دليلك الشامل إلى أنواع البيانات

نعيش حرفيًا في عالم من البيانات، فما نقرؤه وما نكتبه وما نفكر به أنواع من البيانات، وما تستند عليه أفعالنا اليومية وسلوكنا هي أنواع من البيانات. قد تقرر الذهاب إلى التسوق لأنك تحتاج إلى بعض الحاجيات التي سجلتها على قائمتك، إن ما سجّلته على قائمتك هي بيانات، ثم تمضي في طريقك لتقف عند إشارة مرور حمراء، إن وقوفك عند الإشارة الحمراء عائد إلى بيانات أيضًا، فالأحمر للوقوف والأخضر للمتابعة، ثم تصل بعد ذلك إلى المتجر لتتفقد ما تحتاج إليه، فقد تنظر إلى العلامة التجارية للمنتج وهذه بيانات قد تعطيك فكرة عن جودة المنتج، وقد تنظر إلى سعر المنتج وهذه أيضًا بيانات تستخدمها لاتخاذ قرار الشراء وفقًا لميزانيتك، وإن كان المنتج غذائيًا مثلًا ستهتم بتاريخ الإنتاج وتاريخ انتهاء الصلاحية والمكوّنات، فهي بيانات ستؤثر على صحتك، وأخيرًا عندما تنتهي من التسوق وتتوجه إلى كوة المحاسبة سيقرأ الماسح الضوئي رمز المنتج وهو نمط من البيانات التي تعرّف هذا المنتج وتحدد هويته وقد خُزّنت ضمن هذا الرمز وفق سلسلة من الأرقام أو الأحرف أو كليهما كما خزّنت على حاسوب كوة المحاسبة أيضًا بطريقة ما.

ما هي البيانات إذًا وما هي أنواع البيانات؟ من أين تأتي البيانات؟ كيف نستقبلها وكيف نفهمها؟ كيف نصنّف أنواع البيانات المختلفة وأين نخزّنها وكيف نسترجعها ونحللها؟ وكيف نستفيد منها في المحصلة؟

سنحاول في هذا المقال الإجابة عن الأسئلة السابقة بشيء من التفصيل لتكون عونًا لك في تعاملك مع أنواع البيانات سواء كنت راغبًا في أن تكون مصممًا لقواعد البيانات أو محللًا لأنواع البيانات أو مبرمجًا لها.

إليك فهرس بعناوين المقال لتسهيل الوصول إلى مختلف أجزاء المقال:

تعريف البيانات
الفرق بين البيانات والمعلومات
من أين تأتي البيانات؟
أنواع تخزين البيانات
تصنيف أنواع البيانات Data Types
أنواع البيانات في الحاسب
خاتمة

تعريف البيانات

البيانات Data تُعرَّف بأنها مقادير منفصلة على شكل رموز أو إشارات قابلة للتحليل والمعالجة، ويمكن للبيانات أن تكون واضحةً ومفهومة لنا دون سياق محدد -أي دون أي تسلسل أو ترابط- مثل مجموعة أرقام تمثل أحجية، فالأرقام مقاديرٌ مفهومةٌ بالنسبة لنا، لكن الربط بينها لحل الأحجية قد يكون عصيًا. وقد لا تكون البيانات مفهومةً كخطوط رمز الماسح الضوئي (بار كود). تُدعى النتيجة المستخلصة من تحليل مجموعة من البيانات والربط بينها بالمعلومة أو المعلومات عمومًا information، كما تُدعى أصغر وحدة من مجموعة بيانات يمكن أن تُستخدم أو تفهم باستقلالية بعنصر البيانات datum.

عندما نجمع المعلومات المتعلقة بموضوع معين وننظمها ثم نفهمها من خلال التطبيق والممارسة، سيكون توثيق هذه المعلومات المصنّعة انطلاقًا من البيانات معرفةً knowledge، أما الأسلوب الأمثل في تطبيق هذه المعرفة فقد ندعوه حكمة wisdom.

إذًا فالبيانات عمومًا هي وسيلة للحصول على معلومات أو وسيلة لتمثيلها بطريقة أفضل كي تُعالح وتُستخدم. وقد تكون هذه البيانات مجرّدة كأسماء علامات تجارية وقد تكون مقاسة كدرجات الحرارة أو نسبة الفائدة أو عدد الولادات خلال عام.

تُنظم البيانات ضمن بنىً خاصة تسمى بنى البيانات أو هياكل البيانات data structure لتسهيل الوصول إليها واستخلاص المعلومات منها مثل الجداول، وقد جُمعت أنواع البيانات ما قبل الثورة الرقمية في مراجع وكتب ووثائق، لكن مع بزوغ فجر الحوسبة كان الانتقال إلى البيانات الرقمية أمرًا حتميًا لتقود بالفعل العالم الرقمي منتجات ومختصين نحو تقنيات أكثر قدرة وترابطًا ابتداءً بقواعد البيانات النمطية databases إلى تقنيات التعامل مع البيانات الضخمة Big data وصولًا إلى تطوير الذكاء الصنعي AI.

الفرق بين البيانات والمعلومات

يجري الخلط في مواضع عدة بين البيانات والمعلومات على أنها الشيء ذاته وهذا أمر خطأ، فهناك فرق بيّن بين المصطلحين تعريفًا وغاية، ولقد أشرنا سابقًا أن البيانات تعرّف حقائق مفردة، بينما تمثل المعلومات تنظيمًا لهذه الحقائق أو تفسيرًا لها.

