บทที่ 1 

พื้นฐานโครงสร้างข้อมูล

            คอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นมาเพื่อใช้จัดการและเปลี่ยนแปลงข้อมูลข่าวสาร (Information) ดังนั้น จึงต้องมีการศึกษาถึงการควบคุมดูแลการทำงานของคอมพิวเตอร์ที่ยุ่งเกี่ยวกับข้อมูลข่าวสาร เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงแก้ไขหรือเพื่ออำนวยประโยชน์ที่ต้องการการทำงานเพื่อนแก้ไขปัญหาต่าง ๆ ด้วยระบบคอมพิวเตอร์จะประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ทางด้านฮาร์ดแวร์ (Hardware) เช่น ซีพียู (CPU) หน่วยความจำ (Memory) อุปกรณ์รับส่งข้อมูล(Input/Output Device)และซอฟแวร์(Software)ที่นำมาใช้ควบคุมการทำงานของฮาร์ดแวร์ เพื่อแก้ไขปัญหานั้น ๆ ในการแก้ไขปัญหาจึงต้องมีกระบวนการพัฒนาซอฟต์แวร์ (Software Development) ที่เป็นขั้นตอนมาใช้ดังนี้

ขั้นตอนการพัฒนาซอฟแวร์

การแยกแยะและวิเคราะห์ปัญหา 

       ในขั้นตอนแรกเป็นการแก้ไขปัญหาโดยการวิเคราะห์และแยกแยะ สิ่งแรกที่ต้องพิจารณา คือ เอาต์พุต ที่ต้องการและมีข้อมูลข่าวสารอะไรบ้างที่ทำที่ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาได้หลังจากพิจารณาเอ้าท์พุตก็คือพิจารณาอินพุต และมีข้อมูลข่าวสารอะไรบ้างที่ทำให้สามารถแกไขปัญหาได้ หลังจากแยกแยะเอ้าท์พุตและอินพุต รวมถึงข้อมูลข่าวสารที่ต้องการเสร็จสิ้นลงก้เป็นการพัฒนาเขียนอัลกอรึทึมและโปรแกรม

การออกแบบระบบ 

       เนื่องจากระบบคอมพิวเตอร์ไม่สามารถที่จะเข้าใจและแกไขปัญหาบางอย่างได้ จึงต้องมีวิธีการที่จะแก้ไขปัญหาโดยการออกแบบระบบ ซึ่งเป็นการวางแผนออกแบบที่แยกแยะออกเป็นปัญหาย่อย และพิจารณาสร้างชุดคำสั่งเพื่อแก้ไขปัญหาย่อยนั้น จากนั้นมารวมกันเป็นระบบที่สามารถแก้ไขปัญหาทั้งหมด มีลักษณะการวางแผนออกแบบจากบนลงล่าง (Top-down Design) ซึ่งประกอบด้วย 2 ส่วนหลัก ๆ คือ

1. โครงสร้างข้อมูล (Data Strutcure) 

        ใช้ควบคุมและจัดการกับข้อมูลของปัญหานั้น ๆ หรือที่เรียกว่าชนิดข้อมูลมีโครงสร้าง เรียกสั้น ๆ ว่าชนิดข้อมูล เช่น ชนิดข้อมูลอาร์เรย์ ชนิดข้อมูลสแตก และชนิดข้อมูลลิ้งค์ ลิสต์ การออกแบบระบบต้องเลือกใช้โครงสร้างข้อมูลอย่างเหมาะสมเพื่อจัดการกับข้อมูลที่ใช้ในระบบ 

2. การออกแบชุดคำสั่ง (Module Design)

        ในการแก้ไขปัญหาจะต้องมีกระบวนการทำงานเพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลข่าวสารหรือเอ้าท์พุต ที่ต้องการโดยชุดคำสั่งเป็นส่วนประกอบของระบบ จึงต้องมีการออกแบบการทำงานที่เป็นชุดคำสั่งหรือโมดุลนั้นๆ และเรียกว่า อัลกอรึทึม ได้เป็น  

