Структура — это расположение и организация взаимосвязанных элементов в материальном объекте или системе или в объекте или системе, организованных таким образом . [1] К материальным структурам относятся искусственные объекты, такие как здания и машины , и природные объекты, такие как биологические организмы , минералы и химические вещества . Абстрактные структуры включают структуры данных в информатике и музыкальной форме . Типы структуры включают иерархию (каскад связей «один-ко-многим»), сеть со связями «многие-ко-многим » или решетку , состоящую из связей между компонентами, которые являются соседями в пространстве.
Здания , самолеты , скелеты , муравейники , бобровые плотины , мосты и соляные купола — все это примеры несущих конструкций. Результаты строительства делятся на здания и нестроительные сооружения и составляют инфраструктуру человеческого общества. Построенные конструкции широко разделены по различным подходам и стандартам проектирования на категории , включая строительные конструкции, архитектурные конструкции , конструкции гражданского строительства и механические конструкции.
Воздействие нагрузок на физические конструкции определяется посредством структурного анализа , который является одной из задач проектирования конструкций . Конструктивные элементы можно классифицировать как одномерные ( тросы , стойки , балки , арки ), двухмерные ( мембраны , плиты, плиты , оболочки , своды ) или трехмерные (твердые массы). [2] : 2 Трехмерные элементы были основным вариантом, доступным для ранних построек, таких как Чичен-Ица . У одномерного элемента одно измерение намного больше двух других, поэтому остальными размерами при расчетах можно пренебречь; однако соотношение меньших размеров и состава может определять жесткость элемента на изгиб и сжатие . Двумерные элементы с тонким третьим измерением не имеют ни того, ни другого, но могут противостоять двухосному растяжению. [2] : 2–3
Элементы структуры объединяются в структурные системы . Большинство бытовых несущих конструкций представляют собой секционно-активные конструкции типа рам, которые состоят преимущественно из одномерных (изгибающихся) конструкций. Другими типами являются векторно-активные структуры, такие как фермы , поверхностно-активные структуры, такие как оболочки и складчатые пластины, формоактивные структуры, такие как кабельные или мембранные структуры, и гибридные структуры. [3] : 134–136.
Биологические структуры, несущие нагрузку, такие как кости, зубы, панцири и сухожилия, черпают свою силу из многоуровневой иерархии структур, использующих биоминералы и белки , в нижней части которых находятся коллагеновые фибриллы . [4]
В биологии одним из свойств жизни является ее высокоупорядоченная структура, [5] которую можно наблюдать на многих уровнях , например, в клетках , тканях , органах и организмах .
В другом контексте структуру можно также наблюдать в макромолекулах , особенно в белках и нуклеиновых кислотах . [6] Функция этих молекул определяется их формой и составом, а их структура имеет несколько уровней. Структура белка имеет четырехуровневую иерархию. Первичная структура – это последовательность аминокислот , из которых она состоит. Его пептидная основа состоит из повторяющейся последовательности атомов азота и двух атомов углерода. Вторичная структура состоит из повторяющихся структур, определяемых водородными связями . Двумя основными типами являются α-спираль и β-складчатый лист . Третичная структура представляет собой изгиб полипептидной цепи вперед и назад, а четвертичная структура – это способ объединения и взаимодействия третичных единиц. [7] Структурная биология занимается биомолекулярной структурой макромолекул. [6]
Химическая структура относится как к молекулярной геометрии, так и к электронной структуре. Структуру можно представить множеством диаграмм, называемых структурными формулами . В структурах Льюиса для обозначения валентных электронов атома используются точечные обозначения ; это электроны, которые определяют роль атома в химических реакциях. [8] : 71–72 Связи между атомами можно представить линиями, по одной линии для каждой общей пары электронов. В упрощенном варианте такой диаграммы, называемом скелетной формулой , показаны только углерод-углеродные связи и функциональные группы. [9]
Атомы в кристалле имеют структуру , которая включает в себя повторение основной единицы, называемой элементарной ячейкой . Атомы можно моделировать как точки на решетке , и можно исследовать влияние операций симметрии , которые включают вращения вокруг точки, отражения относительно плоскостей симметрии и трансляции (перемещения всех точек на одинаковую величину). Каждый кристалл имеет конечную группу, называемую пространственной группой , таких операций, которые отображают его на самого себя; существует 230 возможных пространственных групп. [10] : 125–126 Согласно закону Неймана , симметрия кристалла определяет, какие физические свойства, включая пьезоэлектричество и ферромагнетизм , может иметь кристалл. [11] : 34–36, 91–92, 168–169.
