友情链接:数据结构专栏
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的操作等相关问题的学科
程序设计=数据结构+算法
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。(数据不仅包含整型、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。)
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。也被成为记录。(比如:鸡鸭牛羊猪狗等动物就是禽类的数据元素)
数据项:一个数据元素可以由若干个数据项组成。(比如:人可以有眼耳口鼻这些数据项)。
数据项是数据不可分割的最小单位。
数据对象:是性质相同的数据元素的集合,是数据的子集。(什么是性质相同呢,是指数据元素具有相同数量和类型的数据项,比如:人都有姓名、生日、性别等相同的数据项)
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。
不同的数据元素之间不是独立的,而是存在特定的关系,我们将这些关系成为结构。
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。
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:集合结构中的数据元素除了同属于一个集合外,他们之间没有其他关系。
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
树形结构
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:图形结构的数据元素是多对多的关系
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
顺序存储结构:是把数据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
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。
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。
不同的数据类型,开辟出的内存空间也不一样。
在C语言中,按照取值的不同,数据类型可以分为两类:
比如,在C语言中变量生命int a,b,这就意味着,在给变量a和b赋值时不能超出int的取值范围,变量a和b之间的运算只能是int类型所允许的运算。
抽象是指抽取事物具有的普遍性的本质。
**抽象数据类型(Abstract Data Type, ADT):是指一个数学模型及定义在改模型上的一组操作。**抽象数据类型的定义仅取决于它的一组逻辑特性,而与其他计算机内部如何表示和实现无关。抽象数据类型体现了程序设计中的问题分解、抽象和信息隐藏的特性。
算法是解决特定问题求解步骤的描述,在计算机中表现为指令的有限序列,并且每条指令表示一个或多个操作。
算法具有五个基本特性:输入、输出、有穷性、确定性和可行性。
算法的设计要求:正确性、可读性、健壮性、高效率和低存储量需求。
算法的度量方法:事后统计方法(不科学、不准确)、事前分析估算方法。
函数的渐进增长:给定两个函数f(n)和g(n),如果存在一个整数N,使得对于所有的n > N,f(n)总是比g(n)大,那么,我们说f(n)的增长渐进快于g(n)。
判断一个算法效率时,函数中的常熟和其他次要项常常可以忽略,而更应该关注主项(最高阶项)的阶数。
判断一个算法好不好,我们只通过少量的数据是不能做出准确的判断的。如果我们可以对比某些算法的关键执行次数函数的渐进增长性,基本就可以分析出:某个算法,随着n的增大,它会越来越优于另一算法,或者越来越差于另一算法。
在进行算法分析时,语句总的执行次数T(n)是关于问题规模n的函数,进而分析T(n)随n的变化情况并确定T(n)的数量级。
算法的时间复杂度,也就是算法的时间度量,记作: T ( n ) = O ( f ( n ) ) T(n) =O(f(n)) T(n)=O(f(n))。他表示随问题规模n的增大,算法执行时间的增长率和f(n)的增长率相同,称作算法的渐进时间复杂度,简称为时间复杂度。其中f(n)是问题规模n的某个函数。
这样用大写O()来体现算法时间复杂度的记法,我们称之为大O记法。
一般情况下,随着n的增大,T(n)增长最慢的算法为最优算法。
常见的时间复杂度
执行次数函数举例 | 阶 | 非正式术语 |
---|---|---|
12 | O(1) | 常数阶 |
2n+3 | O(n) | 线性阶 |
3n2+2n+1 | O(n2) | 平方阶 |
5log2n+20 | O(logn) | 对数阶 |
2n+3nlog2n+19 | O(nlogn) | nlogn阶 |
6n3+2n2+3n+4 | O(n3) | 立方阶 |
2n | O(2n) | 指数阶 |
所消耗的时间从小到大的比较:
O ( 1 ) < O ( l o g n ) < O ( n ) < O ( n l o g n ) < O ( n 2 ) < O ( n 3 ) < O ( 2 n ) < O ( n ! ) < O ( n n ) O(1) < O(logn) < O(n) < O(nlogn) < O(n^2) < O(n^3) < O(2^n) < O(n!) < O(n^n) O(1)<O(logn)<O(n)<O(nlogn)<O(n2)<O(n3)<O(2n)<O(n!)<O(nn)
推导大O阶
我们查找一个有n个随机数字数组的某个数字,最好的情况是第一个数字就是,那么算法的时间复杂度为O(1),但也有可能这个数字就在最后一个位置上待着,那么算法的时间复杂度就是O(n),这就是最坏的一种情况了。
最坏情况运行时间是一种保证,那就是运行时间将不会再坏了。在应用中,这是一种最重要的需求,通常,除非特别指定,我们提到的运行时间都是最坏情况的运行时间。
算法的空间复杂度通过计算算法所需的存储空间实现,算法空间复杂度的计算公式记作: S ( n ) = O ( f ( n ) ) S(n) = O(f(n)) S(n)=O(f(n))其中,n为问题的规模,f(n)为语句关于n所占存储空间的函数。
数据结构:线性表
数据结构专栏
1、严蔚敏、吴伟民:《数据结构(C语言版)》
2、程杰:《大话数据结构》
3、王道论坛:《数据结构考研复习指导》
4、托马斯·科尔曼等人:《算法导论》