โครงสร้างข้อมูล + อัลกอริทึม = โปรแกรม

        การที่จะเลือกใช้โครงสร้างข้อมูลและอัลกอริทึมในการออกแบบให้การทำงานอย่สงมีประสิทธิภาพ  ซึ่งถือว่าเป็นหัวใจสำคัญของการออกแบบซอฟต์แวร์จะพิจารณาได้จากลักษณะดังต่อไปนี้ 

1.      ความถูกต้อง
2.      ระยะเวลาการทำงาน
3.      จำนวนพื้นที่ใช้งาน
4.      ความเรียบง่าย
5.      ความเหมาะสมที่สุด

การเขียนคำสั่งและรวมกัน 

       การเขียนคำสั่ง (Coding) คือ การเขียนคำสั่งต่าง ๆ ของโปรแกรมให้ทำงานเป็นไปตามโครงสร้างข้อมูลและอัลกอริทึมด้วยภาษาเขียน โปรแกรมภาหนึ่ง ถ้าโครงสร้างข้อมูลและอัลกอริทึมถูกออกแบบไว้เป็นอย่างดีทำให้กระบวนการแปลง คำสั่งจากภาษาเขียนให้เป็นภาษาเครื่องก็จะง่ายไม่ยุ่งยากลำบาก

       การรวมกัน (Integration) เป็นกระบวนการนำคำสั่งต่าง ๆ ที่เขียนเป็นแต่ละชุดคำสั่งมารวมกันและให้มีการทำงานร่วมกันได้เป็นซอฟต์แวร์โปรแกรมขึ้นมา 

        การเขียนโปรแกรมที่ดีนั้นจะต้องมีความถูกต้องในการทำงาน สามารถอ่านคำสั่งและทำความเข้าใจได้ง่าย จึงต้องมีโครงสร้างการเขียนโปรแกรมที่ดี ซึ่งมีวิธีการเข้ามาช่วยเหลือในการเขียนโดยพิจารณาได้จากเรื่องต่อไปนี้

1. การเขียนโปรแกรมควรเป็นแบบบนลงล่าง (Top-Down) โดยเฉพาะกับปัญหาที่มีขนาดใหญ่หรือมีความซับซ้อน จึงควรแยกปัญหาใหญ่ออกเป็นปัญหาย่อย ๆ จากการเขียนคำสั่งทั้งหมดในโปรแกรม ก็แยกเป็นชุดคำสั่งย่อย ๆ
        2. ใช้โครงสร้างควบคุมการทำงาน (Control Structure) ในการเขียนโปรแกรมหรือชุดคำสั่ง เช่น การใช้เงื่อนไข IF การใช้วนลูปแบบต่าง ๆ
        3. ควรใช้ตัวแปรที่เป็นแบบโลคอล (Local Variable) และใช้กับชุดคำสั่งเพื่อแก้ปัญหาย่อย
        4. ควรใช้ตัวแปรพารามิเตอร์ (Parameter)  กับชุดคำสั่งเพื่อแก้ไขปัญหาย่อย หลีกเลี่ยงที่จะใช้ตัวแปรที่เป็นแบบโกลบอล และตัวพารามิเตอร์ควรมีการป้องกันหากมีการแก้ไขค่า
        5. นำตัวแปรค่าคงที่ ( Constant Variable) มาใช้ จะช่วยให้การเขียนโปรแกรมมีความยืดหยุ่นมากขึ้นและอ่านเข้าใจง่าย
        6. การเขียนโปรแกรมควรมีการจัดพื้นที่หรือบรรทัดว่างเพื่อให้อ่านสะดวก มีการย่อหน้าเพื่อจัดระดับของคำสั่งและมีลักษณะที่เป็นกรอบ

