*Escrito por: Bruno de Abreu Iizuka Moritani, profesor del curso de Ingeniería Informática en ESEG College
Cuando alguien empieza a aprender a programar, es común prestar más atención a la sintaxis: cómo declarar variables, usar bucles if y for, crear funciones y clases.
Pero al cabo de un tiempo, surge una pregunta muy importante: ¿Cómo organizar los datos del programa de manera eficiente?
Aquí es donde entran en juego las estructuras de datos. Son fundamentales para que un programa funcione correctamente, esté organizado y pueda crecer sin convertirse en un caos.
Este problema surge en prácticamente cualquier sistema. Por ejemplo, una aplicación de mensajería necesita almacenar conversaciones y mostrarlas rápidamente. Una plataforma de streaming organiza miles de películas y series.
Una red social gestiona perfiles, conexiones, recomendaciones e interacciones a gran escala. En todos estos casos, no basta con tener datos: es necesario saber cómo almacenarlos, acceder a ellos y manipularlos.
En este texto, comprenderemos los tipos de datos, qué son las estructuras de datos, su relación con los algoritmos y veremos cómo se manifiestan estos conceptos en la práctica. desarrollo de software.
¡Sigue leyendo para aprender más sobre este tema!
¿Qué es un algoritmo?
Un algoritmo es un conjunto de pasos para resolver un problema. En programación, define lo que el sistema debe hacer: buscar información, registrar un usuario, ordenar una lista, eliminar un elemento, procesar una solicitud.
Pero piensen en esto: de nada sirve tener una excelente guía paso a paso si los datos están mal organizados. Es como cocinar con una buena receta en una cocina completamente desorganizada.
Quizás puedas preparar el plato, pero perderás tiempo buscando ingredientes, utensilios y un lugar donde trabajar.
En informática ocurre algo similar. Un algoritmo puede ser correcto, pero si los datos se almacenan incorrectamente, el sistema puede volverse lento, confuso y difícil de mantener. Por eso, los algoritmos y las estructuras de datos van de la mano.
Una estructura de datos no solo sirve para almacenar información. También influye directamente en las operaciones que el sistema necesita realizar, tales como:
- Introduzca los datos;
- eliminar elementos;
- buscar información;
- explorar colecciones;
- reorganizar el contenido.
En otras palabras, elegir una buena estructura de datos significa facilitar el trabajo del algoritmo.
Lea también: ¿Qué es un algoritmo en programación?
¿Cuáles son los tipos de datos?
Los datos son el contenido, es decir, lo que representa la información. Por ejemplo:
- Número entero → Número sin decimales (número de estudiantes)
- Número real → Número con punto decimal (medida, valor, grado, por ejemplo, 8.5)
- Cadena/Texto → nombre del estudiante ("Ana", "Carlos")
- Booleano → Estado del estudiante (aprobado: verdadero / reprobado: falso)
Por lo tanto:
- Dado = qué hay dentro
- Estructura de datos = ¿Dónde y cómo se almacena esto?
Ahora bien, consideremos la siguiente situación: una facultad de ingeniería informática tiene muchos estudiantes y calificaciones. ¿Cómo debería organizarse esta información?
¿En un vector? ¿En una lista? ¿En un árbol?
Por ejemplo, el valor “8.5” podría ser la calificación de un estudiante. Ese es el dato. Pero esa calificación podría almacenarse de la siguiente manera:
- en un vector de notas;
- en una lista de estudiantes;
- en una pila de evaluaciones;
- en un árbol de registros;
- en un gráfico de relaciones.
En otras palabras: el tipo de dato es el contenido; la estructura de datos es la forma de organizar ese contenido para que pueda manipularse de manera eficiente.
¿Quieres comprender mejor qué son las estructuras de datos? En el próximo tema, explicaremos cada una de ellas.
¿Cuáles son las estructuras de datos?
Existen diversas estructuras de datos, y cada una se adapta mejor a ciertos tipos de problemas. A continuación, se explica qué son los datos estructurados, el tipo más común que utilizan los programadores en su trabajo diario.
Vectores (matrices)
Los vectores, o matrices, son colecciones ordenadas de elementos del mismo tipo, a las que se accede mediante un índice.
Imagina una fila de casillas numeradas: cada casilla representa una posición en el vector y contiene un valor. En muchos lenguajes de programación, el primer índice es 0.
Un ejemplo clásico es un vector que contiene las calificaciones de una clase: grades[0] almacena la calificación del primer estudiante, grades[1] la calificación del segundo, y así sucesivamente.
La principal ventaja de un vector es que permite un acceso rápido a cualquier posición, siempre que se conozca el índice. Por otro lado, su tamaño suele ser fijo, lo que puede dificultar la inserción o eliminación de elementos en medio de la colección.
