VeriYapıları

Veri yapıları dersi, bilgisayar mühendisliğinin zor derslerinden biri olarak kabul edilir. Bu dersin zor olmasının bazı nedenleri: Matematiksel ispatlar: Kod implementasyonundan ziyade matematiksel ispatlara dayalı algoritma analizleri yapılması gerekir. Soyut düşünme: Gerçek yaşamın bilgisayar ortamına soyutlanması gibi soyut düşünme becerileri gerektirir. Ön koşullar: Birçok dersin ön şartı olduğu için, bu derse kadar verilen dersleri başarıyla tamamlamak önemlidir. Ancak, veri yapıları dersinin zorluğu, üniversiteye ve eğitim anlayışına göre değişebilir.

Evet, tuple (demet) değiştirilemez (immutable) bir veri yapısıdır. Bir tuple oluşturulduktan sonra, öğelerini değiştirmek, yeni öğe eklemek veya mevcut öğeleri silmek mümkün değildir; böyle bir girişimde bulunmak TypeError hatasına yol açar.

Tuple (demetler) ve liste arasındaki temel farklar şunlardır: Değiştirilebilirlik: Listeler değiştirilebilirken, tuple'lar değiştirilemez. Sıralanabilirlik: Listeler sıralanabilirken, tuple'ların belirli bir sırası yoktur. Bellek kullanımı: Tuple'lar, listelere göre daha az bellek kullanır. İşleme süresi: Listeler, tuple'lardan daha hızlıdır. Sözdizimi: Listeler köşeli parantezle [ ] gösterilirken, tuple'lar normal parantezle () gösterilir. Kullanım alanları: Listeler: Verilerin değiştirilmesi gerektiğinde kullanılır. Tuple'lar: Verilerin değiştirilmemesi gerektiğinde, örneğin sabit değer listeleri oluşturmak için kullanılır.

İkili arama algoritması, sıralı bir listede belirli bir değeri bulmak için şu adımları izler: 1. Listenin ortasındaki eleman alınır. 2. Bu eleman, aranan değerle karşılaştırılır. 3. Eğer eleman aranan değere eşitse, arama sona erer ve bulunan elemanın indeksi döndürülür. Eğer eleman aranan değerden küçükse, listenin sol yarısında arama yapılır. Eğer eleman aranan değerden büyükse, listenin sağ yarısında arama yapılır. 4. Liste daraltılarak 2. adımdan itibaren işlemler tekrar edilir. Bu yöntem, her adımda arama alanını yarıya indirdiği için oldukça hızlı çalışır. Örnek: 1001, 1010, 1023, 1034, 1050, 1075, 1100 şeklinde sıralı bir çalışan ID listesinde 1050 ID'sinin aranması: 1. Orta eleman 1050 (5. eleman) ile karşılaştırılır. 2. Aranan değer (1050) orta değere eşit olduğu için arama sona erer ve 5 değeri döndürülür. Dikkat edilmesi gerekenler: Listenin sıralı olması gerekir, aksi takdirde yanlış sonuçlar verir. Veri tiplerinin uyumlu olması gerekir (hepsi string veya hepsi integer olmalıdır). Tekrarlı elemanlarda, aynı değeri içeren birden fazla öğe varsa, genellikle bunlardan ilkini döndürür.

AVL ağacı, denge faktörünün (balance factor) -1, 0 veya 1 olmadığı durumlarda döndürülür. Döndürme işlemleri, ağaca yapılan düğüm ekleme veya düğüm silme işlemleri ile bozulan dengenin yeniden sağlanması için gerçekleştirilir. AVL ağaçlarında dört tür döndürme işlemi yapılır: Sola döndürme (left rotation). Sağa döndürme (right rotation). Sol-sağ döndürme (left-right rotation). Sağ-sol döndürme (right-left rotation).

Prim algoritması, ağırlıklı ve bağlı bir çizge üzerinde minimum örten ağaç (minimum spanning tree) problemine çözüm bulan bir algoritmadır. Algoritma, rastgele seçilen bir başlangıç düğümünden yola çıkar ve her adımda mevcut ağaca en düşük ağırlıklı kenarı ekleyerek büyür. Prim algoritması, "açgözlü" (greedy) algoritma sınıfına girer. Prim algoritmasının kullanım alanlarından bazıları şunlardır: ağ tasarımı; gezgin satıcı problemi; Steiner tree problemi; cluster analizi.

Dizi anahtarları, dizi elemanlarına benzersiz isimler atamak için kullanılır. Bazı dizi anahtarı türleri: Sıfırdan başlayan anahtarlar. Belirli bir değerden başlayan anahtarlar. Değişken olarak kullanılan anahtarlar. Sabit olarak kullanılan anahtarlar. Ayrıca, ilişkilendirilebilir dizilerde her anahtar, saklanan değere erişmek için kullanılan benzersiz bir dizedir.

