# Что такое алгоритм

## Определение алгоритма

*Алгоритм* -- это набор инструкций или шагов, предназначенных для решения конкретной задачи за ограниченное время, обладающий следующими свойствами:

- задача четко определена, включает ясные определения входных и выходных данных;
- обладает осуществимостью, может быть выполнен за ограниченное количество шагов, времени и памяти;
- каждый шаг имеет определенное значение, при одинаковых входных данных и условиях выполнения результат всегда будет одинаковым.

## Определение структуры данных

*Структура данных* -- это способ организации и хранения данных, включающий содержимое данных, их взаимосвязи и методы операций с ними. Структура данных преследует следующие цели:

- минимизацию занимаемого пространства для экономии памяти компьютера;
- максимально быструю обработку данных, включая доступ, добавление, удаление и обновление данных;
- обеспечение простого представления данных и логической информации для эффективного выполнения алгоритмов.

**Проектирование структуры данных** -- **это процесс, полный компромиссов**. Если вы хотите улучшить один аспект, часто приходится идти на уступки в другом. Приведем два примера.

- Связный список, по сравнению с массивом, более удобен для добавления и удаления данных, но имеет проблемы со скоростью доступа к данным.
- Граф, по сравнению со связным списком, предоставляет более богатую логическую информацию, но требует большего объема памяти.

## Взаимосвязь структур данных и алгоритмов

Структуры данных и алгоритмы тесно взаимосвязаны, что проявляется в следующих трех аспектах (см. рис. 1.4):

- структуры данных являются основой алгоритмов. Они обеспечивают структурированное хранение данных и методы их обработки;
- алгоритмы оживляют структуры данных. Сами по себе структуры данных лишь хранят информацию, но в сочетании с алгоритмами они позволяют решать конкретные задачи;
- алгоритмы можно реализовать на основе различных структур данных, однако эффективность их выполнения может значительно различаться. Поэтому выбор подходящей структуры данных является ключевым фактором.

![Взаимосвязь структур данных и алгоритмов](../assets/media/image66.jpeg)

Структуры данных и алгоритмы подобны конструктору, как показано на рис. 1.5. Комплект конструктора, помимо множества деталей, содержит также подробную инструкцию по сборке. Следуя этой инструкции шаг за шагом, можно собрать красивую модель.

![Сборка конструктора](../assets/media/image67.jpeg)

Подробное описание аналогии с конструктором представлено в табл. 1.1.

**Таблица 1.1.** Сравнение структур данных и алгоритмов с конструктором

| Структуры данных и алгоритмы | Конструктор |
| -------------- | ---------------------------------------- |
| Входные данные | Несобранные детали конструктора |
| Структура данных | Организация деталей конструктора, включая форму, размер, способы соединения и т. д. |
| Алгоритм | Последовательность действий по сборке деталей в целевую модель |
| Выходные данные | Собранная модель конструктора |

Стоит отметить, что структуры данных и алгоритмы не зависят от языка программирования. Именно поэтому данная книга предлагает их реализации на различных языках.