تأتي البيانات بأشكال مختلفة، نصوصًا وأرقام وأشكال وصور وتواريخ لكنها لا تحمل دلالات على أهميتها أو الحاجة لوجودها، فقد يشير جهاز قياس تردد الصوت إلى القيمة 12 كيلو هرتز عندما يعجز المريض عن سماع أي صوت في عيادة تخطيط السمع، إذ القراءة بحد ذاتها لا دلالة لها ولن يتمكن سوى المختص من تأويلها إلى المعلومة التالية "المريض يعاني نقصًا في السمع". وقد تجد أيضًا أن مقدار المبيعات من منتج ما هو 20 جهازًا في العام، لن يقدم كذلك عنصر البيانات هذا أي دلالة ما لم يحلل ويوازن ويتحول إلى معلومة مثل "حققت الشركة هذا العام نسبة مبيعات عالية!".

وهكذا يمكن أن نلخص الفرق بين البيانات والمعلومات كالتالي:

البيانات مجموعة من الحقائق غير المنظمة، أما المعلومات فهي من يضع تلك البيانات في سياقها الصحيح.
البيانات مصدر خام للحقائق دون أية دلالات وقد لا تتمكن من قراءتها أحيانًا، أما المعلومات فهي التي توضّح أنواع البيانات وتستخلص منها ما يُفهم ويُطبق ويُختبر.
البيانات حقائق مستقلة بذاتها وقد لا تربط بينها أية علاقات، بينما تجد المعلومات العلاقات التي تربط بين أنواع البيانات لعرض صورة أوسع عن الظاهرة المدروسة.
لا تعتمد البيانات على المعلومات لكن العكس صحيح.
لا يمكن الاعتماد على البيانات لاتخاذ القرارات، فلا بد من وجود معلومات حتى يُتّخذ القرار الصحيح.

من أين تأتي البيانات؟

تأتي البيانات -والتي تتنوع إلى أنواع البيانات- من تطور الفهم البشري للبيئة المحيطة به، وبالتالي من تطور معارفه والحاجة إلى توثيق هذه المعارف ووضعها حيز التنفيذ بالأسلوب الأمثل والأكثر كفاءة من جميع النواحي تحليلًا ومعالجة وسرعة، لكن يمكننا القول أن الأساليب الأساسية التي نحوز بها على بيانات أو نحدّث الموجودة منها قد تنحصر بما يلي:

الافتراض assumption
المراقبة observations
القياس measurement
التحليل analysis

الافتراض assumption

عادة ما يكون الافتراض منهجيًا، أي يستند إلى أفكار مسبقة عن موضوع ما أو إلى معلومات غير دقيقة أو بياناتها غير كافية. عادة ما تكون أنواع البيانات المفترضة خطوة مرحلية تُلغى لاحقًا عند حيازة البيانات المطلوبة، إلا أن توثيقها ضروري جدًا. فلو أردنا مثلًا أن نقدّر عدد المشترين المتوقعين لمنتج جديد في مدينة ما لدراسة جدوى توزيعه فيها سيكون هذا الرقم مفترضًا والنتائج التي تتأتى عنه افتراضيةً أيضًا ستصحح مع الوقت لكن بالطبع سيكون عدد المشترين متوقعًا بناء على أفكار أو دراسات مشابهة.

المراقبة observations

وهي إحدى الطرق الإحصائية Statistics المتبعة في حيازة البيانات، إذ تجري مراقبة ظاهرة اجتماعية أو اقتصادية أو غيرها ضمن جماعة population محددة للحصول على أنواع بيانات محددة تتعلق بالحالة المدروسة، كأن نسجل بيانات عن عدد المتزوجين تحت سن الثلاثين في منطقة معينة مثل سن الزواج وتاريخه وعدد الأطفال. تقدم هذه البيانات قاعدة قوية للحصول على الكثير من المعلومات التي يحتاجها الإحصائي للإجابة عن الأسئلة التي صمم هذه الدراسة لأجلها.

القياس measurement

تُعنى هذه الطريقة بالحصول على بيانات كمية (سنتحدث عنها لاحقًا) ثابتة توصّف الحالة المدروسة، ويقصد بالحصول على قيمة: إجراء ما يلزم من الاختبارات لتحديد القيمة المقاسة بأقل خطأ ممكن. من الأمثلة على البيانات المحازة عن طريق القياسات درجات الحرارة في مدينة محددة أو منسوب المياه في نهر خلال العام أو كمية المشتريات من منتج محدد وغيرها.

التحليل analysis

تهدف هذه العملية إلى تفكيك ظاهرة مجهولة أو مجموعة معلومات مجهولة التكوين إلى بياناتها الأولية لفهمها والاستفادة منها كالبيانات الناتجة عن تحليل الطيف الضوئي لنجم بعيد أو تحليل إشارة لاسلكية مركبة إلى مكوناتها الأساسية للحصول على بيانات تتعلق بالتردد والشدة.

إذًا فعمليات الحصول على أنواع البيانات أو حيازتها تتعلق بالظاهرة المدروسة والهدف النهائي من هذه الدراسة والمعلومات التي يجب الحصول عليها أو فهمها تمهيدًا لتخزينها أو وضعها حيز التطبيق.

أنواع تخزين البيانات

تخزن البيانات في وسائط تخزين والتي إما أن تكون فيزيائية باستعمال الأوراق والدفاتر وكل ما يصلح للكتابة عليه أو باستعمال وسائط تخزين رقمية عبر الحواسيب التي هي الأشيع حاليًا بما أنها تسهل عمليات البحث والفهرسة ومعالجة البيانات.

