Structure de données
Une structure de données est un format spécial destiné à organiser, traiter, extraire et stocker des données. S’il existe plusieurs types de structures plus ou moins complexes, tous visent à organiser les données pour répondre à un besoin précis, afin de pouvoir y accéder et les traiter de façon appropriée.
En programmation informatique, une structure de données peut être sélectionnée ou conçue pour stocker des données de manière à pouvoir manipuler ces dernières à l’aide de plusieurs algorithmes. Chaque structure de données contient des informations sur la valeur des données, les relations entre elles et les fonctions applicables.
Caractéristiques des structures de données
Les structures de données sont souvent classées d’après leurs caractéristiques :
- Linéaires ou non linéaires : cette caractéristique indique si les éléments de données sont organisés chronologiquement, comme dans un tableau, ou de façon non ordonnée, comme dans un graphe.
- Homogènes ou non homogènes : cette caractéristique indique si tous les éléments de données d’un référentiel spécifique sont du même type ou de types différents.
- Statiques ou dynamiques : cette caractéristique décrit la façon dont les structures de données sont compilées. Les structures statiques présentent des tailles, des structures et des emplacements de mémoire fixes au moment de la compilation. Dans une structure de données dynamique, en revanche, la taille, les structures et les emplacements de mémoire peuvent diminuer ou s’agrandir, selon l’utilisation qui en est faite.
Types de structures de données
Le type d’une structure de données est déterminé par le type d’opération requis ou par les algorithmes qui seront appliqués. Les types possibles sont les suivants :
- Tableau. Un tableau stocke un ensemble d’éléments dans des emplacements de mémoire contigus. Les éléments de même type sont stockés ensemble afin de faciliter le calcul de leur emplacement ou leur extraction. La longueur d’un tableau peut être fixe ou variable.
- Pile. Une pile stocke un ensemble d’éléments en suivant l’ordre linéaire dans lequel les opérations sont appliquées. Par exemple, dernier entré, premier sorti (LIFO, Last In First Out) ou premier entré, premier sorti (FIFO, First In First Out).
- File. Une file stocke un ensemble d’éléments de façon similaire à une pile, mais l’ordre des opérations ne peut être que de type premier entré, premier sorti.
- Liste chaînée. Une liste chaînée stocke un ensemble d’éléments de façon linéaire. Chaque élément ou nœud d’une liste chaînée contient un élément de données ainsi qu’une référence, ou lien, vers l’élément suivant de la liste.
- Arbre. Un arbre stocke un ensemble d’éléments sous une forme hiérarchique abstraite. Chaque nœud est relié aux autres et peut contenir plusieurs sous-valeurs appelées enfants.
- Graphe. Un graphe stocke un ensemble d’éléments de façon non linéaire. Il se compose d’un ensemble fini de nœuds, appelés sommets, et de lignes, les arêtes, qui relient les sommets entre eux. Les graphes permettent notamment de représenter des systèmes réels, comme des réseaux informatiques.
- Trie. Un trie est une structure de données qui stocke des chaînes en tant qu’éléments de données pouvant être représentés visuellement sous forme graphique.
- Table de hachage. Une table de hachage stocke un ensemble d’éléments dans un tableau associatif qui fait correspondre des clés à des valeurs. Cette structure utilise une fonction de hachage pour convertir un indice en tableau dont les alvéoles contiennent l’élément de données souhaité.
Il s’agit là de structures de données dites complexes, car elles permettent de stocker de grandes quantités de données interconnectées. Les entiers (Integer), les valeurs flottantes (Float), les valeurs booléennes (Boolean) et les caractères (Character) sont des exemples de structures de données élémentaires, ou primitives.
Utilisation des structures de données
En règle générale, les structures de données servent à mettre en œuvre les formes physiques de types de données abstraits. Cela peut donner lieu à une multitude d’applications, comme l’affichage d’une base de données relationnelle sous forme d’arbre binaire.
Dans les langages de programmation, les structures de données permettent d’organiser le code et les informations dans l’espace numérique. Par exemple, les listes et les dictionnaires Python, ou les tableaux et objets JavaScript sont des structures de codage couramment utilisées pour stocker et récupérer des informations. Les structures de données constituent également un élément essentiel dans la conception de logiciels efficaces.
Importance des structures de données
Les structures de données sont indispensables pour gérer efficacement de grandes quantités de données, comme les informations stockées dans une base de données ou des services d’indexation. La bonne gestion d’un système de données exige la capacité d’identifier la mémoire allouée, les relations entre les données et les processus de données. Or, les structures de données facilitent ces opérations.
Par ailleurs, non seulement il est important d’utiliser des structures de données, mais il est également indispensable de choisir la structure adaptée à chaque tâche. Choisir une structure de données universelle pourrait entraîner un ralentissement des temps de traitement ou une absence de réponse du code. Plusieurs facteurs sont à prendre en compte lors du choix d’une structure de données : le type d’information qui sera stocké, l’emplacement de stockage des données existantes, le mode de stockage des données, et la quantité de mémoire à réserver aux données.
