數據結構和算法

Corwien 發布于2019-08-20 16:49 / 2987人閱讀

摘要：數據在內存中的存儲結構，也就是物理結構，分為兩種順序存儲結構和鏈式存儲結構。數組就是順序存儲結構的典型代表。即談數據結構又談算法才能夠真正裝爺。

什么是數據結構
概念
官方定義：

數據結構是一門研究非數值計算的程序設計問題中的操作對象，以及它們之間的關系和操作等相關問題的學科。

我的理解：

程序設計 = 數據結構 + 算法

數據結構，顧名思義，就是數據之間的結構關系，或者理解成數據元素相互之間存在的一種或多種特定關系的集合。當然這些概念都是大學喜歡考的，我們沒必要糾結于這個概念，有自己恰當的、并且可以為他人所接受的解釋就可以。

數據結構中結構的概念
數據結構中的結構，也就是我們研究的主體對象。數據結構中我們很少研究數據，因為數據在內存中的表現形式對于我們都是一樣的，也就是二進制。傳統上，我們把數據結構分為邏輯結構和物理結構。

邏輯結構

指反映數據元素之間的邏輯關系的數據結構，其中的邏輯關系是指數據元素之間的前后關系，而與他們在計算機中的存儲位置無關。邏輯結構分為以下四類：

1.集合結構

集合結構中的數據元素同屬于一個集合，他們之間是并列的關系，除此之外沒有其他關系。如下圖，可以很好的表示集合結構中的元素之間的關系：

2.線性結構

線性結構中的元素存在一對一的相互關系。如下圖，可以很好的表示線性結構中的元素之間的關系：

3.樹形結構

樹形結構中的元素存在一對多的相互關系。如下圖，可以很好的表示樹形結構中的元素之間的關系：

4.圖形結構

圖形結構中的元素存在多對多的相互關系。如下圖，可以很好的表示圖形結構中的元素之間的關系：

物理結構

物理結構又叫存儲結構，指數據的邏輯結構在計算機存儲空間的存放形式。通俗的講，物理結構研究的是數據在存儲器中存放的形式。存儲器主要針對于內存而言，像硬盤、軟盤、光盤等外部存儲器的數據組織通常用文件結構來描述。

數據在內存中的存儲結構，也就是物理結構，分為兩種：順序存儲結構和鏈式存儲結構。

順序存儲結構

順序存儲結構：是把數據元素存放在地址連續的存儲單元里，其數據間的邏輯關系和物理關系是一致的。數組就是順序存儲結構的典型代表。其在內存中的存儲形式類似于下圖：

鏈式存儲結構

鏈式存儲結構：是把數據元素存放在內存中的任意存儲單元里，也就是可以把數據存放在內存的各個位置。這些數據在內存中的地址可以是連續的，也可以是不連續的。

和順序存儲結構不同的是，鏈式存儲結構的數據元素之間是通過指針來連接的，我們可以通使用指針來找到某個數據元素的位置，然后對這個數據元素進行一些操作。如下圖，可以幫助我們理解鏈式存儲結構：

順序存儲結構和鏈式存儲結構的區別

打個比方說一下順序存儲結構和鏈式存儲結構的區別：
比如去銀行取錢，順序存儲結構就相當于，所有的客戶按照先來后到的順序有序的的坐在大廳的椅子上（注意：是有順序的坐著哦）。
而鏈式存儲結構相當于，所有的客戶只要一到銀行，大堂經理就給他們每人一個號碼，然后他們可以隨便坐在哪個椅子上（隨便坐，不需要按照什么順序坐），只需要等待工作人員廣播叫號即可。
而每個客戶手里的號碼就相當于指針，當前的指針指向下一個存儲空間，這樣，所有不連續的空間就可以被有順序的按照線性連接在一起了。
算法
說到數據結構，必須要一并帶上算法，在筆者看來，不談算法的數據結構只是你理解了概念，只能夠出去裝X而已。即談數據結構又談算法才能夠真正裝爺。只可惜，以我現在腦海里殘留的一點概念，我出去只能夠裝X。廢話少說，直接行干貨！

算法的概念
是指解題方案的準確而完整的描述，是一系列解決問題的清晰指令，算法代表著用系統的方法描述解決問題的策略機制。

以上是我在百度百科找到的解釋，在我看來，算法就是求解一個問題所需要的步驟所形成的解決方法，每一步包括一個或者多個操作。無論是現實生活中還是計算機中，解決同一個問題的方法可能有很多種，在這N多種算法中，肯定存在一個執行效率最快的方法，那么這個方法就是最優算法。

算法的特性
算法具有五個基本特征：輸入、輸出、有窮性、確定性和可行性。

輸入

一個算法具有零個或者多個輸出。以刻畫運算對象的初始情況，所謂0個輸入是指算法本身定出了初始條件。后面一句話翻譯過來就是，如果一個算法本身給出了初始條件，那么可以沒有輸出。比如，打印一句話：NSLog(@"你最牛逼！");

輸出

算法至少有一個輸出。也就是說，算法一定要有輸出。輸出的形式可以是打印，也可以使返回一個值或者多個值等。也可以是顯示某些提示。

有窮性

算法的執行步驟是有限的，算法的執行時間也是有限的。

確定性

算法的每個步驟都有確定的含義，不會出現二義性。
可行性

算法是可用的，也就是能夠解決當前問題。
當然，回過頭來一看，這五個特性都是廢話，并且依稀記得大學老師都教過。所以，我們不用浪費腦力在這些不必要的概念上，因為大學早已離我遠去，考試什么的跟我也沒有一毛錢關系，只要知道這么回事就好。
算法的設計要求
要設計一個好的算法，需要考慮以下4個特性（其實多半是廢話）。

正確性

廢話，誰會設計一個不能夠解決問題的方法。

可讀性

指算法無論是從設計思路上，還是從注釋方面，都要能夠保證算法是可讀的，也就是可以被其他人員能夠讀懂的。其實也是廢話，這是一個優秀的程序員必備的。

健壯性

通俗的講，一個好的算法應該具有捕獲異常/處理異常的能力。另外，對于測試人員的壓力測試、邊界值測試等刁難的測試手段，算法應該能夠輕松的扛過去。

時間效率高和存儲量低

這其實是兩個概念，時間效率就是指的時間復雜度，存儲量就是指的空間復雜度。翻譯過來就是一個好的算法應該考慮時間復雜度和空間復雜度。而往往時間復雜度和空間復雜度是相互彌補的。也就是從某些角度，我們可以了通過犧牲算法運算時間的方式來減少對內存的占用，反之亦然。對于時間復雜度和空間復雜度這兩個概念，大家不用泰國迷惑，我會拿出來一篇文章專門講解，請大家稍安勿躁，持續關注。

PS:本篇文章是一個簡單的開始，里面涉及了一些概念大家不必太過計較，以后的文章中會逐步的對這些概念進行展開講解。請大家不要急躁，不要氣餒！

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pakolagij 2019-07-25 15:02 評論0 收藏0
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leonardofed 2019-06-28 15:58 評論0 收藏0