数据结构学习笔记——基础概念

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数据结构的基础概念

重要观念

在学习数据结构之前，必须先清晰的树立一个观念，它对于你能够在这条路上走多远尤为重要。
一个重要观念：写出一个可以工作的程序并不够。如果这个程序在巨大的数据集上运行，那么运行时间就成为了重要问题。
要知道，能够在小量数据下工作的程序（往往是for循环嵌套，耗时极多），在面对巨大数据集时往往是不切实际的。例如找出上百万个数据中第x个大的数，用简单的冒泡排序等算法，往往要花费数天，这是不现实的。因此需要更好的算法，并掌握一些能力，使得我们可以优化我们的代码。
要掌握的能力：
1/写出一个程序后，能在尚未具体编码前估算程序运行时间。
2/能够找出限制程序速度的瓶颈
3/掌握改进程序速度的方法

什么是数据结构

定义:
我们如何把现实中大量而复杂的问题以特定的 数据类型 和特定的 存储结构 存储到主存储器（内存）中，以及在此基础上为实现某个功能（比如查找某个元素，删除某个元素，对所有元素进行排序）而执行的相应操作，这个相应的操作也叫算法。
个人理解：
研究数据存储方式和对数据进行操作的科学
数据结构 = 个体（数据类型） + 个体的关系（存储结构）
算法 = 对存储数据的操作（狭义）
（狭义算法依赖于数据结构，存储结构不同，算法实现方式不同。广义的算法不依赖于数据结构）

什么是算法

算法:
解题方法和步骤
狭义的算法是与数据的存储方式密切相关
广义的算法是与数据的存储方式无关
泛型：
利用某种技术达到的效果就是：不同的存储方式，执行的操作是一样的

评价算法的标准

1.时间复杂度

大概程序要执行的次数（运行次数最多的那个程序的运行次数），而非时间（不同机器执行的速度是不同的，所以不能用时间作为标准）

2.空间复杂度

算法执行过程中大概所占用的最大内存

3.强壮性

4.难易程度

据结构的地位

	数据结构是软件中最核心的课程
	程序 = 数据的存储 + 数据的操作 + 可以被计算机执行的语言

补充：
编程语言中许多基本的东西都与数据结构有关。
如内存中的栈、堆。所谓的栈内存和堆内存指的是分配内存的算法不同。如果以压栈和出栈的方式分配内存就叫做栈内存；如果以堆排序的方式分配内存，就叫做堆内存。它们实质上讲的是算法，仍是数据结构里的内容。包括函数的调用是通过压栈和出栈实现的。
操作系统中的队列和现场。队列：所有与时间有关的东西必须有时间的先后顺序，先后顺序就用到存储数据的结构，这种数据存储结构就叫做队列。
数据库就是数据结构的简化版，数据库考虑的问题更狭窄。

预备知识

指针

略

结构体

访问结构体变量成员的方法：
1.通过结构体变量名来实现
st.sid
2.通过指向结构体变量的指针来实现【重点】
pst->sid(相当于)：
pst所指向的结构体中的sid这个成员
注意事项：
结构体变量不能加减乘除，但可以相互赋值
普通结构体变量和结构体指针变量作为函数传参的问题

动态内存的分配与释放

略

数据存储的两种方式：线形存储和非线性存储

模块一：线性结构——线性表

特点：各个元素在逻辑上彼此相邻。形象的说说：有一根线把所有的节点用一根直线穿起来，除了首项和末项外的每一个元素只有一个前项和后项。
线性结构的实现主要有两种方式：顺序表和链表。

