데이터 추상화(data abstrantion) 와 ADT

데이터 추상화는 데이터 구조의 구현 세부 사항을 외부 인터페이스와 분리하는 것을 포함하는 컴퓨터 과학의 핵심 개념이다. 데이터 추상화의 목표는 구현의 세부 사항을 숨기면서 복잡한 데이터 구조를 위한 간단하고 사용하기 쉬운 인터페이스를 만드는 것이라 효율적으로 액세스, 조작 및 저장할 수 있는 방식으로 데이터를 저장하고 구성하는 방법을 제공해야 한다. 데이터 구조의 주요 측면 중 하나는 데이터 추상화 및 추상화 데이터 유형(ADT)의 개념이다. 이 블로그 게시물은 데이터 추상화와 ADT가 의미하는 바와 데이터 구조와 어떻게 관련되어 있는지 탐구한다.

 

'데이터 추상화란 무엇인가?'

 

데이터 추상화는 구현 세부사항을 숨기는 동시에 데이터 구조의 필수 기능만 노출하는 프로세스다.

개발자가 구현을 알지 못한 채 데이터 구조를 사용할 수 있도록 하는 프로그래밍 기법이다.

데이터 추상화는 데이터의 논리적 관점과 물리적 구현을 분리하는 것이다.

데이터 추상화의 주요 목표는 데이터 구조에 대한 높은 수준의 뷰를 제공하여 프로그램의 복잡성을 단순화하는 것이다.

 

데이터 추상화는 개발자가 더 강력하고 유지 관리 가능한 코드를 만들 수 있기 때문에 소프트웨어 개발에 필수적이다. 데이터 표현의 세부 사항을 추상화함으로써 개발자는 데이터 구조를 사용하는 나머지 코드에 영향을 미치지 않고 데이터 구조의 기본 구현을 변경할 수 있다. 이를 통해 코드를 쉽게 수정, 확장 및 재사용할 수 있게되는 것 이다.

예를 들어, 단순 스택 데이터 구조를 생성한다고 가정하자. 스택 데이터 구조에는 푸시(push)와 팝(pop)의 두 가지 기본 작업이 있다. 스택 데이터 구조를 프로그램에 직접 구현하는 대신 스택의 필수 기능을 나타내는 형식으로 추상 데이터 유형을 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 이 프로그램은 후드 아래에서 데이터 구조가 어떻게 작동하는지 걱정하지 않고 추상적인 데이터 유형만을 사용하게 되는 것이다.

데이터 추상화를 할 수 있는 한 가지 방법은 ADT(Abstract Data Types)를 사용하는 것이다.

그렇다, ADT는 데이터 추상화의 방법인 것이다. ADT는 데이터 값에 대해 수행할 수 있는 일련의 데이터 값과 연산에 대한 수학적 모델이다. ADT는 데이터 구조의 동작을 지정하지만 구현은 지정하지 않는다. 이를 통해 ADT를 사용하는 코드에 영향을 주지 않고 구현을 변경할 수 있는 것이다.

예를 들어, 스택의 개념을 생각해 보라. 스택은 한 끝에서 요소를 추가하거나 제거할 수 있는 데이터 구조이다. 그러나 스택의 구현은 다를 수 있다. 즉, array, linked list 또는 기타 데이터 구조를 사용하여 구현할 수 있다. 스택을 ADT로 정의하면 구현을 지정하지 않고 스택의 동작을 지정할 수 있는 것이다.

 

 

'ADT(Abstract Data Type)란 무엇인가?'

ADT(Abstract Data Type)는 일련의 작업 또는 메서드에 의해 동작이 정의되는 데이터 유형이다.

ADT는 개발자가 구현 세부 정보를 알지 못한 채 데이터 구조로 작업할 수 있도록 추상화를 제공한다.

ADT(Abstract Data Type)는 구현 세부 정보를 지정하지 않고 데이터 구조의 동작과 작업을 정의하는 데이터 구조에 대한 설명이다.

ADT는 데이터 구조가 수행하는 방식이 아니라 데이터 구조가 수행하는 작업을 지정하는 것이다.

ADT는 개발자가 데이터 구조의 구현 세부 사항을 추상화할 수 있는 방법을 제공하여 구조의 필수 속성과 운영에 집중할 수 있도록 하는 것이다.

ADT는 구현을 지정하지 않고 데이터 구조의 동작, 인터페이스 및 복잡성만을 지정한다.

예를 들어 큐는 선입선출(FIFO) 데이터 구조를 나타내는 ADT다. 대기열에는 대기열 및 대기열 해제라는 두 가지 기본 작업이 존재한다. 엔큐 작업은 대기열의 끝에 요소를 추가하고 디큐 작업은 대기열의 시작 부분에서 요소를 제거한다.

ADT는 데이터 구조 구현과 사용에 대한 우려를 분리할 수 있는 방법을 제공한다. 이러한 관심사의 분리를 통해 개발자는 코드를 재사용하고 보다 효율적인 프로그램을 만들 수 있게 되는 것이다. 예를 들어 데이터 구조의 구현을 변경해야 하는 경우 ADT를 사용하는 코드에 영향을 주지 않고 변경할 수 있는 것이다.

 

ADT는 Java 및 Python과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어를 포함하여 다양한 프로그래밍 언어로 구현될 수 있다. 이러한 언어에서 ADT는 일반적으로 데이터를 캡슐화하는 클래스 및 해당 데이터에 대해 작동하는 메서드로 정의된다.

