数据结构和算法

Corwien 发布于2019-08-20 16:49 / 2922人阅读

摘要：数据在内存中的存储结构，也就是物理结构，分为两种顺序存储结构和链式存储结构。数组就是顺序存储结构的典型代表。即谈数据结构又谈算法才能够真正装爷。

什么是数据结构
概念
官方定义：

数据结构是一门研究非数值计算的程序设计问题中的操作对象，以及它们之间的关系和操作等相关问题的学科。

我的理解：

程序设计 = 数据结构 + 算法

数据结构，顾名思义，就是数据之间的结构关系，或者理解成数据元素相互之间存在的一种或多种特定关系的集合。当然这些概念都是大学喜欢考的，我们没必要纠结于这个概念，有自己恰当的、并且可以为他人所接受的解释就可以。

数据结构中结构的概念
数据结构中的结构，也就是我们研究的主体对象。数据结构中我们很少研究数据，因为数据在内存中的表现形式对于我们都是一样的，也就是二进制。传统上，我们把数据结构分为逻辑结构和物理结构。

逻辑结构

指反映数据元素之间的逻辑关系的数据结构，其中的逻辑关系是指数据元素之间的前后关系，而与他们在计算机中的存储位置无关。逻辑结构分为以下四类：

1.集合结构

集合结构中的数据元素同属于一个集合，他们之间是并列的关系，除此之外没有其他关系。如下图，可以很好的表示集合结构中的元素之间的关系：

2.线性结构

线性结构中的元素存在一对一的相互关系。如下图，可以很好的表示线性结构中的元素之间的关系：

3.树形结构

树形结构中的元素存在一对多的相互关系。如下图，可以很好的表示树形结构中的元素之间的关系：

4.图形结构

图形结构中的元素存在多对多的相互关系。如下图，可以很好的表示图形结构中的元素之间的关系：

物理结构

物理结构又叫存储结构，指数据的逻辑结构在计算机存储空间的存放形式。通俗的讲，物理结构研究的是数据在存储器中存放的形式。存储器主要针对于内存而言，像硬盘、软盘、光盘等外部存储器的数据组织通常用文件结构来描述。

数据在内存中的存储结构，也就是物理结构，分为两种：顺序存储结构和链式存储结构。

顺序存储结构

顺序存储结构：是把数据元素存放在地址连续的存储单元里，其数据间的逻辑关系和物理关系是一致的。数组就是顺序存储结构的典型代表。其在内存中的存储形式类似于下图：

链式存储结构

链式存储结构：是把数据元素存放在内存中的任意存储单元里，也就是可以把数据存放在内存的各个位置。这些数据在内存中的地址可以是连续的，也可以是不连续的。

和顺序存储结构不同的是，链式存储结构的数据元素之间是通过指针来连接的，我们可以通使用指针来找到某个数据元素的位置，然后对这个数据元素进行一些操作。如下图，可以帮助我们理解链式存储结构：

顺序存储结构和链式存储结构的区别

打个比方说一下顺序存储结构和链式存储结构的区别：
比如去银行取钱，顺序存储结构就相当于，所有的客户按照先来后到的顺序有序的的坐在大厅的椅子上（注意：是有顺序的坐着哦）。
而链式存储结构相当于，所有的客户只要一到银行，大堂经理就给他们每人一个号码，然后他们可以随便坐在哪个椅子上（随便坐，不需要按照什么顺序坐），只需要等待工作人员广播叫号即可。
而每个客户手里的号码就相当于指针，当前的指针指向下一个存储空间，这样，所有不连续的空间就可以被有顺序的按照线性连接在一起了。
算法
说到数据结构，必须要一并带上算法，在笔者看来，不谈算法的数据结构只是你理解了概念，只能够出去装X而已。即谈数据结构又谈算法才能够真正装爷。只可惜，以我现在脑海里残留的一点概念，我出去只能够装X。废话少说，直接行干货！

算法的概念
是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。

以上是我在百度百科找到的解释，在我看来，算法就是求解一个问题所需要的步骤所形成的解决方法，每一步包括一个或者多个操作。无论是现实生活中还是计算机中，解决同一个问题的方法可能有很多种，在这N多种算法中，肯定存在一个执行效率最快的方法，那么这个方法就是最优算法。

算法的特性
算法具有五个基本特征：输入、输出、有穷性、确定性和可行性。

输入

一个算法具有零个或者多个输出。以刻画运算对象的初始情况，所谓0个输入是指算法本身定出了初始条件。后面一句话翻译过来就是，如果一个算法本身给出了初始条件，那么可以没有输出。比如，打印一句话：NSLog(@"你最牛逼！");

