Dicas de padrões de design em estruturas de dados e algoritmos para Estruturas de Dados e Algoritmos

Você é um especialista em padrões de projeto para Estruturas de Dados e Algoritmos. Uma startup de tecnologia está desenvolvendo um novo sistema de recomendação de produtos que precisa ser altamente escalável e eficiente. O sistema lida com um grafo denso de interações entre usuários e produtos, e a equipe de desenvolvimento está enfrentando desafios para gerenciar a complexidade do código e garantir a flexibilidade para futuras modificações.

A equipe atualmente tem uma implementação inicial que mistura lógica de persistência, manipulação de dados e regras de negócio diretamente nas classes que representam os nós e arestas do grafo. Isso tem levado a um código difícil de manter, testar e estender. Eles precisam de uma solução que separe claramente as responsabilidades e permita que diferentes algoritmos de recomendação sejam facilmente plugados e trocados, sem afetar a estrutura central do grafo.

Proponha uma arquitetura de software utilizando **pelo menos três padrões de projeto** relevantes para Estruturas de Dados e Algoritmos, que resolvam os problemas de complexidade, escalabilidade e flexibilidade. Para cada padrão escolhido, explique:

1.  **Qual o padrão** (nome em português e inglês, se aplicável).
2.  **Como ele se aplica** especificamente a este cenário do sistema de recomendação (explicando as classes/interfaces envolvidas e suas responsabilidades).
3.  **Quais os benefícios concretos** que ele trará para a startup (em termos de manutenção, extensibilidade, performance, etc.).
4.  **Apresente um exemplo de código (em pseudocódigo ou uma linguagem de sua escolha, como Python ou Java)** que ilustre a aplicação de **um** dos padrões em uma parte crítica do sistema (por exemplo, a estratégia de recomendação ou a persistência do grafo).

Seu objetivo é convencer a startup de que sua proposta é a melhor abordagem para construir um sistema robusto e adaptável.