프로그래밍의 핵심, 데이터 구조와 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 데이터 구조(Data Structure)와 알고리즘(Algorithm)에 달려있습니다.

데이터 구조는 컴퓨터에서 데이터를 효율적으로 저장, 관리, 처리하기 위한 데이터의 조직, 저장 구조를 뜻합니다.

간단히 말해, 데이터 구조는 데이터를 어떻게 저장하고, 접근하며, 수정할 수 있는지 정의합니다.

대표적인 데이터 구조로 배열, 스택, 큐, 연결 리스트, 해시 테이블, 그래프가 있습니다.

• 배열(Array): 동일한 데이터 타입의 요소를 순서대로 저장합니다. 파이썬 리스트는 배열과 유사한 데이터 구조입니다.

• 스택(Stack): 스택은 접시 더미처럼 나중에 들어온 데이터가 먼저 나가는 '후입선출(Last In, First Out, LIFO)' 원리로 작동하는 데이터 구조로, 데이터의 추가와 제거가 한쪽 끝에서만 이루어집니다.

• 큐(Queue): 큐는 대기열처럼 먼저 들어온 데이터가 먼저 나가는 '선입선출(First In, First Out, FIFO)' 원리로 작동하는 데이터 구조로, 한쪽 끝에서 데이터를 추가하고 반대쪽 끝에서 데이터를 제거합니다.

• 연결 리스트(Linked List): 각 요소(노드)가 데이터와 다음 노드에 대한 참조(주소)를 포함하고 있는 데이터 구조입니다.

• 해시 테이블(Hash Tables): 키-값 쌍으로 데이터를 저장하여 빠른 데이터 검색을 가능하게 합니다. 파이썬의 딕셔너리는 해시 테이블과 유사한 데이터 구조입니다.

• 그래프(Graph): 노드(또는 정점)와 이들을 연결하는 선(간선)으로 구성되어, 여러 개의 개별적인 아이템들 간의 복잡한 관계를 나타냅니다. 예를 들어, 소셜 네트워크에서 사람들 간의 친구 관계, 도시 간의 도로 네트워크 등을 그래프로 표현할 수 있습니다.

알고리즘은 특정 문제를 해결하기 위한 일련의 지시사항과 절차를 뜻합니다. 프로그래밍에서 알고리즘은 데이터를 처리하고, 계산을 수행하며, 자동화된 결정을 내릴 때 사용합니다.

알고리즙 활용 예시

• 정렬 알고리즘(Sorting Algorithms): 데이터를 특정 순서대로 최대한 빠르게 정렬해 나열합니다.

• 검색 알고리즘(Search Algorithms): 데이터 집합에서 특정 항목을 최대한 효율적으로 찾습니다.

• 계산 알고리즘(Computational Algorithms): 최대공약수, 소수 찾기, 피보나치 수열과 같은 수학적 계산을 수행합니다.

• 그래프 알고리즘(Graph Algorithms): 그래프 데이터 구조를 사용하여 최단 경로나 최적의 네트워크 흐름을 찾습니다.