数据结构小白成长记第一讲——数据结构概述

@不慌不忙 安静盛大

计算机解决问题，是从具体问题中抽象出一个适当的数据模型，设计出一个解决此数据模型的算法，然后在编写程序，得到一个实际的软件。

程序 = 数据结构 + 算法

研究数据结构的意义：为编写一个“好”的程序，必须分析待处理对象的特性以及个处理对象之间存在的关系。

1.1、数据结构的研究范围

数据结构是一门研究非数值计算的程序问题中的操作对象，以及他们之间的关系和操作等相关问题的学科。

1.2、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。

举例：整型、实数型等数值类型；字符；声音；图像；视频；人类等

1.2.2、数据元素

数据元素又称记录，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。

举例：人类中的人；禽类中的牛、马、羊等；植物类中的百合、康乃馨等

1.2.3数据项

一个数据元素可以由若干数据项组成，是数据不可分割的最小单位。数据结构中，数据项为最小单位。

举例：动物中的狗数据元素可以由眼睛、尾巴、鼻子、耳朵等数据项，也可以有姓名、性别、体重等数据项

1.2.4数据对象

性质相同（即具有相同数量和类型的数据项）的数据元素的集合，是数据的子集。 

举例：体重相同的人们，身高相同的狗狗等

1.2.5数据结构——概述之leading role登场

结构，严格地说，是指各个组成部分相互搭配和排列的方式

简单地说，就是关系。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。

in a word，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。

1.3逻辑结构与物理结构

1.3.1逻辑结构

逻辑结构：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属于同一个集合外，没有其他关系

·线性结构：数据元素之间是一对一关系

·树形结构：数据元素之间是一对多关系

·图形结构：数据元素之间是多对多关系

##逻辑结构是针对具体问题的，是为了解决某个问题，在针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。

·示意图表示数据结构注意事项：

    1、将每一个数据元素看成一个节点，用圆圈表示

    2、元素之间的逻辑关系用节点之间的连线表示，若关系是有方向的，则用带箭头的连线表示

1.3.2物理结构

物理结构：又称存储结构。指数据的逻辑结构在计算机中的存储形式，即如何存储数据结构之间的逻辑关系。

1、顺序存储结构

·数据存放在地址连续的存储单元里，其间的逻辑关系和物理关系是一致的。

·解释：就像排队占位，每个人都按顺序排好，都占有一小段空间，谁也不能插谁的队，也不能占用别人的位置。

·举例：数组

·局限性：适用于存储结构基本保持不变的数据元素

·优点：结构简单

2、链式存储结构

·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。

·反应其逻辑关系原理：设置一个指针存放数据元素的地址，通过地址可以找到相关的数据元素的位置。

·解释：银行、医院等地方，设置了排队系统，但是排完号可以去任意地方，只要自己罐组的前一个号没有被叫到，交到了，下一个就轮到了。

·局限性：结构复杂；若中间某一个节点丢失，会严重破坏数据元素的关系

·优点：可以对数据元素中的数据项进行“插队“操作，即可用于数据结构常要变化的数据元素

1.4抽象数据类型

1.41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。即数据类型是为了开辟合适的内存而设定的。

数据类型是按照值的不同类型进行划分的。类型用来说明变量或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，数据类型可以分为两类：

    1、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。

    2、结构类型：由若干个类型组合而成，是可以再分解的。

1.4.2抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT）

抽象：指抽取出事物具有的普遍性的本质。它是抽出的问题的特征，而忽略非本质的细节，是对具体事物的一个概述。

抽象是一种思考问题的方式，它隐藏了繁杂的细节，只保留实现目标所必需的信息。它体现了程序设计中的问题分解、抽象和信息隐藏的特性。

抽象数据类型指一个数据模型及定义在该模型上的一组操作 。

抽象数据类型的分类：

    1、原子类型：其值不可分解

    2、固定聚合类型：其值由确定的成分按某种结构组成

    3、可变聚合变量：与固定聚合类型作比较，值的数目不确定

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

一旦定义了一个抽象数据类型及具体实现，程序设计中就可以像使用基本数据类型一样。

抽象的”意义“在于数据类型的数据抽象特征。另外，抽象数据类型不仅仅指那些已经定义并实现的数据类型，还可以是计算机编程者在设计软件程序时自己定义的数据类型。