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。
程序设计 = 数据结构 + 算法
数据
也就是说,我们说的数据,其实就是符号,而且这些符号必须具备两个前提:
- 可以输入到计算机中
- 能被计算机程序处理
对于整型、实型等数值类型,可以进行数值计算。
对于字符数据类型,就需要进行非数值的处理。而声音、图像、视频等其实是可以通过编码的手段变成字符数据来处理的。
数据元素
数据项
数据对象
数据结构
结构,简单理解就是关系,比如分子结构,就是说组成分子的原子之间的排列方式。
严格点说,结构是指各个组成部分相互搭配和排列的方式。在现实世界中
不同数据元素之间不是独立的,而是存在特定的关系,我们将这些关系称为结构
逻辑结构与物理结构
按照视点的不同,我们把数据结构分为逻辑结构和物理结构。
逻辑结构
逻辑结构: 是指数据对象中数据元素之间的相互关系。
- 集合结构
集合结构中的数据元素除了同属于一个集合外,它们之间没有其他关系。
- 线性结构
线性结构中的数据元素之间是一对一的关系
- 树形结构
树形结构中的数据元素之间存在一种一对多的层次关系
- 图形结构
图形结构的数据元素是多对多的关系
逻辑结构是针对具体问题的,为了解决某个问题,在对问题理解的基础上,选择一个合适的数据结构表示数据元素之间的逻辑关系。
物理结构
物理结构也就是存储结构。
物理结构: 是指数据的逻辑结构在计算机中的存储形式。
数据的存储结构应正确反映数据元素之间的逻辑关系,这才是最为关键的,如果存储数据元素之间的逻辑关系,是实现物理结构的重点和难点。
数据元素的存储结构形式有两种: 顺序存储和链式存储。
- 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。 - 链式存储结构
是把数据元素存放在任意的存储单元里,这组存储单元可以是连续的,也可以是不连续的。
数据元素的存储关系并不能反映其逻辑关系,因此需要用一个指针存放数据元素的地址,这样通过地址就可以找到相关联数据元素的位置。
逻辑结构是面向问题的,而物理结构就是面向计算机的,其基本的目标就是将数据及其逻辑关系存储到计算机的内存中。
抽象数据类型
数据类型
是指一组性质相同的值的集合以及定义在此集合上的一些操作的总称。
抽象是指抽取出事物具有的普遍性的本质。
抽象数据类型
我们对已有的数据类型进行抽象,就有了抽象数据类型。
“抽象”的意义在于数据类型的数学抽象特性。
抽象数据类型体现了程序设计中问题分解、抽象和信息隐藏的特性。
抽象数据类型把实际生活中的问题分解为多个规模小且容易处理的问题,然后建立一个计算机能处理的数据模型,并把每个功能模块的实现袭击作为一个独立的单元,从而使具体实现过程隐藏起来。
ADT 抽象数据类型名
Data
数据元素之间逻辑关系的定义
Operation
操作1
初始条件
操作结果描述
操作2
...
操作3
...
endADT
总结
数据对象 | |
数据项1 | 数据项2 |
由这些概念,给出了数据结构的定义: 数据结构是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。
集合结构 | 顺序存储结构 |
线性结构 | 链接存储结构 |
树形结构 | |
图形结构 |