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🧠 UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A ESTRUCTURAS DE DATOS - Coggle Diagram

- - - - • Definición Formal: Esquema de organización, gestión y almacenamiento de datos diseñado para facilitar el acceso eficiente y la modificación en la memoria física de trabajo (RAM).
      - • Propósito Técnico: Optimizar el uso de recursos computacionales (reducción de ciclos de CPU y consumo de memoria) al ejecutar operaciones complejas sobre volúmenes masivos de información.
      - • Rol en la Ingeniería de Software: Constituyen los bloques fundamentales de construcción lógica sobre los cuales se estructuran los algoritmos para garantizar la escalabilidad de sistemas distribuidos y software de alto rendimiento.
    - - • Dato (Data): Representación simbólica, numérica o alfanumérica en su estado primario, desprovista de contexto, interpretación semántica o significado lógico.
        
        Ejemplos Prácticos: 19, 12, 2026, Selvan
      - • Información (Information): Conjunto de datos estructurados, procesados y contextualizados que aportan significado explícito y permiten la toma de decisiones.
        
        Ejemplo Práctico: 19/12/2026 es la fecha límite de entrega para el estudiante Selvan
      - • Estructura (Structure): Esquema conceptual y físico de interconexión lógica que define cómo se agrupan, relacionan y procesan los datos dentro del entorno de ejecución.
        
        Ejemplo Práctico: struct Registro_Alumno { int id; char nombre[50]; Fecha fecha_entrega; };
    - - • Rendimiento: La elección adecuada de una estructura de datos determina la velocidad de respuesta en tiempo real y evita la saturación del hardware.
      - • Prevención de Fallos: Minimiza problemas de cuellos de botella en la CPU, fragmentación excesiva de la memoria RAM y fugas de memoria (Memory Leaks).
      - • Escalabilidad y Mantenibilidad: Facilita la refactorización de código y la expansión de capacidades sin alterar la arquitectura base.
    - - • Campo (Field): Unidad elemental de datos dotada de significado propio (Ej. Nombre, Edad, Matrícula).
      - • Registro (Record): Colección homogénea o heterogénea de campos interrelacionados que definen un objeto o entidad completa (Ej. Ficha técnica del estudiante).
      - • Archivo (File): Conjunto estructurado y persistente de registros del mismo tipo almacenados en medios secundarios de almacenamiento (Disco Duro / SSD).
  - - - • Estructuras Lineales:
        
        Los elementos se disponen de manera secuencial en una dimensión lineal. Cada elemento posee un único predecesor y un único sucesor lógico (Relación 1 a 1).
        
        Ejemplos de Aplicación: Arreglos (Arrays), Listas Enlazadas (Sencillas, Dobles, Circulares), Pilas (Stacks), Colas (Queues).
      - • Estructuras No Lineales:
        
        Los elementos se interconectan en esquemas multidimensionales creando jerarquías o redes complejas (Relaciones 1 a Muchos o Muchos a Muchos).
        
        Ejemplos de Aplicación: Árboles (Binarios, AVL, B-Trees, Red-Black) y Grafos (Dirigidos, No Dirigidos, Ponderados).
    - - • Estructuras Estáticas:
        
        Reservan un bloque de memoria contiguo de tamaño fijo e inmutable en la etapa de compilación.
        
        Imposibilidad de modificar la capacidad asignada en tiempo de ejecución.
        
        Código en C/Java: int matriz[100]; // Espacio reservado de forma fija
      - • Estructuras Dinámicas:
        
        Asignan y liberan espacio de memoria según las necesidades dinámicas en tiempo de ejecución.
        