فبالنسبة لتخزين البيانات في الحواسيب، فإنها تعتمد على وسائط تخزين رقمية مثل الأقراص المدمجة والأقراص الصلبة HDD وذواكر الحالة الصلبة SSD والتي تتطور تدريجيًا مع الزمن وفيها إما أن تخزن البيانات مباشرةً باستعمال نظام ملفات يوفره نظام التشغيل أو تخزن بطريقة مهيكلة عبر جداول مثلًا لتسهيل معالجتها والوصول إليها وهنا يمكن استعمال برامج بسيطة مثل برنامج إكسل من مايكروسوفت أوفيس وقواعد بيانات أكسس وحتى استعمال قواعد بيانات مخصصة تكون عادة الأساس الذي ترتكز عليه تطبيقات الحاسوب كلها.

تصنيف أنواع البيانات Data Types

أنواع البيانات Data Types تُصنّف ضمن ثلاثة فئات رئيسية هي:

البيانات الكمية quantitative data
البيانات النوعية qualitative data
البيانات المنطقية logical data

وسنشرح كل تصنيف منها.

البيانات الكمية

البيانات الكمية هي البيانات التي تأخذ قيمًا عددية أو ناتجة عن الموازنة مع مقاييس عددية ومن الأمثلة عليها ارتفاع بناء، فلا بد من أن يكون قيمة عددية محددة 30 متر مثلًا، أو أن تحدد مستوى مهارتك في لغة برمجة معينة على مقياس من 1 إلى 10.

تنتج هذه البيانات عن طريق قياس المقادير عبر الأجهزة المختلفة كمقاييس الضغط والحرارة والارتفاع، وقد نحصل عليها من الاستبيانات questionnaire التي تُنشر وتتطلب الإجابة عنها عن طريقة التقييم العددي لأسئلتها.

قد نجد أيضًا تصنيفات فرعية لهذا النوع من البيانات:

بيانات منفصلة discrete data: وهي بيانات كمية تأخذ قيمها من مجموعة قيم محددة سلفًا كعدد الوجبات التي يمكن للمطاعم أن تقدمها أو عدد الأولاد في عائلة محددة.
بيانات مستمرة continuous data: وتمثل عادة القيم التي تقيسها التجهيزات والتي يمكن أن تأخذ أي قيمة عددية ضمن مجال محدد مثل درجات الحرارة، ويمكن تصنيف هذه الأخيرة إلى:
بيانات مجالية interval data: وهي بيانات تمثل قيم عددية مرتبة تزيد كل قيمة عن التي تسبقها بمقدار محدد تمامًا كأن نعرض تسلسل طلبات الشراء، أو أن نسجل ارتفاع بالون في الجو كلما ارتفع 10 أمتار عن سطح البحر.
بيانات نسبية Ratio data: وهي بيانات مستمرة تمثل نسبة تكرار حالة إلى جميع الحالات الممكنة كأن تحدد احتمال إصابة هدف أو إمكانية ولادة طفل مصاب بمرض وراثي.
بيانات إحصائية: وهي البيانات التي تنتج عن تطبيق العلاقات الرياضية الخاصة بالإحصاء ومن أنواع البيانات الإحصائية:
- المتوسط الحسابي mean: ويقيس مجموع عدة قراءات إلى عددها كأن نحسب المتوسط الحسابي لأطوال الذكور في بيئة معينة بجمع أطوال جميع الذكور المشاركين في الدراسة ثم تقسيم الناتج على عددهم.
- المتوسط الهندسي geometric mean: وهو الجذر من المرتبة n لجداء القراءات المتعلقة بظاهرة معينة.
- الوسيط median: ويحدد القيمة التي تأتي في وسط مجموعة قيم مرتبة أي بمعنى آخر القيمة التي تقسم مجموعة قيمة مرتبة إلى مجموعتين متساويتين.
- الانحراف المعياري standard deviation: ويمثل مقدار ابتعاد عينة عن المتوسط الحسابي.
- المدى range: الفرق بين أعلى وأدنى قراءة من مجموعة قراءات.
- المنوال mode: ويحدد القيمة أو القيم الأكثر ورودًا.

البيانات النوعية

البيانات النوعية هي البيانات التي تصف نوعية أو خصائص الظاهرة المدروسة وبالتالي هي غير قابلة للعد وصعبة القياس والتحليل الدقيق، كأن تكون ملاحظات مأخوذة عن نوعية الوجبات المقدمة في مطعم أو أسماء الناجحين في اختبار. قد تكون هذه البيانات على شكل كلمات تصف الظاهرة ولا تحتاج إلى تحليل أبعد أو يمكن أن تكون لهذه البيانات أنماط محددة أو معانٍ محددة لا بدّ من تحليلها للحصول على المعلومات المطلوبة مثل سمات السلوك العدواني لعينة من المرضى النفسيين أو الميزات الأنسب لأحد المرشحين للحصول على وظيفة معينة.

كما قد تكتب البيانات النوعية على شكل بيانات رقمية لكنها لا تحتمل معنى الأعداد الرياضي ولا توازن بأعداد لا تماثلها كأن نجعل الرقم 1 يدل على جنس المولود إن كان أنثى و 0 إذا كان ذكرًا.

