Структуры данных

При любом методе отображения предметной области в машинных базах данных в основе отображения лежит фиксация (кодирование) понятий и отношений между понятиями. Абстрактное понятие структуры ближе всего к так называемой концептуальной модели предметной среды и часто лежит в основе последней.

Понятие структуры используется на всех уровнях представления предметной области и реализуется как:

•структура информации — схематичная форма представления сложных композиционных объектов и связей реальной предметной области, выделяемых как актуально необходимые для решения прикладных задач;

•структура данных — атрибутивная форма представления свойств и связей предметной области, ориентированная на выражение описания данных средствами формальных языков (т. е. учитывающая возможности и ограничения конкретных средств с целью сведения описаний к стандартным типам и регулярным связям);

•структура записей — целесообразная (учитывающая особенности физической среды) реализация способов хранения данных и организации доступа к ним как на уровне отдельных записей,

так и их элементов (с целью определения основных и вспомогательных функциональных массивов, а также совокупности унифицированных процедур манипулирования данными).

Структура является общепринятым и удобным инструментом, одинаково эффективно используемым как на уровне сознания человека при работе с абстрактными понятиями, так и на уровне логики машинных алгоритмов. Структура позволяет простыми способами свести многомерность содержательного описания к линейной последовательности записей. Именно это позволяет формализовать на общей понятийной основе взаимосвязь представлений информации в разных средах: обеспечить контролируемое сведение бесконечного разнообразия объектов и видов взаимосвязей реального мира к жестко детерминированному описанию — совокупности двоичных данных и машинно-ориентированных алгоритмов их обработки.

Выделение трех видов структур, относящихся к представлению объектов предметной области, имеет, в некотором смысле, принципиальный характер.

Структура информации — это неотъемлемое свойство информации (сведений, сигналов, воспринимаемых субъектом) онекоторой совокупности объектов предметной области в контексте практической задачи (решаемой субъектом), в общем случае без учета того, будут ли для ее решения использованы средства программирования и вычислительные машины. Структурирование информации осуществляется системным аналитиком и сводится к выделению операционных объектов и определению их характеристических свойств и взаимосвязей.

Структура данных — это определение информационных массивов (состава и взаимосвязей данных на логическом уровне, соответствующих характеру информации и видам соответствующих преобразований). При определении структур данных необходимо не только установить состав массива, но и определить оптимальную их взаимосвязь (и, соответственно, определить критерии и методы оценки эффективности), например, выделение групп или агрегатов, имеющих иерархическую идентификацию. Эффективность в этом случае связывается с процессом построения программы («решателя» прикладной задачи) и, в каком-то смысле — с эффективностью работы программиста. Например, при функциональной обработке массива необходимо обращаться к отдельным элементам, в то время как в операциях присваивания или при записи массива в файл поэлементное обращение приведет к увеличению размера текста программы, а в ряде случаев — к увеличению времени выполнения.

Структура записи — это определение структуры физической памяти: выделение, освобождение и защита областей физического носителя, способы адресации и пересылки. Эффективность в этом случае связывается с процессами обмена между устройствами оперативной и внешней памяти, искусственно вводимой для обеспечения функциональной эффективности отдельных операций (например, поиска по ключам) посредством избыточности данных.

Рассмотрим разновидности и типологию «компьютерных» логических структур данных с точки зрения особенности их организации. Структура здесь в первую очередь определяет алгоритм выборки отдельных элементов данных, но в то же время необходимо отметить, что она отражает и особенности «технологии» организации и обработки информации, свойственные человеку в его повседневной деятельности.

Физически понятию структура соответствует запись данных. Запись — это упорядоченная в соответствии с характером взаимосвязей совокупность полей (элементов) данных, размещаемых в памяти в соответствии с их типом". Поле представляет собой минимальную адресуемую (идентифицируемую) часть памяти — единицу данных, на которую можно ссылаться при обращении к данным.

Таким образом, структура данных — это способ отображения значений в памяти: размер области и порядок ее выделения (который и определит характер процедуры адресации/выборки). Зачастую именно успешность структурирования данных определяет сложность процедур их обработки [2].

Классификация структур данных должна проводиться с двух точек зрения.

1. По характеру взаимосвязи элементов структуры (с точки зрения порядка их размещения/выборки) виды структур можно разделить на линейные и нелинейные.

2. По характеру информации, представляемой структурой (с точки зрения однородности и «элементарности» типов данных, отражающих понятийную структуру предметной области) — на однородные структуры, где все элементы находятся на одном понятийном уровне и имеют один тип данных, и неоднородные (композиционные), где элементы относятся к нескольким понятийным уровням или имеют разную природу.