ทดสอบความถูกต้อง

      1. การตรวจคำสั่ง (Validation) เป็นการตรวจสอบการเขียนโปรแกรมว่ามีความถูกต้องตามโครงสร้างของภาษาและทำงานตรงตามที่ต้องการหรือไม่ 

        2. การตรวจสอบความจริง (Verification) เป็นการตรวจสอบขั้นตอนการทำงานของโปรแกรมว่ามีความถูกต้องและสอดคล้องกันหรือไม่
        3. การทดสอบ (Testing) เป็นการทดสอบการทำงานว่าในแต่ละส่วนหรือชุดคำสั่งและการทำงานทั้งหมดในโปรแกรมมีความถูกต้องหรือไม่ มีการทดสอบแต่ละยูนิต   ทดสอบการรวมกันของยูนิต

การดูแลระบบ

         หลังจากการพัฒนาซอฟต์แวร์เสร็จสมบูรณ์และนำไปใช้งาน  หากมีความต้องการที่จะเปลี่ยนแปลงแก้ไขเพื่อเติม  หรือโปรแกรมมีปัญหาเกิดขึ้น  จึงต้องมีการดูแลระบบ เพื่อนำกลับมาปรับปรุงแก้ไขใหม่ให้เป็นไปตามความต้องการ

ความหมายโครงสร้างข้อมูล/ชนิดข้อมูล

         การทำงานของคอมพิวเตอร์จะมีการจัดการอย่างไรเพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลข่าวสาร   และสามารถนำมาใช้งานออกมาเป็นข้อมูลข่าวสารในรูปแบบต่าง ๆ  ที่ทำความเข้าใจได้  แต่เนื่องจากคอมพิวเตอร์เป็นเพียงเครื่องจักรที่ไม่สามารถเข้าใจความหมายของข้อมูลข่าวสารได้เช่นเดียวกับคน  จึงมีการกำหนดรูปแบบที่ใช้สื่อความหมายของข้อมูลข้าวสารให้คอมพิวเตอร์กับผู้ใช้งานเข้าในตรงกันเรียกว่า โครงสร้างข้อมูลหรือชนิดข้อมูล โดยแบ่งออกได้เป็นดังนี้

         1.บิต (Bit) 

         2.ไบต์ (Byte) 

         3.เลขจำนวนเต็ม (Integer) 

         4. เลขจำนวนจริง (Real Number) 

         5.ตัวอักษร (Character) 

โครงสร้างข้อมูลกับภาษาเขียนโปรแกรม

          ภาษาเขียนโปรแกรม (Programming Language) ช่วย ให้ผู้เขียนโปรแกรมสามารถกำหนดโครงสร้างข้อมูลที่มีความหมายให้กับตำแปร เนื่องจากตัวแปรเหล่านี้ต้องเก็บค่าตามลักษณะของโครงสร้างข้อมูลที่ได้กำหนด มาและส่วนของการปฏิบัติการที่ช่วยให้การทำงานกับโครงสร้างข้อมูลมีความถูก ต้อง ภาษาเขียนโปรแกรมหลายภาษาจะมีแนวทางที่แตกต่างกันในการกำหนดโครงสร้างข้อมูล มาให้ใช้ เช่น ภาษาซี(C) อนุญาตให้โครงสร้างข้อมูลตัวอักษรกับเลขจำนวนเต็มสามารถใช้ร่วมกันและคำนวณได้ ภาษาปาสคาล (Pascal) จะต้องประกาศตัวแปรอย่างชัดเจนว่ากำหนดโครงสร้างข้อมูลเป็นแบบใด ขณะที่ภาษาฟอร์แทรน(Fortran) เป็นการประกาศปิดบังไว้จึงไม่ต้องกำหนดโครงสร้างข้อมูลให้กับตัวแปร 

อ้างอิง  http://itd.htc.ac.th/st_it51/it5144/npt/work/dsa/data/l1.html