وقد نجد أيضًا تصنيفات فرعية لهذا النوع من أنواع البيانات مثل:

بيانات فئوية categorical data: وهي بيانات تمثل ميزة محددة للعينة المدروسة مثل العمر، والجنس، واللغة.
بيانات مسماة nominal data: وهي بيانات نوعية تأخذ قيمها ضمن مجموعة محددة من الخيارات كأن تختار لغة من بين خمس لغات محددة سلفًا أو أن تختار تقييمًا لخدمة زبائن من بين عدة تقييمات متاحة.
بيانات مرتبة ordinal data: وهي ببساطة بيانات مسماة لكنها مرتبة على أساس محدد كأن تحدد البيانات قائمة العقوبات التدريجية التي تطبق على مخالفي النظام الداخلي لمؤسسة او شركة أو تسلسل خطوات إصلاح خلل في برنامج.

ما الفرق بين البيانات الكمية والنوعية؟

شرحنا ما هي البيانات الكمية والنوعية ويجدر الذكر أنه يمكن لعينة بيانات نفسها أن تنقسم إلى بيانات كمية ونوعية في الوقت نفسه مثل عينة بيانات من مجموعة مدارس، فقد تنقسم إلى بيانات كمية من عدد الطلاب وقد تنقسم إلى بيانات نوعية بناءً على جنس الطلاب بين ذكر وأنثى وهكذا لذا وجب التفريق جيدًا بين البيانات الكمية والنوعية.

أمر آخر وهو أن العمليات المطبقة على البيانات الكمية قد تختلف أغلب الأحيان عن تلك المطبقة على البيانات النوعية فقد يصلح تطبيق عمليات إحصائية وعمليات رياضية على بيانات كمية في وقت لا يصلح تطبيقها على بيانات نوعية بما أن قيمة البيانات الكمية تمثَّل مباشرةً بعدد، وهذا خلاف البيانات النوعية فحتى لو مثلناها بعدد مثل تمثيل الطلاب الذكور بعدد 1 والطلاب الإناث بعدد 2 فهو طريقة لعرض البيانات بشكل آخر.

البيانات المنطقية

وهي أبسط أنواع البيانات، وتجيب عن سؤال ما بصحيح أو خاطئ، نعم أو لا وقد تأخذ إحدى القيمتين الرقميتين 0 أو 1، وتدعى أيضًا البيانات البوليانية نسبة إلى الجبر البولياني.

قد تصنف هذه البيانات على أنها بيانات نوعيّة إذا جاءت على شكل "صحيح/خاطئ" أو "نعم/لا"، وقد تصنّف أنها بيانات كمية إن جاءت على شكل "0/1".

أنواع البيانات في الحاسب

عزز ظهور الحواسب قدرة البشر على حيازة وتخزين كميات هائلة من البيانات وأمنت الوسائل اللازمة لتحليلها واستخلاص المعلومات عنها والاستفادة من تلك المعلومات في عمليات اتخاذ القرار، ولا تختلف أنواع البيانات في الحاسب وفي العالم الرقمي من حيث التعريف والغاية لكنها تخزّن وتعالج بطريقة أفضل وأسرع، لهذا السبب وضعت بعض التصنيفات الفرعية وحددت أنواع للبيانات تلائم طريقة عمل الحواسيب.

تمثّل البيانات في الحواسيب على شكل سلاسل من الواحدات والأصفار وهي ما يفهمه الحاسوب أولًا وآخرًا ويُدعى أصغر حجم لتخزين عنصر البيانات "بت Bit" ويخزن القيمة 0 أو 1 ومن البت يتكون البايت Byte الذي هو 8 بت والكيلو بايت والميغا بايت …إلخ.

تصنيفات البيانات الرقمية

تُدعى أنواع البيانات التي تُخزّن على شكل سلاسل من الأصفار والواحدات وتعالج وفق هذه الطريقة بالبيانات الرقمية digital data، وقد نجد أن البيانات الرقمية قد تأخذ أصنافًا جديدة منها:

بيانات مهيكلة structured: تُرتب البيانات المهيكلة وفق نموذج بيانات محدد لتسهل معالجتها وتخزينها والوصول إليها مثل الجداول المكوّنة من أسطر وأعمدة والتي تُعد أساس قواعد البيانات العلاقيّة relational databases أو على شكل بنية هرمية متداخلة hierarchical data structure أو أنها قادرة على تخزين كائنات objects لها هيكليات محددة سلفًا.
بيانات غير مهيكلة not structured: البيانات غير المهيكلة هي تلك التي تُنظّم فيها البيانات بطريقة محددة كأن توضع في ملفات نصية أو تُستخدم بعض اللغات التوصيفية في تنظيمها.
بيانات وصفية metadata: وهي بيانات نصية تصف بيانات أخرى كأن تحدد إصدار برنامج وتاريخ الإصدار ومعلومات عن ترخيص الاستخدام وهكذا.
بيانات خام raw Data: وهي تسلسل غير منسّق من الواحدات والأصفار يُخزّن للمعالجة اللاحقة.
القواميس dictionary: وهي نوع من أنواع البيانات التي يمكن الوصول إليها بطريقة "مفتاح-قيمة" أي تُفهرس فيها بيانات "القيمة" وفقًا لبيانات "المفتاح" وللوصول إلى القيمة قراءةً أو تخزينًا لا بد من معرفة المفتاح المرتبط بها.
البيانات الضخمة big data: ظهر هذا المصطلح في فترة قريبة نسبيًا ليدل على أنواع البيانات التي تتجاوز أحجامها البيتا بايت (1000 تيرا بايت)، وبالتالي سيصعب معالجة هذا الكم الهائل من البيانات من قبل حاسوب واحد أو تنظيمها باستخدام قواعد البيانات النمطية، لهذا توزّع المهام على عدة حواسب رئيسية تتمتع بقدرات كبيرة في المعالجة من خلال استخدام خوارزميات واختبارات متقدمة بغية استخلاص المعلومات والرؤى التي تقدمها تلك البيانات خلال فترة زمنية مقبولة.

