大话数据结构——第一章数据结构绪论笔记

一、数据结构绪论

1.数据结构起源

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。1968年，美国的高德纳教授在起所写的《计算机程序艺术》第一卷《基本算法》中，较系统地阐述了数据的逻辑结构和存储结构及其操作，开创了数据结构的课程提体系。同年，数据结构作为一门独立的课程，在计算机科学的学位课程中开始出现。之后，70年代初，出现了大型程序，软件也开始相对独立，结构程序设计成为程序设计方法学的主要内容，人们认为程序设计的实质是对确定的问题选择一种好的结构，加上设计一种好的算法。
程序设计=数据结构＋算法

2.基本概念和术语

1.2.1 数据

数据：是描述客观事物的符号，是计算机中可以操作的对象，是能被计算机识别，并输入给计算机处理的符号集合。
数据不仅仅包括整型、实型等数值类型，还包括字符及声音、图像、视频等非数值类型。
也就是说，我们这里说的数据，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。

1.2.2 数据元素

数据元素：是组成数据的、有一定意义的基本单位，在计算机中通常作为整体处理。也被称为记录。

1.2.3 数据项

数据项：一个数据元素可以由若干个数据项组成。
数据项是数据不可分割发最小单位。

1.2.4 数据对象

数据对象：是性质相同的数据元素的集合。是数据的子集。
既然数据对象是数据的子集，在实际应用中，处理的数据元素通常具有相同性质，在不产生混淆的情况下，我们都将数据对象简称为数据。

1.2.5 数据结构

结构是指各个组成部分相互搭配和排列的方式。
在现实生活中，不同的数据元素之间不是相互独立的，而是存在特定的关系，我们将这些关系称为结构。
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。

3.逻辑结构与物理结构

按照视点不同，数据结构分为逻辑结构和物理结构。

1.3.1 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。
逻辑结构是针对具体问题的，是为了解决某个问题，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。
逻辑结构分为以下四种：

• 集合结构

• 线性结构

• 树形结构

• 图形结构
  1.集合结构

   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。
   各个数据元素是“平等的”，它们的共同属性是“同属于一个集合”。类似于数学中的集合。
  

2.线性结构

  线性结构：线性结构中的数据元素之间是一对一的关系。

3.树形结构

 树形结构：树形结构中数据元素之间存在一对多的层次关系。

4.图形结构

图形结构：图形结构中数据元素之间存在多对多的层次关系。

1.3.2 物理结构or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。
实际上就是如何把数据元素存储到计算机的存储器中。
存储器主要是针对内存而言的，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。
数据的存储结构应准确反映数据元素间的逻辑关系，这才是最为关键的，如何存储数据元素之间的逻辑关系，是实习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。
1.顺序存储

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。 

这种存储结构就是排队占位。数组就是这样的顺序存储结构。

2.链式存储结构

 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1个指针存放数据元素的地址，只要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。

4.抽象数据类型

1.数据类型

数据类型：是指一组性质相同的值的集合及定义在此集合上的一些操作的总称。
数据类型是按照指的不同进行划分的。在高级语言中，每个变量、常量和表达式都有各自的取值范围。类型就用来说明变量和表达式的取值范围和所能进行的操作。
在C语言中，按照取值的不同，数据类型可分为两类：

-原子类型：是不可再分解的基本类型，包括整型、实型、字符型等。
结构类型：由若干个类型组合而成，是可以再分解的。例如，整形数组是由若干个整型数据组成的。

2.抽象数据类型

抽象是指抽取出事物具有的普遍性的本质。
它是抽取问题的特征而忽略非本质的细节，只保留实现目标所必须的信息。
抽象数据类型（Abstract Data Type， ADT）:是指一个数学模型及定义在在模型上的一组操作。
抽象数据类型的定义仅取决于它的一种逻辑特性，而与其在计算机内部如何表示和实现无关。
“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。
描述抽象数据类型的标准格式：

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n
                 …
 endADT