الخوارزميات: هياكل البيانات الأساسية (المصفوفات والقوائم) – الإعلام الآلي — السنة الثانية ثانوي (شعبة علوم تجريبية) — المنهاج الجزائري

الخوارزميات: هياكل البيانات الأساسية (المصفوفات والقوائم)

هياكل البيانات (Data Structures) هي طرق تنظيم وتخزين البيانات في الحاسوب لتسهيل الوصول إليها ومعالجتها. اختيار هيكل البيانات المناسب يؤثر بشكل كبير على كفاءة الخوارزميات وأداء البرامج. المصفوفات والقوائم من أبسط وأهم هياكل البيانات.

المصفوفات (Arrays)

المصفوفة هي مجموعة من العناصر من نفس النوع تخزن في مواقع متتالية في الذاكرة. يتم الوصول لكل عنصر عبر فهرس (Index) يبدأ من 0.
خصائص المصفوفات:
– حجم ثابت (في معظم اللغات التقليدية).
– عناصر من نفس النوع (متجانسة).
– وصول عشوائي سريع O(1) عبر الفهرس.
– إضافة أو حذف عناصر في الوسط بطيء (تحريك العناصر).
أنواع المصفوفات: أحادية البعد، ثنائية البعد (جدول).

القوائم (Linked Lists)

القائمة المترابطة هي سلسلة من العقد (Nodes)، كل عقدة تحتوي على بيانات ومؤشر (Pointer) للعقدة التالية.
أنواع القوائم:
– قائمة مفردة (Singly Linked List): كل عقدة تشير للتالية فقط.
– قائمة مزدوجة (Doubly Linked List): كل عقدة تشير للتالية والسابقة.
– قائمة دائرية (Circular Linked List): آخر عقدة تشير للأولى.
خصائص القوائم:
– حجم ديناميكي (قابل للتوسع).
– إضافة وحذف سريع (تغيير المؤشرات).
– وصول عشوائي بطيء O(n) (يجب اجتياز القائمة).

مقارنة بين المصفوفات والقوائم

• الوصول: المصفوفات أسرع (عشوائي)، القوائم أبطأ (تسلسلي).
• الحجم: المصفوفات ثابتة، القوائم ديناميكية.
• الذاكرة: المصفوفات تستهلك ذاكرة مستمرة، القوائم تستهلك ذاكرة موزعة + مؤشرات إضافية.
• الإدراج/الحذف: مصفوفات بطيئة وسط، قوائم سريعة.

تمارين

1. أنشئ مصفوفة من 5 أعداد صحيحة واكتب خوارزمية لحساب مجموعها ومتوسطها.
2. قارن بين المصفوفات والقوائم المترابطة في 3 نقاط على الأقل.
3. اشرح مفهوم القائمة المزدوجة (Doubly Linked List) ومزاياها.
4. اكتب خوارزمية للبحث عن عنصر في مصفوفة (بحث خطي).

للمزيد من الدروس العلمية، راجع درس البيئة المائية: الكائنات الحية في الماء، كما يمكنك الاطلاع على التلوث وأنواعه وتأثيره على الصحة والبيئة.