أنواع البيانات في لغات البرمجة

تختلف أنواع البيانات التي تستخدمها لغات البرمجة للتعبير عن القيم التي تتعامل معها وفقًا للغة البرمجة نفسها فكل لغة برمجة لها مجموعة أنواع بيانات محددة تتعامل معها توضحها في توثيقها الرسمي فانظر مثلًا مقال أنواع البيانات في لغة بايثون في أكاديمية حسوب وقسم أنواع البيانات في لغة بايثون في توثيق موسوعة حسوب وكذلك صفحة أنواع البيانات في لغة PHP وصفحة أنواع البيانات الأساسية في لغة TypeScript وصفحة أنواع البيانات الأساسية في لغة كوتلن وغيرها، فكل لغة كما أشرنا تملك أنواع بيانات تحددها صراحة لما يترتب عليها لاحقًا من ضبط العمليات التي يمكن تنفيذها على كل نوع بيانات، فمثلًا الأعداد تطبق عليها عمليات رياضية من جمع وطرح وضرب والنصوص تطبق عليها عمليات القص والجمع مع نصوص أخرى والتنسيق وغيرها.

وتنقسم لغات البرمجة في طريقة تحديد أنواع البيانات إلى قسمين إما بتحديدها صراحةً أثناء كتابة الشيفرة وتدعى آنذاك لغات برمجة صارمة في تحديد الأنواع Strongly typed language أو بترك الأمر للغة البرمجة لتحديدها أثناء تنفيذ الشيفرة وتدعى آنذاك لغات برمجة متهاونة في تحديد الأنواع Loosely typed language.

أما في لغات البرمجة التي تعد صارمة في تحديد الأنواع مثل لغة سي C وجافا Java، فهي تفرض على المبرمج تحديد نوع المتغير عند تعريفه أول مرة ويبقى هذا النوع ملازمًا له طيلة عمل البرنامج ولا يمكن تغييره مطلقًا ولا يمكن استعماله إلا في العمليات المرتبطة بنوعه المحدد وغيرها من القواعد الأخرى التي تختلف باختلاف اللغة، فالمثال التالي من لغة سي يعرِّف ثلاثة متغيرات الأول عدد صحيح والثاني عدد عشري والثالث محرف واحد:

int intNumber = 2;
float floatNumber = 2.3;
char character = 'e';

وإن لم يتبع المبرمج هذه القواعد فسيحصل على خطأ قبل تنفيذ الشيفرة وقت تصريفها (إن كانت اللغة مصرَّفة compiled مثلًا)، فستحصل على خطأ إن جربت جمع العدد الصحيح intNumber السابق مع الحرف character بالشكل intNumber + character مباشرةً وكذلك إن أردنا جمعه مع العدد العشري floatNumber وهنا يجب إجراء عملية تحويل صريحة للنوع انظر مثلًا:

int intNumber = 2;
float floatNumber = 2.3;
int sum = intNumber + (int)floatNumber;

printf("Value of sum : %d\n",sum);

عندما جمعنا العدد الصحيح intNumber مع العدد العشري floatNumber حولنا الأخير إلى عدد صحيح عبر تحديد النوع بين القوسين قبل المتغير ثم جمعنا العدد لنحصل على الناتج التالي:

Value of sum : 4

ولاحظ أن الفاصلة العشري قد أُهملَت بما فيها من أجزاء عشرية وهذا ناتج عملية التحويل.

تختلف لغات البرمجة أيضًا من ناحية التصريح والتلميح في عمليات التحويل بين الأنواع casting ففي التصريح يضطر المبرمج إلى ذكر النوع المراد التحويل إليه صراحةً وسيحصل على خطأ إن لم يفعل، وفي التلميح تكون اللغات ذكية في استنتاج النوع المراد التحويل إليه وتدعى smart casting فمثلًا إن جربت ما يلي في لغة سي:

int intNumber = 2;
float floatNumber = 2.3;
int sum = intNumber + floatNumber;

printf("Value of sum : %d\n",sum);

فستحصل على الناتج 4 كعدد صحيح لأن لغة سي مباشرةً حولت العدد العشري إلى صحيح بما أن المتغير الذي سنخزن فيه النتيجة من نوع عدد صحيح وكذلك العدد الأول عدد صحيح، أما إن جربنا ما يلي:

int intNumber = 2;
float floatNumber = 2.3;
float sum = intNumber + floatNumber;

printf("Value of sum : %f\n",sum);

فستحصل على ناتج 4.3 حتى لو كان العدد الأول صحيح إلا أن المتغير المراد تخزين القيمة فيه اختلف نوعه فاختلفت عملية التحويل الآلية وجرى تحويل العدد الصحيح إلى عدد عشري.