连续存储——顺序表【数组】

1.什么叫做连续存储
元素逻辑上相邻，实际上物理地址也是相邻的。
用数组来表示顺序表
Struct Arr
{
int * pBase;//存储数组第一个元素地址
int len;//容纳最大元素个数
Int cnt;//当前有效元素个数
}
2.顺序表的基本运算

	void init_arr(struct Arr * pArr,int length);//初始化
	bool append_onetoarr(struct Arr * pArr，int val);//追加一个
	bool append_arrtoarr(struct Arr * pArr，struct Arr * pArr);//追加一组
	bool insert_arr(struct Arr * pArr,int pos,int val);//插入//pos的值从1开始
	bool delete_arr(struct Arr * pArr，int pos,int * pValue);//删除指定的值，并返回这个值
	int get_element();//获取指定元素
	bool is_empty(struct Arr * pArr);//判断是否为空
	bool is_full(struct Arr * pArr);//判断是否满
	void sort_arr(struct Arr * pArr);//把元素排序
	void show_arr(struct Arr * pArr);//显示所有元素
	void inversion_arr(struct Arr * pArr);//把元素倒置

3.具体实现：

#include 
	#include //提供动态分配内存函数
	#include //包含exit函数

void init_arr(struct Arr * pArr,int length)
{
     
	pArr->pBase=(int *)malloc(sizeof(int)*length)//void *malloc(unsigned int size)返回的是无类型常指针
	if(NULL==pArr->pBase)//分配内存失败
{
     
	printf("动态内存分配失败！\n");
	exit(-1);//终止整个程序
]
else
{
     
	pArr->len=length;
	pArr->cnt=0;
}
return;		
}

bool is_empty(struct Arr * pArr)
{
     
	if(0 == pArr->cnt)
		return true;
	else
		return false;
}

bool is_full(struct Arr * pArr)
{
     
	if(pArr->cnt == pArr->len )
		return ture;
	else
		return false;
}

void show_arr(struct Arr * pArr)
{
     
	int i;

	if(is_empty(pArr))
		printf("数组为空");
	else
		{
     
			for(i=0;i<=pArr->cnt;++i)
			printf("%d ",pArr->pBase[i]);
			printf("\n");
		}
}

bool append_onetoarr(struct Arr * pArr，int val)
{
     
   //满时返回false
if(1 == is_full(pArr))
			return false;
		//不满时添加val
	pArr->pBase[cnt]=val;
	++(pArr->cnt);
	return true;
}

bool insert_arr(struct Arr * pArr,int pos,int val)//插入//pos的值从1开始
{
     
	if(is_full(pArr))
return false;		
if(pos<1||pos>pArr->cnt+1)
return false;				
for(int i=(pArr->cnt-1);i>=(pos-1);- -i)
{
     
pArr->pBase[i+1]=pArr->pBase[i];
}
pArr->pBase[pose-1]=val;
++(pArr->cnt);
return true;
}

bool delete_arr(struct Arr * pArr，int pos,int * pValue)//删除指定的值，并返回这个值
{
     
	if(is_empty(pArr))
return false;
	if(pos<1||pos>pArr->cnt)
return false;
	*pValue=pArr->pBase[pos-1];
	for(int i=(pos-1);i<pArr->cnt,++i)
{
     
		pArr->pBase[i]=pArr->pBase[i+1];
		pArr->pBase[i+1]=0;
}
--(pArr->cnt);
return true;
}

void inversion_arr(struct Arr * pArr)//把元素倒置
{
     
int i=0;
int j=pArr->cnt-1;
int temp;

while(i<j)
{
     
temp=pArr->pBase[i];
pArr->pBase[i]=pArr->pBase[j];
pArr->pBase[j]=temp;
++i;
--j;
}
return;	
}

void sort_arr(struct Arr * pArr)//把元素排序,从小到大排序
{
     
	int i,j;
	for(i=0;i<pArr->cnt-1;++i)
for(j=i+1;j<pArr->cnt;++j)
{
     
	if(temp=pArr->pBase[i]>temp=pArr->pBase[j])	
	{
     
temp=pArr->pBase[i];
pArr->pBase[i]=pArr->pBase[j];
pArr->pBase[j]=temp;
	}		
}
}

3、数组的优缺点
略

栈

队列

字符串和数组

树和二叉树

图