¿Qué son las estructuras de datos y por qué son importantes?

Al finalizar este tema

Podrás explicar qué son las estructuras de datos y comprenderás por qué la forma en que se almacenan los datos determina el rendimiento de un programa.

Mismos datos, diferente rendimiento

Imagina una guía telefónica con 1000 nombres y números de teléfono.

Método A: Escribir los datos en un papel sin ningún orden.

• ¿Cómo buscar a "Kim Hoon"? → Revisar uno por el uno desde el principio. En el peor de los casos, 1000 comprobaciones.

Método B: Ordenar alfabéticamente.

• ¿Cómo buscar a "Kim Hoon"? → Abrir la guía por la mitad para comparar y reducir el rango a la mitad en cada paso. Se encontraría en un máximo de 10 pasos.

Los datos son los mismos. Solo cambia la forma de almacenarlos y organizarlos, pero la velocidad de búsqueda difiere en 100 veces.

Esta es la esencia de las estructuras de datos (Data Structure): la eficiencia de las operaciones depende de cómo se organice la información.

Tipos básicos de estructuras de datos

Estructuras de datos lineales (alineadas en una fila)
├── Arreglo (Array)     — En celdas contiguas y ordenadas
├── Lista enlazada       — Cada celda apunta a la siguiente
├── Pila (Stack)     — Solo insertar y eliminar desde arriba
└── Cola (Queue)       — Insertar por atrás, eliminar por delante

Estructura de datos no lineal (ramificación)

¿Por qué no basta con usar solo uno?

Si los arreglos fueran una solución universal, no necesitaríamos otras estructuras de datos. Sin embargo, cada estructura tiene sus fortalezas y debilidades.

"Este programa realiza muchas búsquedas, así que usaré una tabla hash", "El orden es importante, así que usaré un arreglo": elegir la estructura de datos adecuada según la situación es parte del criterio de un programador.

Estructura de datos + Algoritmo = Programa

Existe una fórmula famosa:

Programa = Estructura de datos + Algoritmo — Niklaus Wirth (creador del lenguaje Pascal)

La estructura de datos es el contenedor que almacena los datos, y el algoritmo es el método para procesar esos datos dentro de dicho contenedor. Si se utiliza un buen método en un buen contenedor, se obtiene un programa eficiente.

¿Por qué es importante en la práctica?

# Búsqueda en lista — O(n), lento con muchos datos
users = ["Kim Hun", "Lee Soo", "Park Jin", ...]  # 1 millón de personas
"Kim Hun" en usuarios  # Peor caso: 1 millón de comparaciones

# Búsqueda en diccionario (tabla hash) — O(1), casi instantáneo
users = {"Kim Hun": "010-1234", "Lee Soo": "010-5678", ...}
users["Kim Hun"]  # Encontrado en un solo paso

Con un millón de usuarios, la elección de una estructura de datos marca la diferencia entre 1.000.000 de veces vs. 1 vez. Esta es la razón por la que se deben aprender las estructuras de datos.