وأما في لغات البرمجة التي تعد متهاونة في تحديد النوع مثل جافاسكربت وبايثون ولغة PHP فلا حاجة لتحديد أنواع البيانات للمتغيرات ويكتفي المبرمج بالتصريح عن المتغير فقط دون نوعه، فانظر إلى المثال التالي في لغة جافاسكربت الذي يعرف المتغيرات الثلاثة كما في المثال السابق:

let intNumber = 2;
let floatNumber = 2.3;
let character = 'e';

سيُترك الأمر إلى لغة البرمجة لتحديد نوع المتغير أثناء وقت تنفيذ الشيفرة runtime لتحديد العمليات التي يمكن تنفيذها مع كل متغير وفق نوع، ولاحظ أنه يمكن لمتغير أخذ نوع عدد صحيح أن يأخذ نوع آخر مثل عدد عشري أو نص ولا يُعد ذلك خطأ:

let intNumber = 2;
intNumber = 'e';

وأما بخصوص عمليات التحويل بين الأنواع فهو أمر متروك كليًا إلى لغة البرمجة وذكائها، فإن جربنا الجمع بين العدد الصحيح والعشري كما فعلنا مع لغة سي الصارمة في تحديد الأنواع:

let intNumber = 2;
let floatNumber = 2.3;

let sum = intNumber + floatNumber;

console.log('Value of sum: ' + sum)

فسنحصل على النتيجة التالية:

Value of sum: 4.3

لاحظ أن عملية التحويل مالت إلى كفة العدد العشري ولاحظ أيضًا أننا جمعنا نصًا 'Value of sum: ‎' مع عدد sum أثناء طباعة النتيجة وكان الناتج نصًا ولم نحصل على خطأ بل اجتهدت لغة جافاسكربت في عملية التحويل ما يمكنها قبل أن تطلق أي خطأ للمبرمج، وقد شاعت الكثير من الدعابات بين المبرمجين حول عثرات لغة جافاسكربت تحديدًا في ضبط عملية التحويل بين أنواع البيانات بدقة.

وهذا الأمر يربك المبرمجين بعض الأحيان في اللغات المتهاونة في تحديد النوع لعدم معرفة نوع البيانات النهائي للعملية بالضبط، فتخيل مثلًا في تطبيق بنكي مبني بلغة متهاونة في ضبط النوع أو أن الأمر متروك للغة البرمجة لاستنتاج نوع البيانات أثناء وقت التنفيذ فيرسل مستخدمًا مبلغ 100.54 دولار لصديقه ليستلم الأخير مبلغ 100 فقط ويُعلل الأمر بأن لغة البرمجة قد أخطأت في عملية تحويل نوع البيانات لذا اختيار طريقة التعامل مع البيانات أمر مهم جدًا يعتمد على نوع التطبيق المراد العمل عليه!

في النهاية، المتغيرات في لغات البرمجة هي حاويات للبيانات التي تصنف إلى أنواع وقد تُحدد أحجام تلك الحاويات وفقًا لحجم البيانات المخزنة فيها تلقائيًا كما في اللغات المتهاونة في تحديد النوع أو وفقًا لنوع البيانات المحدد لها ويحصل خطأ إن تجاوزت البيانات الحجم المضبوط بنوع البيانات ذاك كما في اللغات الصارمة في تحديد النوع فمثلًا يأخذ متغير بنوع بيانات short حجم 2 بايت من الذاكرة لتخزين أعداد تتراوح بين القيمة ‎-32768 والقيمة 32767 فقط بينما يأخذ متغير من النوع bool حجم 1 بت فقط في لغة سي.

وأيًا كانت أنواع البيانات التي تُعرّفها لغات البرمجة المختلفة إلا أنها تشترك جميعها بأنواع بيانات عامة سنتحدث عنها بالتفصيل.

الأعداد الصحيحة

تعبّر الأعداد الصحيحة Integer عن البيانات بالأعداد الكاملة أي دون فواصل عشرية سواء كانت الأعداد موجبة أو سالبة مثل 5، 110-، 42345، وهكذا، وتُستخدم الأعداد الصحيحة لتمثيل مقادير مثل عدد الولادات في عام أو عدد مرات وقوع حدث معين أو الأرقام التسلسلية لمنتجات أو رقم جواز السفر وما شابه.

تمثل لغات البرمجة الأعداد الصحيحة ببايت واحد أو 2 بايت أو 4 بايتات، ويعود السبب في ذلك إلى حجم البيانات التي تريد تمثيله فإن أردت أن تمثل أعدادًا صحيحة من 0 إلى 100 مثلًا لا حاجة عندها لأربعة بايتات ويُكتفى ببايت واحد، أما إن احتجت إلى تخزين أرقام ضخمة ككتلة الأرض مثلًا فستحتاج إلى عدد صحيح من أربع بتات بالتأكيد. إليك بعض الأمثلة:

في اللغة C++/C:

// متغير حجمه أربعة بايتات ويخزّن فيه بيانات عددية صحيحة سالبة وموجبة
int a =0;

// متغير حجمه بايت واحد ويخزّن فيه بيانات عددية صحيحة موجبة وسالبة
int8_t a=0; 

// متغير حجمه بايتين ويخزّن فيه بيانات عددية صحيحة موجبة وسالبة
int16_t a=0; 

// متغير حجمه بايت واحد ويخزّن فيه بيانات صحيحة موجبة فقط
uint8_t a=0;

في اللغة Java:

// متغير حجمه بايت واحد ويخزّن فيه بيانات عددية صحيحة موجبة وسالبة
byte x=0; 

// متغير حجمه بايتين ويخزّن فيه بيانات عددية صحيحة موجبة وسالبة
short x=0; 

// متغير حجمه أربعة بايتات ويخزّن فيه بيانات عددية صحيحة  موجبة وسالبة
int a=0;

إذًا تختلف طريقة تمثيل الأعداد الصحيحة وفقًا للحجم المحجوز من الذاكرة من لغة إلى أخرى ويمكنك العودة إلى ويكيبيديا لتتعرف على طريقة تمثيل البيانات الصحيحة في أكثر اللغات انتشارًا.

