數據結構與算法 基礎篇

數據結構

基本概念和術語

數據結構計算機存儲、組織數據的方式。數據結構是指相互之間存在一種或多種特定關系的數據元素的集合。通常情況下,精心選擇的數據結構可以帶來更高的運行或者存儲效率。

數據結構中的4個概念:數據、數據對象、數據元素、數據項

數據:用戶輸入到計算機并且能夠被計算機程序處理的一些符號,數據不僅僅包括整型、實型等數值類型,還包括字符及聲音、圖像、視頻等非數值類型,對于從后端返回的整型,浮點型數據,可以直接進行數值計算. 對于字符串類型的數據,我們就需要進行非數值的處理. 而對于聲音,圖像,視頻這樣的數據,我們需要通過編碼的手段將其變成二進制數據進行處理

數據對象:是性質相同的對象的集合(有點像數組,可不是面向對象的對象) eg:班級(一群學生,也就是一堆相同的數據元素)

數據元素:數據的基本單位,數據元素用于完整的描述一個對象 eg:學生 (數據項組合在一起就是一個完整的數據元素)

數據項:是組成元素的 eg:衣服啊,鞋啊,耳鼻喉啊(學生有的都可以是數據項)

邏輯結構與物理結構

邏輯結構

定義:是對數據之間關系的描述 (面向問題的)

任務:將基本概念模型圖轉換為與選用的數據模型相符合的邏輯結構

物理結構

定義:數據的物理(存儲)結構 (面向計算機的)

任務:根據計算機系統的特點,為給定的數據模型確定合理的存儲結構和存取方法

數據存儲結構應該正確反映數據元素之間的邏輯關系, 如何存儲數據元素之間的邏輯關系,是實現物理結構的重點

邏輯結構的分類

集合結構:數據之前只有一個關系就是在一個集合內,大家在一塊待著,誰也不認識誰

線性結構:數據之間一對一關系,eg:數組,字符串,隊列,棧,線性表

樹形結構:數據之間一對多關系 eg:二叉樹,B樹,哈夫曼樹,紅黑樹

圖形結構:數據之間多對多關系 eg:鄰近矩陣,鄰接表.

存儲結構的形式
順序存儲:是指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.


鏈式存儲:是把數據元素放在任意的存儲單元里,這組存儲單元可以是連續的,也可以是不連續的. 數據元素的存儲關系并不能反映邏輯關系,因此需要用一個指針存放數據元素的地址,這樣通過地址就可以找到相關關聯數據元素的位置.

算法

算法定義、特性、設計要求

算法定義:是解決特定問題求解步驟的描述,在計算機中表現為指令的有限序列,并且每條指令表示一個或多個操作(不是復雜的計算才叫算法)

算法特性

  • 輸入輸出
  • 有窮性
  • 確定性
  • 可行性

算法設計要求

  • 正確性
  • 可讀性
  • 健壯性
  • 時間效率高和存儲量低

做算法題的方法:
充分閱讀題目.了解題目背后的關鍵意思;
分析題目,涉及到哪些數據結構,對問題進行分類. 到底屬于鏈表問題, 棧思想問題, 字符串問題,二叉樹問題,圖相關問題,排序問題; 與你之前所接觸過的算法題有沒有類似,找到問題的解題思路
實現算法. 在算法的實現的過程,并不是一蹴而就, 肯定是需要不斷的調試,修改的;
驗證算法正確性
找到題源, 看其他的開發者對齊的解決思路.
找到題解建議之后, 對于其他優秀思路,分析它的優勢,并且學習它的思路.并且寫成其他解法的代碼
算法題的解題能力來自于2點: 對于數據結構與算法核心問題是否夯實 + 是否有足夠多且足夠耐心的積累;

算法的評估

時間復雜度計算(推導大O階方法)

用常數1取代運行時間中所有加法常數;
在修改后的運行次數函數中,只保留最高階項;
如果在最高階項存在且不是1,則去除與這個項相乘的常數;


空間復雜度 (在考量算法的空間復雜度,主要考慮算法執行時所需要的輔助空間)
程序空間計算因素:

  1. 寄存本身的指令

  2. 常數

  3. 變量

  4. 輸入

  5. 對數據進行操作的輔助空間

eg: 數組逆序,將一維數組a中的n個數逆序存放在原數組中

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