프로그래밍의 핵심, 자료구조와 알고리즘

같은 작업을 수행하는 프로그램이라도 프로그램의 효율성은 천차만별입니다.

효율적인 프로그램은 메모리를 적게 사용하고 빠르게 실행되며, 비효율적인 프로그램은 많은 메모리를 사용하고 실행 속도가 느립니다.

프로그램의 효율성은 자료구조(Data Structure)와 알고리즘(Algorithm)에 달려있습니다.

자료구조는 컴퓨터에서 데이터를 효율적으로 저장하고, 관리하며, 처리하기 위해 데이터를 조직화하고 구성하는 방법을 정의합니다.

쉽게 말해, 자료구조는 데이터를 어떻게 저장하고 접근하며 수정할지를 정의한 것입니다.

대표적인 자료구조로는 배열, 스택, 큐, 연결 리스트, 해시 테이블, 그래프 등이 있습니다.

• 배열(Array): 동일한 데이터 타입의 요소를 순서대로 저장하는 자료구조입니다. 파이썬의 리스트는 배열과 유사한 구조를 가지고 있습니다.

• 스택(Stack): 접시를 쌓는 것처럼, 나중에 들어온 데이터가 먼저 나가는 후입선출(Last In, First Out, LIFO) 원리를 따릅니다. 데이터의 추가와 제거는 한쪽 끝에서만 이루어집니다. 웹 브라우저의 뒤로 가기 버튼이 스택의 동작 원리를 활용한 예시입니다.

• 큐(Queue): 대기열과 같이, 먼저 들어온 데이터가 먼저 나가는 선입선출(First In, First Out, FIFO) 원리로 작동하는 자료구조로, 한쪽 끝에서 데이터를 추가하고 반대쪽 끝에서 데이터를 제거합니다. 프린터 대기열이 큐의 동작 원리를 활용한 예시입니다.

• 연결 리스트(Linked List): 각 요소(노드)가 데이터와 함께 다음 노드의 참조(주소)를 포함하는 자료구조로, 데이터의 삽입과 삭제가 유연하다는 장점이 있습니다. "Song A → Song B → Song C"와 같은 음악 재생 목록에 연결 리스트를 활용할 수 있습니다.

• 해시 테이블(Hash Tables): 데이터를 키-값 쌍으로 저장하여 빠른 검색이 가능하도록 설계된 자료구조입니다. 파이썬의 딕셔너리는 해시 테이블과 유사한 기능을 제공합니다.

• 그래프(Graph): 노드(정점)와 이들을 연결하는 간선으로 구성되어, 개별 요소 간의 복잡한 관계를 표현합니다. 예를 들어, 소셜 네트워크에서 사람들 간의 친구 관계나 도시 간의 도로 네트워크를 그래프로 나타낼 수 있습니다.

알고리즘은 특정 문제를 해결하기 위한 단계별 지시사항과 절차를 뜻합니다.

프로그래밍에서 알고리즘은 데이터를 처리하고 계산을 수행하며, 자동화된 결정을 내리는 데 활용됩니다.

알고리즙 활용 예시는 다음과 같습니다.

• 정렬 알고리즘(Sorting Algorithms): 데이터를 특정 순서로 빠르고 효율적으로 정렬합니다.

• 검색 알고리즘(Search Algorithms): 데이터 집합에서 원하는 항목을 효율적으로 찾아냅니다.

• 계산 알고리즘(Computational Algorithms): 최대공약수 구하기, 소수 찾기, 피보나치 수열 생성 등 수학적 계산을 수행합니다.

• 그래프 알고리즘(Graph Algorithms): 그래프 자료구조를 활용하여 최단 경로나 네트워크의 최적 흐름을 찾는 데 사용됩니다.