第一章 数据结构绪论

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第一章 数据结构绪论

引言：什么是数据结构？为什么要有数据结构？

1.基本概念和术语

2.逻辑结构和数据结构

2.1逻辑结构

2.2物理结构

3.抽象数据类型

3.1数据类型

3.2抽象数据类型

总结

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第一章 数据结构绪论

引言：什么是数据结构？为什么要有数据结构？

• Q：什么是数据结构？A：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。
• Q：为什么要有数据结构？A：在计算机中，数据不是孤立、杂乱无序的，而是有一定的内在联系。为编写一个好的程序，必须分析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。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。数据结构在程序设计中占据了重要地位。

1.基本概念和术语

1. 数据：是描述客观事物的符号，是计算机可以操作的对象，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、声音、图像、视频等非数值类型。
2. 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。如在人类中，“人”是数据元素。
3. 数据项：一个数据元素可以由若干个数据项组成。如“人”这样的数据元素，可以有耳、眼、手等数据项。数据项是数据不可分割的最小单位。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”来研究分析。
4. 数据对象：是性质相同的数据元素的集合，是数据的子集。性质相同指数据元素有相同数量和类型的数据项。在不产生混淆的情况下，我们都将数据对象简称为数据。
5. 数据结构：结构，简单说就是关系，严格点说，结构指各个组成部分互相搭配和排列的方式。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。那什么是数据结构呢？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。

2.逻辑结构和数据结构

前面提到了一种或多种特定关系，具体是什么样的关系，这正是本小节讨论的问题。

按照视点的不同，数据结构分为逻辑结构和物理结构。

2.1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，这也是今后最需要关注的问题。

逻辑结构分为以下四种：

1. 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，各个元素是“平等”的。它们的共同属性是“同属于一个集合”。
2. 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：图形结构的数据元素是多对多的关系。

2.2物理结构

物理结构指数据的逻辑结构在计算机中的存储形式。实质就是如何把数据元素存储到计算机的存储器中。

数据的存储结构应正确反映数据元素之间的逻辑关系，这是最关键的，如何存储数据元素之间的逻辑关系，是实现物理结构的重点和难点。

数据元素的存储结构形式有两种：

1. 顺序存储结构：是把数据元素存放在地址连续的存储单元中，其数据间的逻辑关系和物理关系是一致的。
2. 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，而物理结构是面向计算机的，其基本目标就是将数据及其逻辑关系存储到计算机的内存中。

3.抽象数据类型

3.1数据类型

数据类型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。

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。

在计算机中，内存不是无限大的，要计算一个1+1=2这样的整型数据的甲减乘除运算，显然不需要开辟很大的空间。于是计算机研究者们就考虑，要对数据进行分类，分出来多种数据类型。

在C语言中，按照取值的不同，数据类型可以分为两类：

• 原子类型：是不可以再分解的基本类型，如整型、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。如整型数组是由若干整型数据组成的。

3.2抽象数据类型

通过对已有的数据类型抽象，就有了抽象数据类型。

抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT）：是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。

事实上，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。

为了便于在之后的讲解中对抽象数据类型进行规范描述，给出了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

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总结

     1.介绍了数据结构的相关概念，如下表所示：

数据
数据对象
数据元素		数据元素		数据元素		数据元素
数据项1	数据项2	数据项1	数据项2	数据项1	数据项2	数据项1	数据项2

    2.通过这些概念，给出了数据结构的定义：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。同样是结构，从不同的角度讨论，会有不同的分类，如下图所示：

逻辑结构	物理结构
集合结构 线性结构 树形结构 图形结构	顺序存储结构 链式存储结构

    3.介绍了抽象数据类型及其描述方法。

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注：

参考：《大话数据结构》