一、什么是数据结构
数据结构,直白地理解,就是研究数据的存储方式。
我们知道,数据存储只有一个目的,即为了方便后期对数据的再利用,就如同我们使用数组存储 {1,2,3,4,5} 是为了后期取得它们的值,因此,数据在计算机存储空间的存放,决不是胡乱的,这就要求我们选择一种好的方式来存储数据,而这也是数据结构的核心内容例如,要存储这样一组数据:{张三,张四,张五,张六,张七},数据之间具有这样的关系:张三是张四、张五的父亲,同时张四还是张六和张七的父亲,数据之间的关系如图所示:
对于存储之间具有复杂关系的数据,如果还是用变量或数组来存储(比如用数组存储 {“张三”,"张四",“张五”,"张六","张七"} ),数据存储是没有问题,但是无法体现数据之间的逻辑关系,后期根本无法使用,显然不明智。针对此类数据,数据结构提供了树(或者图)存储结构,专门用于存储这类数据。通过以上示例可以体会出,数据结构教会我们的绝不仅仅是如何存储 1、2、这样简单的数据,而是解决具有复杂关系的大量数据的存储问题。
二、常用的数据结构
线性表
顺序表
链表
栈
队列
树
图
三、线性表介绍
线性表结构存储的数据往往是可以依次排列的,就像小朋友手拉手,每位学生的前面和后面都仅有一个小朋友和他拉手,具备这种“一对一”关系的数据就可以使用线性表来存储。
例如,存储类似 list = [1,3,5,7,9]这样的数据时,各元素依次排列,每个元素的前面和后边有且仅有一个元素与之相邻(除首元素和尾元素),因此可以使用线性表存储。线性表并不是一种具体的存储结构,它包含顺序存储结构和链式存储结构,是顺序表和链表的统称。
四、顺序表
顺序表,简单地理解,就是常用的数组,只是换了个名字而已,例如使用顺序表存储 {1,3,5,7,9},如图所示:
五、链表
我们知道,使用顺序表(底层实现靠数组)时,需要提前申请一定大小的存储空间,这块存储空间的物理地址是连续的,如图所示。链表则完全不同,使用链表存储数据时,是随用随申请,因此数据的存储位置是相互分离的,换句话说,数据的存储位置是随机的为了给各个数据块建立“依次排列”的关系,链表给各数据块增设一个指针,每个数据块的指针都指向下一个数据块(最后一个数据块的指针指向 NULL),就如同一个个小学生都伸手去拉住下一个小学生的手,这样,看似毫无关系的数据块就建立了“依次排列”的关系,也就形成了链表,如图所示:
六、栈
栈和队列隶属于线性表,是特殊的线性表,因为它们对线性表中元素的进出做了明确的要求。栈中的元素只能从线性表的一端进出(另一端封死),且要遵循“先入后出”的原则,即先进栈的元素后出栈。
栈结构如图所示,像一个木桶,栈中含有 3 个元素,分别是 A、B 和 C,从在栈中的状态可以看出 A 最先进的栈,然后 B 进栈,最后 C 进栈。根据“先进后出”的原则,3 个元素出栈的顺序应该是:C 最先出栈,然后 B 出栈,最后才是 A 出栈。
七、队列
队列中的元素只能从线性表的一端进,从另一端出,且要遵循“先入先出”的特点,即先进队列的元素也要先出队列。
队列结构如图所示,队列中有 3 个元素,分别是 A、B 和 C,从在队列中的状态可以看出是 A 先进队列,然后 B 进,最后 C 进。根据“先进先出”的原则,3 个元素出队列的顺序应该是 A 最先出队列,然后 B 出,最后 C 出。
八、树存储结构
树存储结构适合存储具有“一对多”关系的数据。
如图所示,其中张四只有一个父亲,但他却有两(多)个孩子,这就是“一对多”的关系,满足这种关系的数据可以使用树存储结构。
九、图存储结构
图存储结构适合存储具有“多对多”关系的数据。
如图所示,从 V1 可以到达 V2、V3、V4,同样,从 V2、V3、V4 也可以到达 V1,这就是“多对多”的关系,满足这种关系的数据可以使用图存储结构。