第1章 数据结构绪论
1.1 开场白
1.2 你数据结构怎么学的
1.3 数据结构起源
早期人们都把计算机理解为数值计算工具，就是感觉计算机当然是用来计算的，所以计算机解决问题，应该是先从具体问题中抽象出一个适当的数据模型，设计出一个解此数据模型的算法，然后再编写程序，得到一个实际的软件。
可现实中，我们更多的不是解决数值计算的问题，而是需要一些更科学有效的手段（比如表、树和图等数据结构）的帮助，才能更好地处理问题。所以：
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。
之后，20世纪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，人们越来越重视“数据结构”，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。可见，数据结构在程序设计当中占据了重要的地位。
程序设计=数据结构+算法
1.4 基本概念和术语
1.4.1 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。
1.4.2 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。
1.4.3 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的最小单位。
在数据结构这门课程中，我们把数据项定义为最小单位，是有助于我们更好地解决问题的。所以，记住了，数据项是数据的最小单位。但真正讨论问题时，数据元素才是数据结构中建立数据模型的着眼点。就像我们讨论一部电影时，是讨论这部电影角色这样的“数据元素”，而不是针对这个角色的姓名或者年龄这样的“数据项”去研究分析。
1.4.4 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。
什么叫性质相同呢，是指数据元素具有相同数量和类型的数据项，比如，还是刚才的例子，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。
1.4.5 数据结构
结构，简单的理解就是关系，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。
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。
在计算机中，数据元素并不是孤立、杂乱无序的，而是具有内在联系的数据集合。数据元素之间存在的一种或多种特定关系，也就是数据的组织形式。
为编写出一个“好”的程序，必须分析待处理对象的特性及各处理对象之间存在的关系。这也就是研究数据结构的意义所在。
1.5 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。
1.5.1 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。
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”。数据结构中的集合关系就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：树形结构中的数据元素之间存在一种一对多的层次关系。
4.图形结构
图形结构：图形结构的数据元素是多对多的关系。
我们在用示意图表示数据的逻辑结构时，要注意两点：
- 将每一个数据元素看做一个结点，用圆圈表示。
- 元素之间的逻辑关系用结点之间的连线表示，如果这个关系是有方向的，那么用带箭头的连线表示。
从之前的例子也可以看出，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。
1.5.2 物理结构
数据的物理结构（很多书中也叫做存储结构）
物理结构：是指数据的逻辑结构在计算机中的存储形式。
数据是数据元素的集合，那么根据物理结构的定义，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.顺序存储结构
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。
排队占位，大家都按顺序排好，每个人占一小段空间，大家谁也别插谁的队
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。
1.6 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。
1.6.1 数据类型定义
数据类型是按照值的不同进行划分的。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：
这些操作是如何实现的，对高级语言开发者来讲根本不重要。于是我们就会考虑，无论什么计算机、什么计算机语言，大都会面临着如整数运算、实数运算、字符运算等操作，我们可以考虑把它们都抽象出来。
抽象是指抽取出事物具有的普遍性的本质。它是抽出问题的特征而忽略非本质的细节，是对具体事物的一个概括。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。
1.6.2 抽象数据类型
抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT）：一个数学模型及定义在该模型上的一组操作。
抽象数据类型的定义仅取决于它的一组逻辑特性，而与其在计算机内部如何表示和实现无关。
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
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细节作为一个独立的单元，从而使具体实现过程隐藏起来。
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
1.7 总结回顾
