إلى معالجة. ويتم تخزين هذه البيانات في هيكل البيانات بناءً على العمليات التي سوف تُجرى عليها.

• نوع البيانات يأخذ شكل مجرد فقط على عكس هيكل البيانات الذي يأخذ شكل تنفيذي يقوم على أساس تحديد كمية البيانات ونوعها والتصميم الذي يحتاج إليه المبرمج.

• نوع البيانات لا يمثل أهمية كبيرة في عملية التخزين في حين يمكن لهيكل البيانات أن يحتفظ بأكثر من نوع بيانات في آن واحد وبطريقة منظمة جداً.

• عامل الوقت مهم جداً عند تخزين البيانات في هيكل البيانات ولكن ليس ضرورياً عند التعامل مع أنواع البيانات.

تطبيقات هيكل البيانات

تعتمد التطبيقات باختلاف أنواعها على هيكل البيانات في برمجتها من الأساس بطريقة تساعدها على الوصول إلى أهدافها عند مستخدميها. ومن أمثلة هذه التطبيقات:

• تنظيم البيانات.
• محرك البحث.
• مولد الأعداد العشوائية.
• برنامج zip لضغط الملفات.
• مدير الملفات.

أنواع هيكل البيانات في لغات البرمجة

يوجد قسمين رئيسين من هياكل البيانات، وكل قسم يحتوي على عدة أنواع كما هو موضح في الجدول التالي:

لماذا ندرس هيكل البيانات؟

تتزايد المشاكل التقنية التي تواجه المبرمجين بشكل مستمر. ويتطلب حل هذه المشاكل توفر عدد كبير من الأجهزة والتطبيقات الاحترافية. ولكن مع هياكل البيانات أصبح حل هذه المشاكل سهل للغاية.

حيث يمكن حفظ كمية هائلة من المعلومات بها. ويتوفر أكثر من نوع هيكل بيانات لحل كافة المشاكل التقنية والبرمجية التي يمكن أن تحدث.

يساعد هيكل البيانات على حفظ البيانات بطريقة منظمة. وتتطلب عملية الحفظ عنصرين أساسين هما المساحة التي سوف يتم تخزين المعلومات بها وزمن التنفيذ.

حيث تؤثر عملية تخزين البيانات على الخوارزميات بشكل كبير جداً فعند اختيار هيكل بيانات غير مناسب للمعلومات المُراد تخزينها فإن هذا يؤدي إلى بناء خوارزميات أكثر تعقيداً، على عكس ما يحدث عند استخدام هيكل بيانات مناسب فإن هذا يؤدي إلى بناء خوارزميات أسهل بكثير.

لذلك يجب من البداية اختيار هيكل بيانات مناسب لذلك يقوم المبرمجين أولاُ بتحليل المشكلات التي تواجههم لتحديد حجم مساحة التخزين والوقت المستغرق في عملية التشغيل.

يمكنك أيضاً قراءة: مهارة تعلم اللغات و 4 مهارات أساسية تساعدك في تعلم لغة جديدة

أهمية هيكل البيانات في البرمجة

تمثل هياكل البيانات أهمية كبيرة جداً في بناء العمليات البرمجية حيث تقوم بحل جميع المشكلات التقنية وتساهم في بناء وتطوير الكثير من البرامج والتطبيقات الناجحة والكثير من الأسباب الأخرى التي جعلت من هيكل البيانات عنصر أساسي في علم الحاسوب ويجب على المبرمجين دراسته. ومن أبرز هذه الأسباب:

• تساعد هياكل البيانات في تنظيم البيانات بطريقة منظمة وسريعة. حيث توفر العديد من الطرق التي يمكن بها تخزين البيانات وفقاً للاحتياجات مما يسهل عملية استدعائها في وقت سريع جداً عند بناء الخوارزميات البرمجية لأي من التطبيقات.

•  يمكن للمبرمجين البحث في البيانات المخزنة أو إضافة أي تعديلات جديدة عليها سواء كانت بإدخال بيانات جديدة أو حذف بيانات أو تحديثها بكل سهولة. مما يوفر الكثير من الوقت والجهد الذي يمكن إهداره في البحث في أكوام من البيانات المخزنة خارج هيكل البيانات بطريقة غير منظمة.

• تساهم في تحسين عملية استخدام موارد الحاسوب فهي تحافظ على الذاكرة من خلال تخزين البيانات بها بشكل منظم وسريع جداً دون استهلاك مساحات كبيرة من ذاكرة الجهاز.

• تستخدم في حل الكثير من المشاكل التقنية المعقدة التي تظهر أمام المبرمجين أثناء برمجة التطبيقات ومواقع الويب المختلفة.

• تعمل على تحسين أداء البرامج حيث تقلل من المساحة والوقت المستغرق في بنائها. وبالتالي فهي تزيد من سرعة استخدام هذه البرامج.

الخاتمة

إلى هنا نكون قد تعرفنا على هياكل البيانات ومدى أهميتها في تنظيم الكثير من العمليات البرمجية وبناء التطبيقات. كما وضحنا لكم أنواع هيكل البيانات والفرق بينه وبين نوع البيانات.