الأعداد الحقيقية

تمثل الأعداد الحقيقية Real numbers جميع الأعداد الصحيحة والعشرية ذات الفاصلة الموجبة منها والسالبة مثل 2.56 أو 2341.234- وهكذا، وتُستخدم هذه الأعداد عند الحاجة إلى تخزين قراءات لمقادير فيزيائية مثل درجات الحرارة أو نواتج العمليات الحسابية المتنوعة كناتج عملية قسمة أو حساب الجذور التربيعية وما شابه.

تمثل لغات البرمجة الأعداد الحقيقية بكلمة ذات أربع بايتات 2³² عددًا أو كلمة ذات ثمان بايتات 2⁶⁴ عددًا، وتختلف تسمية الأعداد الحقيقية من لغة إلى أخرى. إليك بعض الأمثلة:

في اللغات #C++/Java/C:

// متغير حجمه أربعة بايتات ويخزّن فيه بيانات عددية حقيقية بإشارة
float a=0;

// متغير حجمه ثمان بايتات ويخزّن فيه بيانات عددية حقيقية بإشارة
double a=0;

الاختلاف بين نوع البيانات float ونوع البيانات double هو في دقة الأجزاء العشرية أي الأرقام المخزنة بعد الفاصلة العشرية، فالثاني هو عدد عشري مضاعف الدقة عن الأول.

البيانات المنطقية البوليانية

تمثل هذه البيانات إحدى القيمتين 0 أو 1 وتحجز بتًا واحدًا من الذاكرة، تُستخدم هذه البيانات لتخزين البيانات الناتجة عن أسئلة تحتمل فقط جوابًا بنعم/لا أو صح/خطأ، كأن تكون غرفة في فندق ما محجوزة أو هل اشترى عميل منتج معين أم لا وهكذا.

إليك بعض الأمثلة:

في لغة JAVA:

// متغير حجمه بت واحد ويخزّن فيه قيمة منطقية 0 أو 1
boolean a=1;

في لغة ++C:

// متغير حجمه بت واحد ويخزّن فيه قيمة منطقية 0 أو 1
bool a=0;

المحارف والنصوص

تُمثّل هذه البيانات محرفًا واحدًا character كحرفٍ "ب" مثلًا أو رمزٍ "#" مثلًا أو علامة ترقيمٍ ":" مثلًا أو بعض المحارف الخاصة (لها استخدامات خاصة ولا تطبع على الشاشة كالمحارف التي تهيئ موقع الحركات في اللغة العربية)، وتُمثّل المحارف بكلمة من بايت أو بايتين أو ثلاثة أو أربعة وذلك وفقًا لطريقة الترميز. فترميز ASCII مؤلف من 128 أو 256 محرفًا أي يستخدم بايت واحد وقد وُسِّعت إلى الترميز الموحد UTF-8 الذي يستخدم من بايتين إلى أربعة بايتات ويرمز ملايين المحارف التي تغطي معظم الرموز والحروف في جميع اللغات المعروفة كما ظهرت توسيعات أخرى لمحارف ASCII مثل ISO وOEM وwindows125x وغيرها.

تتعامل مختلف لغات البرمجة مع المحارف وتعرفها بطرق مختلفة، وإليك بعض الأمثلة:

في لغات ++JAVA/C#/C:

// متغير يعبّر عن محرف واحد
char ch="#";

هذا بخصوص المحارف ولكن ماذا لو أردنا تخزين نص في متغير؟

النص String هو في الواقع سلسلة متلاحقة من المحارف أو مصفوفة من المحارف array of characters وبالتالي تُشتق الأنواع النصية انطلاقًا من المحارف وتتعامل معها انطلاقًا من العمليات على المحارف أيضًا، وتُعرف معظم اللغات هذا النوع بالاسم string. إليك مثالًا:

في لغة ++C:

#include <string> //إدراج المكتبة المعيارية الخاصة بالتعامل مع النصوص
using std::string // استخدام فضاء أسماء النوع النصي

int main(){
    string s1= "مرحبًا";
    sting  s2="أيها العالم";
    cout<< s1+s2;// "ستكون النتيجة "مرحبًا أيها العالم
    return 0;
}

انتبه إلى أنَّ لغة البرمجة قد تعامل المحرف معاملة النص وتدخله ضمن نوع النص String مثل لغة جافاسكربت وقد تميز اللغة بين المحرف Char وبين النص أو السلسلة النصة String كما في لغة جافا وسي.

أنواع البيانات مقابل هياكل البيانات

تُدعى الأنواع المدمجة في أي لغة بالأنواع الأساسية basic أو البدائية primitive ويمكنك استخدامها مباشرة في تعريف المتغيرات دون أية مقدمات فلغة جافاسكربت مثلًا التي تتصف بأنها متهاونة في تحديد أنواع البيانات تملك الأنواع الأساسية التالية:

String: يمثل النصوص والسلاسل النصية.
Boolean: يمثل القيم المنطقية مثل صح/خطأ.
Number: يمثل الأعداد.
BigInt: يمثل الأعداد الكبيرة جدًا.
Undefined: يمثل عدم التعريف.
Null: يمثل القيمة الفارغة أو عدم وجود قيمة.
Symbol: يمثل الرموز الفريدة الخاصة.
Object: يمثل هيكلة لتخزين البيانات.

