Ан Абстрактен тип данни (ADT) е концептуален модел, който дефинира набор от операции и поведения за структура от данни без да се уточнява как се изпълняват тези операции или как данните са организирани в паметта. Дефиницията на ADT само споменава какво трябва да се извършват операции но не как тези операции ще бъдат изпълнени. Не се уточнява как данните ще бъдат организирани в паметта и какви алгоритми ще се използват за изпълнение на операциите. Нарича се „абстрактно“, защото предоставя независим от изпълнението изглед.

Процесът на предоставяне само на най-важното и скриване на детайлите е известен като абстракция.

Характеристики на ADT

Абстрактните типове данни (ADT) са начин за капсулиране на данни и операции върху тези данни в една единица. Някои от основните характеристики на ADT включват:

• Абстракция: Потребителят не е необходимо да знае изпълнението на структурата от данни, предоставени са само основните неща.
• По-добра концептуализация: ADT ни дава по-добра концептуализация на реалния свят.
• Здрав: Програмата е стабилна и има способността да улавя грешки.
• Капсулиране : ADT скриват вътрешните детайли на данните и предоставят публичен интерфейс за потребителите да взаимодействат с данните. Това позволява по-лесна поддръжка и модифициране на структурата на данните.
• Абстракция на данни : ADT осигуряват ниво на абстракция от подробностите за изпълнението на данните. Потребителите трябва да знаят само операциите, които могат да бъдат извършени върху данните, а не как се изпълняват тези операции.
• Независимост на структурата на данните : ADT могат да бъдат реализирани с помощта на различни структури от данни като масиви или свързани списъци, без да се засяга функционалността на ADT.
• Скриване на информация: ADT могат да защитят целостта на данните, като разрешават достъп само на оторизирани потребители и операции. Това помага за предотвратяване на грешки и злоупотреба с данните.
• Модулност : ADT могат да се комбинират с други ADT за формиране на по-големи и по-сложни структури от данни. Това позволява по-голяма гъвкавост и модулност в програмирането.

Като цяло ADT предоставят мощен инструмент за организиране и манипулиране на данни по структуриран и ефективен начин.

Това изображение демонстрира как абстрактен тип данни (ADT) скрива вътрешни структури от данни (като масиви, свързани списъци), използвайки публични и частни функции, излагащи само дефиниран интерфейс на приложната програма.

Защо да използвате ADT?

Основните причини да използвате ADT в Java са изброени по-долу:

• Капсулация: Скрива сложните детайли на изпълнението зад чист интерфейс.
• Повторна употреба : Позволява различни вътрешни реализации (напр. масив или свързан списък), без да променя външната употреба.
• Модулност: Опростява поддръжката и актуализациите чрез разделяне на логиката.
• сигурност: Защитава данните чрез предотвратяване на директен достъп, свеждайки до минимум грешки и неволни промени.

Пример за абстракция

Например ние използваме примитивни стойности като int float и char с разбирането, че тези типове данни могат да оперират и да се изпълняват без никакво знание за подробностите за тяхното изпълнение. ADT работят по подобен начин, като дефинират какви операции са възможни, без да се уточнява тяхното изпълнение.

Разлика между ADT и UDT

Таблицата по-долу показва разликата между ADT и UDT.

центриране на изображения в css

Примери за ADT

Сега нека разберем три често срещани ADT: List ADT Stack ADT и Queue ADT.

1. Избройте ADT

Списъкът ADT (абстрактни тип данни) е последователна колекция от елементи, която поддържа набор от операции без да се уточнява вътрешното изпълнение . Той осигурява подреден начин за съхраняване на достъп и модифициране на данни.

Операции:

10 1 милион

List ADT трябва да съхранява необходимите данни в последователността и трябва да има следните операции :

• получи(): Върнете елемент от списъка на произволна позиция.
• вмъкване(): Вмъкнете елемент на произволна позиция в списъка.
• премахване (): Премахнете първото срещане на всеки елемент от непразен списък.
• removeAt(): Премахнете елемента на определено място от непразен списък.
• замени(): Заменете елемент на произволна позиция с друг елемент.
• размер(): Връща броя на елементите в списъка.
• isEmpty(): Връща true, ако списъкът е празен; в противен случай връща false.
• е пълен (): Връща true, ако списъкът е пълен, в противен случай връща false. Приложимо само при реализации с фиксиран размер (напр. списъци, базирани на масив).