Binary Search (İkili Arama) algoritması şu adımlarla çalışır: 1. Dizinin ortasındaki eleman alınır. 2. Aranan değer ortadaki elemandan küçükse, arama sol yarıda devam eder; büyükse, sağ yarıda devam eder. 3. Ortadaki eleman aranansa, sonuç bulunur. 4. Arama, alt dizi tek elemana düşene kadar devam eder. Bu yöntem, "böl ve fethet" (divide and conquer) yaklaşımına dayanır. Binary Search'ün çalışması için dizinin sıralı olması gerekir.

Bubble Sort ve Selection Sort arasındaki temel farklar şunlardır: Çalışma Prensibi: Bubble Sort, elemanları büyükten küçüğe doğru sırayla yerleştirmek için ardışık elemanları ikili olarak karşılaştırır ve yer değiştirir. Selection Sort, sıralanmamış kısımdaki en büyük elemanı bulup en sonuna koyar ve bu işlemi tüm elemanlar sıralanana kadar tekrarlar. Zaman Karmaşıklığı: Her iki algoritmanın da en iyi senaryodaki zaman karmaşıklığı O(n²)'dir. Selection Sort, en kötü senaryoda da O(n²) zamanında çalışırken, Bubble Sort en kötü senaryoda O(n²) zamanında çalışır. Bellek Kullanımı: Her iki algoritma da ekstra bellek gerektirmez, O(1) uzay karmaşıklığına sahiptir. Performans: Selection Sort, daha az yer değiştirme işlemi yaptığı için genellikle daha hızlıdır. Bubble Sort, büyük dizilerde daha uzun sürebilir.

Bilgisayar mühendisliği araştırma görevlisi mülakatlarında aşağıdaki sorular sorulabilir: Genel kültür ve mesleki bilgi odaklı sorular: Bilgisayar mühendisliğini seçme sebebiniz nedir? OOP (Nesne Yönelimli Programlama) nedir, prensiplerini açıklayabilir misiniz? Algoritma ve veri yapıları arasındaki fark nedir, en sık kullanılan veri yapılarını açıklayabilir misiniz? SQL nedir ve hangi durumlarda kullanılır? TCP/IP nedir, katmanlarını açıklayabilir misiniz? Problem çözme ve analitik düşünme yeteneğini ölçen sorular: Bir yazılım geliştirme projesinde hangi adımları izlersiniz? Big O Notation nedir, ne anlama gelir? Polymorphism nedir ve ne zaman kullanılır? Bilgisayar ağlarında güvenlik protokolleri nelerdir? Mülakatlarda ayrıca adayın kendini ifade etme gücü, akademik düzeyi ve eleştirel düşünce yapısı da değerlendirilebilir. Her bölümün ihtiyaç duyduğu yeterlilik ve uzmanlık farklıdır, bu nedenle adayların mülakat sorularına önceden çalışmaları önerilir.

Tek boyutlu dizi, aynı türden elemanların listesini tutan bir yapıdır. Özellikleri: Dizinin öğeleri, bitişik bir bellek konumunda saklanır. Dizideki her elemanın bir indeksi vardır ve indeksler 0’dan başlar. Dizide yalnızca sabit boyuttaki öğeler saklanabilir ve çalışma zamanında boyut büyütülemez. Örnekler: `int[] x;` (x, 5 elemanlı bir integer dizisidir). `String[] kelime;` (kelime, 3 elemanlı bir string dizisidir). `double[] sayı;` (sayı, 9 elemanlı bir double dizisidir).

C dili ile çeşitli algoritmalar yapılabilir, bunlardan bazıları: Sıralama algoritmaları. Arama algoritmaları. Kriptografik algoritmalar. Grafik algoritmaları. Ayrıca, C dili düşük seviyeli bellek yönetimi ve yüksek seviyeli programlama özelliklerini bir araya getirerek yazılımcılara esneklik ve kontrol sağlar.

MAP (Modifiye Atmosfer Paketleme) tekniği, gıdaların mikrobiyal gelişimini önlemek veya kısıtlamak için ambalaj içindeki atmosfer ortamını değiştirerek raf ömrünü uzatma yöntemidir. Bu teknikte, ambalaj içindeki hava uzaklaştırılır ve yerine karbondioksit, azot gibi gazlar veya gaz karışımları eklenir. MAP tekniğinin bazı avantajları: Potansiyel raf ömrünü %50-%400 artırır. Ekonomik kayıpları azaltır. Ürünlerin daha uzak mesafelere dağıtılmasını sağlar. Yüksek kaliteli ürün sağlar. Bazı dezavantajları: Ek maliyet gerektirir. Sıcaklık kontrolü gereklidir. Her ürün tipi için farklı gaz formülasyonları gereklidir. Özel ekipman ve eğitim gerektirir.