Liza
Las listas también almacenan colecciones de elementos, pero de una manera más flexible que los arreglos. En muchas implementaciones, su tamaño puede aumentar o disminuir durante la ejecución, a medida que se agregan o eliminan nuevos elementos.
Una aplicación de lista de tareas pendientes es un buen ejemplo: puedes añadir una nueva tarea, eliminar las tareas completadas y reorganizar el orden de los elementos.
Para los principiantes, conviene tener en cuenta que las listas son colecciones dinámicas y versátiles, muy comunes en las bibliotecas de los lenguajes de programación modernos.
Baterías
La estructura de datos – Pilas – sigue el principio LIFO (Último en entrar, primero en salir): el último elemento que entra es el primero que sale.
La analogía más común es la de una pila de platos: colocas un plato encima de otro y, cuando vas a coger uno, coges primero el que está arriba.
En la práctica, la estructuración de datos en pilas aparece en el historial de acciones de un editor de texto, en el control de las llamadas a funciones en un programa e incluso en la navegación de páginas cuando hacemos clic en "atrás".
Las operaciones básicas son apilar y desapilar. Es una estructura sencilla de entender y muy útil en diversos problemas del mundo real.
Colas
La cola sigue el principio FIFO (primero en entrar, primero en salir): la primera persona en entrar es la primera en salir. Es como la cola de un banco o la de un restaurante de comida rápida: quien llega primero es atendido primero.
En los sistemas informáticos, las colas se utilizan en servicios de impresión, sistemas de atención al cliente y diversos escenarios donde es importante respetar el orden de llegada.
Las operaciones principales son la inserción en cola al final y la eliminación en cola desde el principio.
Lea también: ¿Qué es la programación web?
Árboles: estructura de datos
Los árboles son estructuras jerárquicas en las que cada elemento, llamado nodo, puede vincularse con otros en diferentes niveles. Son excelentes para representar datos organizados de forma jerárquica.
La estructura de carpetas del ordenador es un ejemplo visual muy común: una carpeta principal contiene subcarpetas, que a su vez pueden contener más subcarpetas y archivos.
En programación, los árboles aparecen en sistemas de archivos, motores de búsqueda y estructuras utilizadas para organizar datos de manera eficiente.
Gráficos
Estructuras de datos: Los grafos están formados por nodos, también llamados vértices, y conexiones entre ellos, llamadas aristas. Son ideales para representar relaciones y rutas entre elementos.
Una red social es un buen ejemplo: cada persona es un nodo y cada amistad o conexión es una arista. En los mapas, las ciudades se pueden representar como nodos y las carreteras como aristas.
Los grafos se utilizan ampliamente en sistemas de recomendación, rutas de entrega, redes informáticas y otros escenarios donde las conexiones forman parte del problema.
Estructuras de datos en la práctica
Cuando empezamos a programar, muchas de estas estructuras ya aparecen predefinidas en los lenguajes de programación.
En Python, por ejemplo, las listas se utilizan ampliamente como estructuras de datos para colecciones flexibles. En Java, encontramos arreglos, ArrayList, LinkedList, Stack y Queue.
Incluso cuando un idioma ofrece estructuras predefinidas, comprender cómo funcionan sigue siendo fundamental.
Esto sucede porque el programador no solo debe pensar en "dónde almacenarlo", sino también en cómo el sistema utilizará esos datos.
La mejor estructura no es la más famosa ni la más avanzada, sino la que mejor satisface las necesidades operativas más frecuentes del problema.
- Si el sistema necesita acceder rápidamente a una ubicación específica, vector Podría ser una buena opción.
- Si el enfoque está en las adiciones y eliminaciones frecuentes, entonces... lista Eso podría tener más sentido.
- Si el problema requiere un orden de llegada, entonces cola Es natural.
- Si necesitamos representar jerarquías, árboles Son geniales.
- Si el objetivo es modelar conexiones, gráficos Suelen ser la forma más adecuada.
En conclusión, ¿cuáles son las estructuras de datos?
Las estructuras de datos son esenciales porque definen cómo se organizará y manipulará la información dentro de un programa.
Influyen directamente en el rendimiento, la claridad del código y la escalabilidad de un sistema.
Más importante que memorizar nombres como vector, lista, pila, cola, árbol o grafo es desarrollar la capacidad de analizar un problema y preguntarse: ¿Qué estructura organiza mejor estos datos para las operaciones que necesito realizar?
Este es un conocimiento que se adquiere en la universidad, en las entrevistas técnicas y en el desarrollo de sistemas reales. Cuanto mejor comprendamos las estructuras de datos, mejor programaremos.
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