Arreglos o Matrices: Qué Son

Un arreglo en informática es un tipo de dato que almacena un conjunto ordenado de elementos del mismo tipo. Los arreglos existen en la mayoría de los lenguajes de programación y son necesarios para almacenar fácilmente varios valores y trabajar con ellos rápidamente.

Puedes comparar esta estructura de datos con un conjunto de cajas numeradas, donde cada una contiene un objeto. Este objeto es un elemento del arreglo, y el número de la caja es el índice del elemento, un número de orden con el que puedes encontrarlo.

En algunos lenguajes de programación, los arreglos tienen nombres alternativos, como array, matriz o vector. Esta estructura de datos se parece a estos conceptos matemáticos: también representan un conjunto continuo de elementos con una posición claramente definida.

¿Para quién y para qué son útiles los arreglos?

Prácticamente todos los programadores usan arreglos. Son necesarios en situaciones donde es necesario trabajar con un conjunto de datos del mismo tipo, como una secuencia de números, objetos o cadenas de texto.

Un arreglo ayuda a:

• Almacenar varios valores del mismo tipo dentro de una sola variable;
• Estructurar y ordenar la información;
• Acceder fácilmente a cada elemento;
• Aplicar rápidamente las mismas acciones a todos los elementos del arreglo;
• Ahorrar memoria y mantener una alta velocidad de ejecución de las acciones.

Además, es simplemente más cómodo que «colocar» varios elementos similares en diferentes variables. Los arreglos son una de las estructuras básicas en la programación, y sin ellos, escribir código sería mucho más difícil.

¿Cómo funciona un arreglo?

Técnicamente, un arreglo es una variable que incluye varios valores, una especie de contenedor. Los elementos de un arreglo suelen tener el mismo tipo, por ejemplo, todos son números o cadenas de texto. Los elementos están ubicados en celdas de memoria contiguas, por lo que la iteración de los elementos u otras acciones con ellos se realizan bastante rápido. El tiempo de acceso a cada elemento es fijo, y obtener una referencia a cualquiera de ellos es fácil gracias a los índices.

Un arreglo estático clásico tiene una longitud fija, es decir, una cantidad de elementos. Se define al crear la variable: el desarrollador escribe inmediatamente en la descripción del arreglo cuántos elementos almacenará. Si se sale de este rango y, por ejemplo, se intenta asignar un valor al sexto elemento de un arreglo de cinco elementos, se producirá un error.

Los índices en un arreglo estándar solo pueden ser números enteros que van en orden: 0, 1, 2, y así sucesivamente. En la mayoría de los lenguajes de programación, la indexación comienza en cero.

¿Qué se puede hacer con los elementos de un arreglo?

Una de las ventajas del uso de un arreglo es la flexibilidad y facilidad de trabajo con los datos. A los elementos se les pueden asignar diferentes valores, y luego cambiarlos o ponerlos a cero. Puedes acceder a los elementos por índice. Por ejemplo, array[5] es la referencia al quinto elemento del arreglo llamado array.

Con los elementos individualmente, puedes hacer lo mismo que con las variables comunes: realizar diversas operaciones, mostrarlos en pantalla o en un archivo, usarlos dentro de fórmulas, etc. En la mayoría de los lenguajes también hay operaciones y métodos que se aplican a todos los elementos del arreglo: de esta manera, puedes escribir una sola línea y modificar todo el arreglo.

Existen otras funciones especiales. Por ejemplo, en algunos lenguajes puedes convertir una cadena o una variable de otro tipo en un arreglo. Hay comandos separados para acceder al primer y último elemento de un arreglo, para eliminarlos o modificarlos, para obtener la longitud del arreglo, etc.

La implementación específica y el conjunto de funciones dependen del lenguaje de programación. En diferentes lenguajes, el trabajo con arreglos puede variar, pero la esencia de la estructura de datos permanece igual.

Tipos de arreglos

• Unidimensionales y multidimensionales. Un arreglo clásico es unidimensional, es decir, parece una secuencia de elementos. Pero un arreglo también puede ser multidimensional, con mayor frecuencia bidimensional: entonces consta de varias filas ubicadas una debajo de la otra. Un arreglo bidimensional tiene dos índices: uno define la fila, el otro la posición del elemento en esa fila. Esto se parece a una matriz matemática o a un sistema de coordenadas bidimensional.

A veces, los arreglos bidimensionales se implementan como «un arreglo dentro de un arreglo», en otros casos hay una forma separada de describirlos; todo depende del lenguaje, el framework y otras tecnologías utilizadas.

Los arreglos tridimensionales y las estructuras con mayor dimensionalidad se usan muy raramente.

• Estáticos y dinámicos. Un arreglo estático es la implementación clásica de esta estructura de datos. Tiene una cantidad fija de elementos, que se define al crearlo y permanece inmutable durante todo su tiempo de existencia. Pero esto no siempre es conveniente, por lo que también existen los arreglos dinámicos.

Los arreglos dinámicos tienen una longitud «flexible», que aumenta o disminuye automáticamente cuando se agrega o elimina un elemento de la estructura de datos. Esto es más cómodo para los desarrolladores y ahorra memoria: no es necesario almacenar muchos elementos «vacíos», como en un arreglo estático, donde no se utiliza toda la longitud.

Internamente, los arreglos dinámicos suelen estar estructurados como estáticos, que se recrean cuando cambia la longitud. En este caso, el «paso» de recreación no es un solo elemento, sino más, es decir, la longitud aumenta inmediatamente, digamos, en cinco elementos, y no en uno. Esto es necesario para no sobrecargar demasiado el programa con recreaciones constantes del arreglo.

• Homogéneos y heterogéneos. Un arreglo clásico es homogéneo, es decir, contiene elementos de un solo tipo. Pero algunos lenguajes admiten arreglos heterogéneos, donde se pueden almacenar elementos de diferentes tipos: por ejemplo, un número, luego una cadena de texto, y luego un objeto.

Esta posibilidad puede ser útil, pero hay que tener cuidado con ella, ya que en teoría aumenta el riesgo de errores por parte del programador. Por ejemplo, intentará sumar elementos como números, y uno de ellos resultará ser una cadena de texto. Se producirá un error o el programa comenzará a comportarse de forma impredecible.

• Asociativos. Los arreglos asociativos son un subtipo especial de estructura de datos, en el que los índices no son necesariamente números enteros ordenados. Es un conjunto de datos en el formato «clave-valor», donde la clave es el análogo del índice, y el valor es el análogo del elemento.

Un arreglo asociativo puede llamarse de diferentes maneras: en Python, por ejemplo, se llama diccionario. La estructura de datos se parece realmente a un diccionario, donde la clave es una palabra y el valor es su descripción. Un segundo ejemplo claro es una guía telefónica, donde la información se proporciona en el formato «Nombre completo – número de teléfono».

A menudo, los arreglos asociativos son heterogéneos y dinámicos, pero esto también depende del lenguaje de programación.

Estructuras de datos similares a los arreglos

Un arreglo no es la única estructura de datos que almacena varios elementos. También existen las llamadas pilas y conjuntos, donde la información no está numerada, las pilas, donde solo se puede acceder al primer elemento, y las colas, donde solo se puede acceder al último elemento. También existen listas enlazadas, grafos y árboles: en estas estructuras de datos, los elementos están conectados entre sí de una manera especial mediante enlaces.

La elección de la estructura adecuada para almacenar un conjunto específico de valores depende de la tarea. La velocidad de acceso, la facilidad de uso y otros criterios son importantes.