1. Wstęp: jak komputer radzi sobie z danymi
Każdy z nas coś zapisuje — numery telefonów, listę zakupów, oceny z ostatnich sprawdzianów albo listę ulubionych piosenek.
Komputer też musi przechowywać dane.
Ale nie trzyma ich „na kartce”, tylko w specjalnych strukturach danych — czyli sposobach porządkowania informacji w pamięci.
Najprostsza z nich to lista.
Ale zanim do niej przejdziemy, warto zrozumieć pewną różnicę…
2. Tablica a struktura dynamiczna
Wyobraź sobie, że masz pudełko na 10 miejsc i wkładasz tam swoje rzeczy.
Jeśli chcesz włożyć jedenasty przedmiot — nie ma już miejsca.
Musisz wziąć większe pudełko i wszystko przepakować.
Tak działa tablica statyczna — ma określony rozmiar, którego nie da się łatwo zmienić.
A teraz wyobraź sobie pudełko LEGO, do którego możesz dokładać klocki, kiedy chcesz.
Nie musisz nic przepakowywać — po prostu dołączasz nowy klocek na końcu.
To jest struktura dynamiczna — taka, która potrafi zmieniać rozmiar w trakcie działania programu.
3. Lista – magazyn danych
Lista to najprostszy przykład struktury dynamicznej.
To po prostu zbiór elementów ułożonych w kolejności — tak jak półki w magazynie.
Można do niej:
- dodać nowy element (
append()), - usunąć ostatni (
pop()), - wstawić coś w wybrane miejsce (
insert()).
Przykład:
lista = [] # pusta lista
lista.append("mleko")
lista.append("chleb")
lista.append("masło")
print("Lista zakupów:", lista)
lista.pop() # usuwa ostatni element
print("Po usunięciu:", lista)
lista.insert(1, "ser") # wstawiamy w środek
print("Po wstawieniu sera:", lista)
Wynik:
Lista zakupów: ['mleko', 'chleb', 'masło']
Po usunięciu: ['mleko', 'chleb']
Po wstawieniu sera: ['mleko', 'ser', 'chleb']
W pamięci komputer trzyma to tak:
mleko → ser → chleb
Każdy element „wskazuje” na następny.
4. Stos – jak wieża talerzy
Wyobraź sobie stos talerzy w szkolnej stołówce.
Kładziesz jeden na drugi, ale jak chcesz wziąć talerz, to zdejmujesz ten z góry.
Nie sięgniesz po środkowy, dopóki nie zdejmiesz wszystkich powyżej.
To właśnie stos (stack).
Zasada działania to LIFO – Last In, First Out – ostatni wszedł, pierwszy wychodzi.
Przykład:
stos = []
stos.append("Matematyka")
stos.append("Informatyka")
stos.append("Angielski")
print("Stos:", stos)
ostatni = stos.pop()
print("Zdejmuję ze stosu:", ostatni)
print("Po zdjęciu:", stos)
Wynik:
Stos: ['Matematyka', 'Informatyka', 'Angielski']
Zdejmuję ze stosu: Angielski
Po zdjęciu: ['Matematyka', 'Informatyka']
W pamięci:
↑ Angielski
↑ Informatyka
↑ Matematyka
Gdzie w życiu używa się stosu?
- historia stron w przeglądarce (przycisk „Wstecz”),
- cofanie ostatniego ruchu w grze (undo),
- sprawdzanie poprawności nawiasów w wyrażeniach matematycznych.
5. Kolejka – jak w sklepie lub w stołówce
Kto pierwszy stanął, ten pierwszy wychodzi.
Nie możesz się przepchnąć na początek, bo wszyscy czekają w kolejności.
Tak działa kolejka (queue).
Jej zasada to FIFO – First In, First Out – pierwszy wszedł, pierwszy wychodzi.
Przykład:
from collections import deque
kolejka = deque()
kolejka.append("Ola")
kolejka.append("Tomek")
kolejka.append("Kasia")
print("Kolejka:", kolejka)
pierwszy = kolejka.popleft()
print("Obsłużono:", pierwszy)
print("Zostało:", kolejka)
Wynik:
Kolejka: deque(['Ola', 'Tomek', 'Kasia'])
Obsłużono: Ola
Zostało: deque(['Tomek', 'Kasia'])
W pamięci:
Ola → Tomek → Kasia
Gdzie w życiu używa się kolejki?
- kolejka klientów do obsługi (drukarka, sklep),
- kolejka zadań w systemie operacyjnym,
- kolejka graczy w grach online.
6. Jak to wszystko zapamiętać
| Struktura | Zasada | Przykład z życia | Sposób działania |
|---|---|---|---|
| Lista | Dodajesz, usuwasz, wstawiasz gdzie chcesz | Lista zakupów | swobodne manipulowanie danymi |
| Stos | Ostatni wchodzi, pierwszy wychodzi (LIFO) | Stos talerzy | append() i pop() |
| Kolejka | Pierwszy wchodzi, pierwszy wychodzi (FIFO) | Kolejka do kasy | append() i popleft() |
7. Po co to wiedzieć?
Zrozumienie tych struktur to podstawa programowania.
Każda aplikacja, gra czy system operacyjny w jakiś sposób z nich korzysta:
- gra przechowuje ruchy gracza na stosie,
- system drukarki ma kolejkę zadań,
- sklep internetowy ma listę produktów.
To jak z klocków LEGO — na tych prostych strukturach buduje się wszystko, co potem nazywamy „algorytmami”.
8. Zadania do samodzielnego wykonania
Zadanie 1 – Lista zakupów
Napisz program, który pozwala:
- dodawać produkty do listy,
- usuwać ostatni,
- wyświetlać listę.
Zakończ wpisując „koniec”.
Zadanie 2 – Stos książek
Zaimplementuj stos, do którego możesz dodawać tytuły książek (push) i zdejmować je (pop).
Pokaż, które książki pozostały.
Zadanie 3 – Kolejka do lekarza
Utwórz kolejkę pacjentów. Każdy wpisuje swoje imię.
Lekarz obsługuje pacjentów w kolejności zgłoszeń (popleft()).
Zadanie 4 – Dla chętnych
Napisz program, który sprawdza, czy nawiasy w wyrażeniu matematycznym są poprawnie dopasowane.
Podpowiedź: użyj stos do śledzenia otwierających nawiasów.
9. Podsumowanie
- Struktury dynamiczne mogą zmieniać rozmiar podczas działania programu.
- W Pythonie wszystkie trzy — lista, stos i kolejka — można zrealizować bardzo prosto.
- Ich zrozumienie to klucz do nauki bardziej złożonych struktur, takich jak drzewa, grafy czy tablice haszujące.
Jak to sobie wyobrazić
LISTA:
[A] – [B] – [C] ← można dodać lub wyjąć w dowolnym miejscu
STOS:
↑ C
↑ B
↑ A ← zdejmujesz tylko z góry (LIFO)
KOLEJKA:
A → B → C ← pierwszy wchodzi, pierwszy wychodzi (FIFO)