다음은  ADT의 예시이다:

스택: LIFO(Last In First Out) 원칙을 따르는 데이터 구조로, 스택에 마지막으로 추가된 요소가 가장 먼저 제거되는 요소.

대기열: FIFO(First In First Out) 원칙을 따르는 데이터 구조로, 대기열에 추가된 첫 번째 요소가 제거될 첫 번째 요소.

트리: 가장자리로 연결된 노드로 구성된 계층 구조를 나타내는 데이터 구조.

그래프: 모서리로 연결된 정점(노드)의 집합을 나타내는 데이터 구조.


예시로 Python에서 스택 ADT의 간단한 구현이다  :

class Stack:
    def __init__(self):
        self.items = []
        
    def push(self, item):
        self.items.append(item)
        
    def pop(self):
        return self.items.pop()
        
    def is_empty(self):
        return len(self.items) == 0

이 구현에서 스택 클래스는 스택 ADT를 나타낸다. __init__ 메서드는 빈 목록을 초기화하여 스택에 항목을 저장한다. 푸시 방법은 스택의 맨 위에 항목을 추가하는 반면, 팝 방법은 스택에서 맨 위 항목을 제거하고 반환한다. is_empty 메서드는 스택이 비어 있는지 확인한다.

이 구현을 사용하면 스택 개체를 생성하고 그 방법을 사용하여 구현의 세부 사항을 알 필요 없이 스택을 조작할 수 있는 것이다:

s = Stack()
s.push(1)
s.push(2)
s.push(3)
print(s.pop())  # prints 3
print(s.pop())  # prints 2
print(s.is_empty())  # prints False

 

ADT는 데이터 구조와 어떤 관계가 있나?

ADT는 구현 세부 정보를 지정하지 않고 데이터 구조의 동작 및 작동을 설명할 수 있는 방법을 제공하기 때문에 데이터 구조와 밀접한 관련이 있다. 즉, ADT는 데이터 구조의 높은 수준의 보기를 제공하는 반면, 데이터 구조는 낮은 수준의 보기를 제공한다.

데이터 구조는 ADT의 구체적인 구현으로 생각할 수 있다. 예를 들어 ADT는 스택이 구현되는 방법을 지정하지 않고 스택의 동작을 설명할 수 있다. 반면에, 스택 데이터 구조는 메모리 할당, 데이터 저장 및 운영 측면에서 스택이 어떻게 구현되는지를 명시하는 스택 ADT의 구체적인 구현을 제공한다.

ADT와 데이터 구조의 분리는 개발자가 구현 세부 사항에 구애받지 않고 데이터 구조의 동작과 운영에 집중할 수 있게 해주기 때문에 소프트웨어 개발에 중요하다. 이를 통해 효율성과 확장성이 향상될 뿐만 아니라 보다 모듈화되고 유지관리 가능한 코드를 사용할 수 있는 것이다.

ADT는 일반적으로 사양과 구현의 조합을 사용하여 정의된다. 사양은 ADT의 동작을 정의하는 반면 구현은 지정된 동작을 수행하는 실제 코드를 제공한다. 구현은 일반적으로 ADT 사용자에게 숨겨진다.

ADT를 구현하는 한 가지 일반적인 방법은 객체 지향 프로그래밍 언어에서 클래스와 객체를 사용하는 것이다. 클래스는 ADT를 나타내고 개체는 ADT의 인스턴스를 나타낸다. 클래스의 메서드는 ADT에서 수행할 수 있는 작업을 제공한다.

 

데이터 추상화 및 ADT의 이점:

캡슐화: 데이터 추상화 및 ADT는 데이터 구조의 구현 세부사항을 캡슐화한다. 이 캡슐화는 코드의 명확성, 유지관리 가능성 및 신뢰성을 향상시킨다.

코드 재사용 가능성: 데이터 추상화 및 ADT는 데이터 구조에 대한 표준 인터페이스를 제공하여 코드 재사용 가능성을 높인다. 이 표준 인터페이스를 통해 개발자는 코드를 재사용하고 보다 효율적인 프로그램을 구축할 수 있다.

유연성: 데이터 추상화 및 ADT는 ADT를 사용하는 코드에 영향을 미치지 않고 데이터 구조의 구현을 변경할 수 있도록 함으로써 유연성을 제공한다.

보안: 데이터 추상화 및 ADT는 구현 세부 정보를 숨겨 보안을 강화한다. 이 보안 기능은 데이터 개인 정보 보호 및 보안이 중요한 소프트웨어 개발에 필수적이다.

 

결론

결론적으로, 데이터 추상화와 ADT는 특히 데이터 구조와 관련하여 컴퓨터 과학과 프로그래밍에서 필수적인 개념이다. 데이터 추상화는 데이터 표현의 세부 사항을 숨기는 동시에 사용자에게 필수적인 기능만 보여주는 것을 포함하며, ADT는 구현 세부 사항을 지정하지 않고 동작 및 운영을 설명함으로써 데이터 구조에 대한 높은 수준의 보기를 제공한다. ADT와 데이터 구조를 분리하면 효율성과 확장성이 향상될 뿐만 아니라 보다 모듈화되고 유지 관리 가능한 코드를 사용할 수 있다. 이러한 개념을 이해함으로써 개발자는 보다 강력하고 유지관리 가능한 솔루션을 구축할 수 있는 것이다.