BST (Binary Search Tree) kafesi, bir veri yapısı olarak kullanılır ve özellikle arama, ekleme ve silme işlemlerinde etkilidir. Çalışma prensibi: Arama: Bir değer arandığında, aranan değer mevcut düğümün değeri ile karşılaştırılır. Ekleme ve Silme: BST'ye yeni bir değer eklemek veya bir değeri silmek, veri yapısını yeniden düzenlemeye gerek kalmadan kolaylıkla yapılabilir. BST kafesinin avantajları: Hızlı arama işlemleri. Verilerin sıralı bir şekilde tutulması. Esnek veri ekleme ve silme. Dezavantajları: İnşa sürecinin uzun olabilmesi. Kurulum ve bakım maliyetlerinin yüksek olabilmesi. Hayvanların doğal yaşam alanlarından uzaklaşmalarına neden olabilmesi. Bazı insanlar tarafından etik açıdan tartışmalı bulunabilmesi.

İkili arama ağacı yüksekliği, özyinelemeli bir fonksiyon kullanılarak hesaplanabilir. Örnek kod (C dili): ```c struct node { int data; struct node left; struct node right; }; int height(struct node node) { if (node == NULL) return 0; else { int left_height = height(node->left); int right_height = height(node->right); if (left_height > right_height) return(left_height + 1); else return(right_height + 1); } } ``` Alternatif olarak, ikili arama ağacı yüksekliği, h(T) = max{h(TL), h(TR)} + 1 formülü ile de hesaplanabilir.

Linked List'in (Bağlı Liste) bazı avantajları: Dinamik yapı: Eleman ekleme veya çıkarma işlemleri arraylere kıyasla daha efektif ve hızlıdır. Esnek bellek kullanımı: Node'lar bellekte boş buldukları alanlara yerleşebilir, bu da daha az bellek israfı anlamına gelir. Farklı veri yapılarını destekleme: Linked List, Stack, Queue, Graph ve Hash Maps gibi birçok veri yapısını implemente etmek için kullanılabilir. O(1) karmaşıklığı: Başa ve sona ekleme/çıkarma işlemleri sabit zamanda (O(1)) yapılabilir.

Divide-and-conquer (böl ve yönet) algoritması, çeşitli veri yapılarında kullanılır. Özellikle şu alanlarda yaygın olarak uygulanır: Sıralama algoritmaları: Merge Sort ve Quick Sort gibi algoritmalar, bir diziyi bölme ve sıralı alt dizileri birleştirme mantığına dayanır. Arama algoritmaları: Binary Search (ikili arama) gibi algoritmalar, dizinin ortasını bölme ve arama aralığını daraltma prensibine sahiptir. Graf algoritmaları: Graflar üzerinde yol bulma, en kısa yol bulma gibi problemler için de bu yöntem kullanılabilir. Bu algoritmalar, problemi daha küçük alt problemlere bölerek ve bu alt problemleri çözerek orijinal problemi çözer.

Python'da dinamik veri yapısı, bir değişkenin veri tipinin önceden açıkça belirtilmesi gerekmeyen, program çalışırken otomatik olarak belirlenen yapılardır. Python, dinamik tipli bir dil olduğu için, bir değişkene program sırasında farklı veri tipleri atanabilir. Bazı dinamik veri yapıları: Liste (list). Sözlük (dict).

Set kodları, farklı alanlarda ve programlama dillerinde çeşitli amaçlarla kullanılır: SQL'de: Veritabanındaki kayıtları güncellemek için SQL'in `UPDATE` komutunda kullanılır. Python'da: `Set` veri yapısı, elemanların sıralanamadığı ve indekslenemediği, ancak elemanların eklenip çıkarılabildiği koleksiyonlar için kullanılır. STL ve CLR'de: `set` sınıfı, belirli bir anahtarla eşleşen öğeleri bulmak, eklemek veya silmek için kullanılır.

Veri yapıları ve algoritmalar, genellikle bilgisayar bilimleri, yazılım mühendisliği veya bilgisayar mühendisliği bölümlerinde öğretilir. Bu bölümlerde öğrenciler, programlama dilleri, veri yapıları, algoritmalar ve matematiksel analiz gibi temel derslerin yanı sıra, yapay zeka, makine öğrenimi, veritabanı yönetimi ve ağ güvenliği gibi ileri düzey dersler de alırlar. Ayrıca, bilişim sistemleri ve teknolojileri bölümü de hem yazılım hem de donanım konularını kapsadığı için veri yapıları ve algoritmaların öğretildiği bölümler arasında yer alabilir.