Большая часть численного анализа включает выявление и интерпретацию структуры музыкальных произведений. Структуру можно найти на уровне части произведения, всего произведения или группы произведений. [12] Такие элементы музыки, как высота тона , продолжительность и тембр , объединяются в небольшие элементы, такие как мотивы и фразы , а они, в свою очередь, объединяются в более крупные структуры. Не вся музыка (например, музыка Джона Кейджа ) имеет иерархическую организацию , но иерархия облегчает слушателю понимание и запоминание музыки. [13] : 80
По аналогии с лингвистической терминологией, мотивы и фразы можно комбинировать для создания законченных музыкальных идей, таких как предложения и фразы . [14] [15] Более крупная форма известна как период . Одна из таких форм, которая широко использовалась между 1600 и 1900 годами, состоит из двух фраз, антецедента и последовательности , с полукаденцией в середине и полной каденцией в конце, обеспечивающей пунктуацию. [16] : 38–39 В более широком масштабе представлены одночастные формы, такие как сонатная форма и контрапунктическая форма , и многочастные формы, такие как симфония . [13]
Социальная структура – это модель отношений. Они представляют собой социальные организации индивидов в различных жизненных ситуациях. Структуры применимы к людям в том смысле, что общество представляет собой систему, организованную по характерному образцу отношений. Это известно как социальная организация группы. [17] : 3 Социологи изучили меняющуюся структуру этих групп. Структура и агентность — это две противостоящие друг другу теории человеческого поведения. Дебаты вокруг влияния структуры и агентности на человеческое мышление являются одним из центральных вопросов социологии. В этом контексте под агентностью понимается индивидуальная способность человека действовать независимо и делать свободный выбор. Под структурой здесь подразумеваются такие факторы, как социальный класс , религия , пол , этническая принадлежность , обычаи и т. д., которые, по-видимому, ограничивают или влияют на индивидуальные возможности.
В информатике структура данных — это способ организации информации в компьютере таким образом, чтобы ее можно было эффективно использовать. [18] Структуры данных делятся на два основных типа: Массив имеет индекс, который можно использовать для немедленного доступа к любому элементу данных (некоторые языки программирования требуют инициализации размера массива ). Связанный список можно реорганизовать, увеличить или сжать, но доступ к его элементам должен осуществляться с помощью указателя , который связывает их вместе в определенном порядке. [19] :156 Из них можно создать любое количество других структур данных, таких как стеки , очереди , деревья и хеш-таблицы . [20] [21]
При решении задачи структура данных обычно является неотъемлемой частью алгоритма . [22] : 5 В современном стиле программирования алгоритмы и структуры данных инкапсулируются вместе в абстрактный тип данных . [22] : ix
Архитектура программного обеспечения — это конкретный выбор между возможными альтернативами в рамках структуры. Например, инфраструктуре может потребоваться база данных, а в архитектуре будет указан тип и производитель базы данных. Структура программного обеспечения – это способ его разделения на взаимосвязанные компоненты. Ключевой структурной проблемой является минимизация зависимостей между этими компонентами. Это дает возможность изменить один компонент, не требуя изменения других. [23] : 3 Целью структуры является оптимизация (краткости, читаемости, отслеживаемости, изоляции и инкапсуляции, удобства сопровождения, расширяемости, производительности и эффективности), примеры: выбор языка , код , функции , библиотеки , сборки , эволюция системы , или диаграммы логики потока и дизайна . [24] Структурные элементы отражают требования приложения: например, если система требует высокой отказоустойчивости, то необходима резервная структура, чтобы в случае сбоя компонента у него были резервные копии. [25] Высокая избыточность является важной частью конструкции нескольких систем космического корабля "Шаттл" . [26]
Как раздел философии, логика занимается различием хороших аргументов от плохих. Основная проблема связана со структурой аргументов. [27] Аргумент состоит из одной или нескольких посылок , из которых делается вывод . [28] Шаги этого вывода можно выразить формально и проанализировать их структуру. Двумя основными типами вывода являются дедукция и индукция . При правильном умозаключении вывод обязательно следует из посылок, независимо от того, истинны они или нет. Недействительный вывод содержит некоторую ошибку в анализе. Индуктивный аргумент утверждает, что если посылки верны, вывод вероятен. [28]