¿Qué es un grafo en programación, para qué sirve, partes, características y tipos? Conoce el tipo abstracto de datos

La teoría de grafos no solo trata de temas sobre las características, sino también de la implementación del lenguaje de programación. Esta teoría es esencial en mundo de la programación, permite que los sistemas se desarrollen como lo hacen hoy con las distintas aplicaciones o herramienta.

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La palabra grafo proviene de la antigua Grecia y se traduce al castellano como imagen o dibujo. Se puede definir, como un conjunto de vértices o nodos unidos por enlaces denominados aristas o arcos que permiten relaciones binarias. Poseen una estructura de datos que engloba a una lista de adyacencia y una matriz. Estos son un método matemático muy usado que permite resolver problemas de la vida cotidiana.

¿Qué es un grafo en programación?

Los grafos son una composición de un grupo de objetos que se denominan nodos. Su estructura de datos no es lineal y tienen una naturaleza, en general dinámica. En ellos se almacenan diferentes elementos para procesar o conocer, cada uno con fines específicos. En algunos casos, se puede utilizar un vector para simbolizar un grafo. En este enfoque, cada nodo se puede representar mediante un índice en el vector, y los valores en el vector se usan para almacenar información adicional sobre cada nodo.

¿Para qué sirven los grafos en programación?

Son utilizados para el modelado de problemas y como representación de las relaciones entre pares de nodos o vértices. Estos elementos son famosos por su capacidad de manejar altos volúmenes de datos y ser procesados de forma sencilla por motores de búsqueda. Son muy usados en el estudio de ciencias naturales y otras áreas del conocimiento.

En el ámbito empresarial y tecnológico han comenzado a explorar sus potencialidades. Su alcance recorre desde la posibilidad de estudiar las relaciones de los clientes con los productos, hasta la de entender a profundidad todos los procesos que se desarrollan dentro de una organización a simple vista.

Los grafos son útiles para combatir el crimen. Se han utilizado sus ventajas para estudiar patrones sospechosos de fraude electrónico, bancario y la lucha contra el blanqueo de capitales en un sistema financiero. Estos se usan dentro de diversos campos como la ingeniería, eléctrica, química.

¿Cuáles son las partes de un grafo en programación?

Este consta de dos partes, la primera son los vértices, estos son puntos o nodos. El grado de uno son el número de aristas de las que es extremo y este puede ser par o impar, dependiendo de su grado. Estos a su vez pueden ser:

• Adyacentes: Es cuando dos aristas convergen en el mismo vértice.
• Aislado: Este es cuando un vértice no tiene un grado, su grado es cero.
• Terminal: Es el que posee un solo grado.
• Caminos: se pueden definir cómo la conexión de vértices, siendo una serie de vértices de un grafo.

Las aristas son las líneas que unen los vértices de un grafo. Estas pueden ser:

• Adyacentes: es cuando dos aristas coinciden en el mismo vértice.
• Paralelas: los vértices iniciales y finales son el mismo vértice.
• Cíclicas: Aristas que parten de un vértice para entrar en el mismo.
• Cruce: se trata de dos aristas que se desplazan en un punto.

Características de un grafo en programación

Estas estructuras simbolizan distintos objetos que no tienen restricción de relación entre ellos. Puede representar varias cosas de la realidad cotidiana, tales como mapas de carreteras, vías férreas, circuitos eléctricos. Un grafo, representado con la letra (G), es un par ordenado de (V) que viene siendo un conjunto de vértices o nodos y (A) son par de vértices llamados arcos o ejes del grafo. Un vértice puede que tenga 0 o más aristas y debe unir dos vértices.

Un árbol grafo es un tipo especial de grafo en el que no hay ciclos, es decir, no hay caminos que comiencen y terminen en el mismo nodo. Además, hay exactamente un camino único entre cualquier par de nodos en el árbol. Los árboles son útiles para representar jerarquías o estructuras de árbol, como la estructura de archivos en un sistema de archivos.

La gráfica se refiere a la representación visual de un grafo. Las gráficas en grafos muestran los nodos del grafo como puntos y las aristas como líneas que conectan los nodos. Las gráficas en grafos pueden ser útiles para comprender mejor la estructura y las relaciones en un grafo, especialmente para grafos más grandes y complejos.

Un algoritmo en los grafos es un conjunto de pasos definidos para resolver un problema relacionado con la estructura de un grafo. Los algoritmos en los grafos se utilizan comúnmente en una variedad de campos, incluyendo ciencias de la computación, ingeniería, matemáticas, física, biología y redes sociales, entre otros.

¿Cuántos tipos de grafo existen y cuáles son?

Hay diferentes tipos de grafos en el mundo de la programación, los básicos son los dirigidos y no dirigidos. Sin embargo, te mencionaremos los siete más importante:

• Simple: es aquel que acepta una sola arista uniendo dos vértices diferentes. Esto es equivalente a decir que una arista diferente es la que une dos vértices específicos.
• Completo: si cada par de vértices se une por una arista.
• Multigrafo: Este acepta más de una arista entre dos vértices y estas aristas se llaman múltiples o lazos
• Etiquetado: son aquellos que se ha añadido un peso a las aristas o un etiquetado a los vértices
• Aleatorio: las aristas están asociadas a una probabilidad.
• Hipergrafo: las aristas tienen más de dos extremos, tienen 3 o más vértices.
• Infinito: vértices y aristas de cardinal infinito.

Grafo dirigido

Consta de un conjunto de vértices y aristas donde cada arista se asocia de forma unidireccional a través de una flecha con otro. Estas, dependiendo de su salida o ingreso, reciben la calificación de entrante o saliente.

Tanto a las aristas como a los vértices les puede ser asociada información y se le llama etiqueta. Si lo que se asocia es un número obtiene el nombre de peso, costo o longitud. Un grafo cuyas aristas o vértices tienen pesos parecidos recibe el nombre de grafo etiquetado o ponderado. Los grafos dirigidos se representan mediante una flecha en la arista.

Grafo no dirigido

Tienen como definición aquellos que constan de un conjunto de vértices que se conectan a unas diversas aristas que no poseen una dirección.  Puede una arista recorrerse desde cualquiera de sus puntos y en la dirección que desee.

Todo grafo dirigido simétrico se puede evidenciar como un grafo no dirigido. Por ello se pueden observar como un caso particular de grafos dirigidos. En un grafo no dirigido, el triangular superior de su matriz es igual a su triangular inferior, y viceversa.

Ejemplos de grafo en programación

La teoría de grafos permite que las computadoras y los sistemas operativos funcionen a la perfección como hoy en día. Algunos ejemplos que se pueden mencionar son:

• Redes de computadoras.
• Los componentes internos de un computador, representados como nodos entre los cuales fluyen los datos.
• Redes neuronales (IA o ML.).
• El transporte público de un lugar.
• La distribución de energía eléctrica.
• Las relaciones entre las distintas personas con una economía y el flujo de dinero entre ellos.
• Mapas, los caminos de estos puede ser modelado por grafos, para que se pueda encontrar la ruta más corta o con menos tráfico.

Los grafos son herramientas esenciales dentro de la programación. Gracias a ellos podemos disfrutar de aplicaciones que son útiles para cualquier función diaria.