        Hacen uso directo de punteros o referencias a direcciones de memoria en el Heap.
    - - • Homogéneas: Todos los componentes almacenados corresponden estrictamente al mismo tipo de dato primitivo o abstracto (Ej. Arreglos enteros).
      - • Heterogéneas: Agrupan componentes de múltiples tipos de datos dentro del mismo bloque estructurado (Ej. struct en C, Objetos/Clases en Java y Python).
    - - • Inserción (Insertion): Añadir un nuevo elemento garantizando la preservación de las reglas y el orden de la estructura.
      - • Eliminación (Deletion): Remover un elemento específico actualizando índices o reasignando punteros de memoria.
      - • Búsqueda (Searching): Localizar la dirección de memoria o posición de un valor mediante algoritmos específicos.
      - • Recorrido (Traversal): Visitar sistemáticamente cada nodo/elemento exactamente una vez para procesar su información.
  - - - • Cuantifica el número total de operaciones elementales ejecutadas por un algoritmo en función del tamaño del conjunto de entrada ($n$).
    - - • Evalúa la memoria RAM total consumida por el algoritmo durante su ejecución (Memoria estática + memoria auxiliar temporal del entorno).
    - - • Constante:El tiempo de ejecución es independiente de la entrada $n$. Ejemplo: Acceso a un elemento de un arreglo por su índice A[i].
      - • Logarítmica: El espacio de búsqueda se reduce progresivamente a la mitad en cada iteración. Ejemplo: Búsqueda Binaria.
      - • Lineal:El tiempo de ejecución aumenta de manera estrictamente proporcional al tamaño de . Ejemplo: Búsqueda Secuencial en una lista no ordenada.
      - • Lineal-Logarítmica: Eficiencia óptima para algoritmos de ordenamiento basados en comparación. Ejemplos: Quicksort, Mergesort.
      - • Cuadrática: El tiempo de ejecución escala exponencialmente en presencia de bucles anidados. Ejemplo: Algoritmo de Ordenamiento por Burbuja (Bubble Sort).
- - - - • Modelo matemático que especifica un conjunto de datos y las operaciones válidas permitidas sobre ellos, independientemente de cualquier implementación concreta en un lenguaje de programación.
      - • Define detalladamente el QUÉ HACE el sistema sin revelar el CÓMO SE IMPLEMENTA internamente.
    - - • TDA: Enfoque conceptual, nivel de diseño, especificación matemática e Interfaz pública.
      - • Estructura de Datos: Implementación concreta en código mediante asignaciones de memoria y algoritmos específicos.
    - - • Abstracción: Oculta los detalles técnicos complejas detrás de una interfaz clara y funcional.
      - • Encapsulamiento: Ocultamiento de la representación interna del dato para proteger su integridad ante accesos directos o no autorizados.
    - - • Interfaz (Interface): Contrato público que define las firmas de los métodos, parámetros y tipos de retorno expuestos al desarrollador.
      - • Implementación (Implementation): Código ejecutable, manejo de memoria, manipulación directa de punteros y algoritmos de optimización.
  - - - • Principio LIFO: Last In, First Out (El último elemento en ingresar es el primero en salir).
      - • Operaciones Clave: push(x) (insertar en el tope), pop() (remover del tope), peek() (consultar el tope sin eliminar), isEmpty().
      - • Aplicaciones Prácticas: Evaluación de expresiones matemáticas (Postfija/Prefija), historial de navegación (Undo/Redo), pila de llamadas del sistema (Call Stack).
    - - • Principio FIFO: First In, First Out (El primer elemento en ingresar es el primero en salir).
      - • Operaciones Clave: enqueue(x) (insertar al final), dequeue() (extraer del frente), front() (consultar el frente).
      - • Aplicaciones Prácticas: Gestión de colas de impresión, procesamiento de peticiones HTTP en servidores web, algoritmos de búsqueda en anchura (BFS).
    - - • Principio: Colección secuencial ordenada accesible dinámicamente por posición o índice.
      - • Operaciones Clave: insertar(pos, x), eliminar(pos), buscar(x), obtener(pos).
    - - • Principio: Colección no ordenada de elementos donde se garantiza la ausencia estricta de duplicados.
      - • Operaciones Clave: Unión, Intersección, Diferencia, contains(x).
    - - • Principio: Organización basada en la vinculación de parejas únicas de Clave - Valor (Key - Value).
      - • Operaciones Clave: put(clave, valor), get(clave), remove(clave). Permite búsquedas directas de alta velocidad.
  - - - • El TDA equivale al diseño conceptual de la Interfaz o Clase Abstracta.
      - • La Clase Concreta implementa formalmente el TDA integrando atributos y métodos dentro del código ejecutable.
    - - • Mantenibilidad: Permite reemplazar la estructura subyacente sin romper el código cliente dependiente.
      - • Reutilización: Fomenta la creación de componentes independientes, portables y modularizados.
      - • Seguridad: Previene la corrupción accidental de datos al restringir el acceso a través de métodos autorizados.
    - - • Utilizado en el Análisis Topológico de Datos para identificar patrones geométricos e infraestructuras complejas en conjuntos masivos de datos (Big Data).