ناقشنا بعض الأنواع السابقة في القسم السابق والتي قلنا أن أغلب لغات البرمجة تشترك فيها ولكن أريد التركيز على النوع الأخير Object فقد تطلق لغة البرمجة على طريقة وهيكلة محددة لتخزين البيانات بنوع بيانات وقد تكون من ضمن الأنواع الأساسية كما رأينا في لغة جافاسكربت التي هي عبارة عن طريقة تخزين بيانات على شكل مفتاح/قيمة key/value مثل:

const colorsObj = {
    black: '#000000',
    white: '#ffffff',
    red: '#ff0000',
    cyan: '#00ffff',
    pink: '#ffc0cb'
}

لاحظ أننا ربطنا اسم كل لون بقيمته الست عشرية والتي تمثِّل سلسلة نصية string ويمكننا الوصول إلى قيمة اللون الأسود مثلًا بالشكل colorsObj.black، ويمكن وضع أي نوع بيانات من الأنواع السابقة مكان النص.

ومن هذه الهيكلة تُشتق هياكل بيانات أخرى أشهرها على الإطلاق المصفوفات Arrays التي تمثل بالشكل التالي في جافاسكربت:

const colorsObj = [
    '#000000',
    '#ffffff',
    '#ff0000',
    '#00ffff',
    '#ffc0cb'
]

ستجد الكثير من أشكال هياكل البيانات ولا يسعنا في هذا المقال حصرها كلها ولكن وجبت الإشارة إليه بأنه وسيلة مهمة جدًا لتنظيم البيانات وهيكلتها وقد يعدها البعض نوعًا من أنواع البيانات إلا أنها عبارة عن حاويات تحوي البيانات وتسهل الوصول إليها.

اقتباس

إن أردت التعرف أكثر على لغة جافاسكربت، فانظر مقال أنواع البيات في لغة جافاسكربت، ويمكنك الإطلاع على دورة جافاسكربت من أكاديمية حسوب التي تشرح لغة جافاسكربت بالكامل وتعلم فيها بناء مختلف التطبيقات في ما يزيد عن 55 ساعة فيديو.

أنواع البيانات المستخدمة في قواعد البيانات

تحدد معظم قواعد البيانات -وهي برمجيات صممت لاحتواء البيانات وتنظيمها والتعامل معها- أنواع البيانات التي تخزّنها كي يسهل التعامل معها وتعديلها، وتستعمل قواعد البيانات جميع الأنواع التي تستخدمها لغات البرمجة أي:

الأعداد الصحيحة integer.
الأعداد العشرية (وهي أعداد حقيقية) ذات الفاصلة العائمة float.
البيانات المنطقية (0 أو 1).
المحارف character.
القيم النصية string.

ويضاف إليها:

المحارف متغيرة الطول varchar: وتمثل مجموعة محددة الطول من المحارف المتتابعة فعندما نحدد نوع أحد البيانات على أنه varchar(20)‎ أي أن العدد الكلي للمحارف في هذا المتغير هو 20 محرفًا.
القيم الزمنية والتاريخ date-time: وتخزن بيانات تتعلق بالتاريخ (يوم:شهر:سنة) والوقت (ساعة:دقيقة).

إن كنت ستتخصص في قواعد البيانات وستعمل مع أحد أنظمة قواعد البيانات، فيمكنك آنذاك التحقق من توثيقات قاعدة البيانات التي ستستخدمها وما ستوفره من أنواع بيانات يمكن استخدامها، وعمومًا ننصحك بالاطلاع على مقال البيانات في SQL: أنواعها والقيود عليها وانظر أيضًا توثيق أنواع البيانات في لغة SQL العربي من موسوعة حسوب.

ملاحظة: تطور حاليًا ما يُدعى بقواعد البيانات الكائنية OODB التي تخزّن بياناتها على شكل كائنات بدلًا من الأنواع الأساسية التي تعرفنا عليها وستجد لنفسها قريبًا مكانًا في عالم البيانات الضخمة المتغير.

خاتمة

رأينا في هذا المقال أن الأساس المتين للمعرفة البشرية مبني على البيانات التي نستخلصها من بيئتنا المحيطة عند محاولة فهم أو توصيف أو تحليل ما يجري حولنا. لقد حُفظت البيانات على جدران الكهوف وعلى جلود الحيوانات وعلى الأوراق وفي الكتب وصولًا إلى الخوادم المخصصة التي تخزن كميات هائلة من أنواع البيانات وتساعد عبر إمكاناتها التقنية في معالجة هذه البيانات وإيجاد الروابط فيما بينها والحصول على معارف ورؤىً جديدة.

تحدثنا أيضًا عن طرق حيازة المعلومات وكيفية تصنيفها، وتعرفنا على الطريقة الرقمية في تخزين واسترجاع البيانات، وفصلنا الشرح في أنواع البيانات في لغات البرمجة وضربنا مختلف الأمثلة عليها لما لها من أهمية كبيرة في فهم أي لغة برمجة تريد أن تتعلمها.

وهكذا نكون قد أحطنا ببعض المفاهيم الأساسية التي قد تجدها عونًا لك إن أردت الخوض في مجال البيانات المزدهر وسريع التطور كتحليل البيانات وتصميم قواعدها وتحليل الأنظمة والحوسبة الحدية والتنقيب في البيانات الضخمة أو حتى العمل في البرمجة التي ستعالج البيانات أولًا وآخرًا.