2. Стек ADT

Stack ADT е линейна структура от данни, която следва принципа LIFO (Last In First Out). Той позволява добавяне и премахване на елементи само от единия край, наречен горната част на стека.

Операции:

В Stack ADT редът на вмъкване и изтриване трябва да бъде в съответствие с принципа FILO или LIFO. Елементите се вмъкват и премахват от същия край, наречен горна част на стека. Той също така трябва да поддържа следните операции:

• натискане(): Вмъкнете елемент в единия край на стека, наречен върха.
• поп(): Премахнете и върнете елемента в горната част на стека, ако не е празен.
• надниквам(): Върнете елемента в горната част на стека, без да го премахвате, ако стекът не е празен.
• размер(): Връща броя на елементите в стека.
• isEmpty(): Връща true, ако стекът е празен; в противен случай връща false.
• е пълен (): Връща true, ако стекът е пълен; в противен случай връща false. Приложимо само за стекове с фиксиран капацитет (напр. базирани на масиви).

3. Опашка ADT

Queue ADT е линейна структура от данни, която следва принципа FIFO (First In First Out). Позволява вмъкване на елементи в единия край (отзад) и премахване от другия край (отпред).

Операции:

Queue ADT следва дизайн, подобен на Stack ADT, но редът на вмъкване и изтриване се променя на FIFO. Елементите се вкарват в единия край (наречен заден) и се отстраняват от другия край (наречен преден). Трябва да поддържа следните операции:

връзки в java

• поставяне на опашка(): Вмъкване на елемент в края на опашката.
• съответно(): Премахнете и върнете първия елемент от опашката, ако опашката не е празна.
• надниквам(): Върнете елемента от опашката, без да го премахвате, ако опашката не е празна.
• размер(): Връща броя на елементите в опашката.
• isEmpty(): Връща true, ако опашката е празна; в противен случай връща false.

Предимства и недостатъци на ADT

Абстрактните типове данни (ADT) имат няколко предимства и недостатъци, които трябва да се имат предвид, когато се решава да се използват в разработката на софтуер. Ето някои от основните предимства и недостатъци на използването на ADT:

Предимство:

Предимствата са изброени по-долу:

• Капсулиране : ADT предоставят начин за капсулиране на данни и операции в една единица, което улеснява управлението и модифицирането на структурата на данните.
• Абстракция : ADT позволяват на потребителите да работят със структури от данни, без да се налага да знаят подробностите за изпълнението, което може да опрости програмирането и да намали грешките.
• Независимост на структурата на данните : ADT могат да бъдат внедрени с помощта на различни структури от данни, които могат да улеснят адаптирането към променящите се нужди и изисквания.
• Скриване на информация : ADT могат да защитят целостта на данните чрез контролиране на достъпа и предотвратяване на неоторизирани модификации.
• Модулност : ADT могат да се комбинират с други ADT за формиране на по-сложни структури от данни, което може да увеличи гъвкавостта и модулността в програмирането.

Недостатъци:

Недостатъците са изброени по-долу:

• Режийни : Внедряването на ADT може да добави допълнителни разходи по отношение на памет и обработка, което може да повлияе на производителността.
• Сложност : ADT могат да бъдат сложни за изпълнение, особено за големи и сложни структури от данни.
• учене Крива: Използването на ADT изисква познаване на тяхното внедряване и използване, което може да отнеме време и усилия за научаване.
• Ограничена гъвкавост: Някои ADT може да са с ограничена функционалност или да не са подходящи за всички видове структури от данни.
• цена : Внедряването на ADT може да изисква допълнителни ресурси и инвестиции, което може да увеличи разходите за разработка.