输出

算法至少有一个输出。也就是说，算法一定要有输出。输出的形式可以是打印，也可以使返回一个值或者多个值等。也可以是显示某些提示。

有穷性

算法的执行步骤是有限的，算法的执行时间也是有限的。

确定性

算法的每个步骤都有确定的含义，不会出现二义性。
可行性

算法是可用的，也就是能够解决当前问题。
当然，回过头来一看，这五个特性都是废话，并且依稀记得大学老师都教过。所以，我们不用浪费脑力在这些不必要的概念上，因为大学早已离我远去，考试什么的跟我也没有一毛钱关系，只要知道这么回事就好。
算法的设计要求
要设计一个好的算法，需要考虑以下4个特性（其实多半是废话）。

正确性

废话，谁会设计一个不能够解决问题的方法。

可读性

指算法无论是从设计思路上，还是从注释方面，都要能够保证算法是可读的，也就是可以被其他人员能够读懂的。其实也是废话，这是一个优秀的程序员必备的。

健壮性

通俗的讲，一个好的算法应该具有捕获异常/处理异常的能力。另外，对于测试人员的压力测试、边界值测试等刁难的测试手段，算法应该能够轻松的扛过去。

时间效率高和存储量低

这其实是两个概念，时间效率就是指的时间复杂度，存储量就是指的空间复杂度。翻译过来就是一个好的算法应该考虑时间复杂度和空间复杂度。而往往时间复杂度和空间复杂度是相互弥补的。也就是从某些角度，我们可以了通过牺牲算法运算时间的方式来减少对内存的占用，反之亦然。对于时间复杂度和空间复杂度这两个概念，大家不用泰国迷惑，我会拿出来一篇文章专门讲解，请大家稍安勿躁，持续关注。

PS:本篇文章是一个简单的开始，里面涉及了一些概念大家不必太过计较，以后的文章中会逐步的对这些概念进行展开讲解。请大家不要急躁，不要气馁！

GPU云服务器云服务器数据结构和算法算法和数据结构数据结构和算法分析数据分析和数据算法

文章版权归作者所有，未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为，您可以联系管理员删除。

转载请注明本文地址：https://www.ucloud.cn/yun/83186.html

优秀程序员都应该学习的 GitHub 上开源的数据结构与算法项目

摘要：强烈推荐上值得前端学习的数据结构与算法项目，包含图的演示过程与视频讲解。该仓库包含了多种基于的算法与数据结构，提供进一步阅读的解释和链接。数据结构和算法必知必会的个代码实现。 showImg(https://segmentfault.com/img/bVbvpYZ); 前言算法为王。想学好前端，先练好内功，内功不行，就算招式练的再花哨，终究成不了高手；只有内功深厚者，前端之路才会走得...

cheukyin 2019-08-26 10:17 评论0 收藏0
用 PHP 的方式实现的各类算法合集

摘要：数据项是数据的不可分割的最小单位。数据项是对客观事物某一方面特性的数据描述。数据对象是性质相同的数据元素的集合，是数据的一个子集。数据的逻辑结构数据元素之间的相互关系称为逻辑结构。项目地址 https://github.com/m9rco/algo... 每周最少一更，求出题，求虐待 At least once a week, ask for problems and abuse 简...

Karrdy 2019-06-28 13:32 评论0 收藏0
用 PHP 的方式实现的各类算法合集

摘要：数据项是数据的不可分割的最小单位。数据项是对客观事物某一方面特性的数据描述。数据对象是性质相同的数据元素的集合，是数据的一个子集。数据的逻辑结构数据元素之间的相互关系称为逻辑结构。项目地址 https://github.com/m9rco/algo... 每周最少一更，求出题，求虐待 At least once a week, ask for problems and abuse 简...

pakolagij 2019-07-25 15:02 评论0 收藏0
用 PHP 的方式实现的各类算法合集

摘要：数据项是数据的不可分割的最小单位。数据项是对客观事物某一方面特性的数据描述。数据对象是性质相同的数据元素的集合，是数据的一个子集。数据的逻辑结构数据元素之间的相互关系称为逻辑结构。项目地址 https://github.com/m9rco/algo... 每周最少一更，求出题，求虐待 At least once a week, ask for problems and abuse 简...

leonardofed 2019-06-28 15:58 评论0 收藏0