1.数据结构与算法--基础概念

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导读

本节主要描述数据结构与算法的相关基础概念,下面就我在学习上的问题与大家做一个简短分享。
起先学习会有这样的疑惑,基础概念有必要掌握吗?放大一点或许就是理论和实践学习的困惑,因为这不是本文的重点便不再展开,不过,从我的学习和实践经历来看,理论的学习是有必要的。
在以上观点的基础上,又有了问题,那理论掌握到什么程度呢?这个描述起来确实困难,不过单单就“数据结构与算法”而言,掌握常见的基本概念我认为准是没错的,尤其是一些后面学习中时刻包含的内容,理解后,大有裨益。
或许有的同学和我一样不能马上掌握所有的概念,我认为记住或者暂且存下来,在后面的学习实践中再返回来咀嚼也无大碍,不过有一些概念的不明确会影响到后面的理解,我会在本文中重点记录。

程序=数据结构+算法(尼古拉斯·沃斯)

基础概念
  • 数据(data):对客观事物的符号化表示,是信息、概念与知识的载体。
    数据项:从数据的属性角度对数据进行描述。
    数据元素:从数据的组成元素角度对数据进行描述。
    数据对象:性质相同的数据元素的集合。
    理解:描述一个班的学生,姓名、性别、年龄、身高等即为数据项,张三、李四(指每一个学生个体,并不单指名字)即为数据元素,五年级三班,学生组成的一个班级(集合),即为数据对象。

  • 数据类型:具有相同性质的数据的抽象,定义了一个值域及在这个值域上可以进行的一组操作。
    基本数据类型:比如整型、字符等。
    派生的数据类型:比如,我们创建的学生类、日期类等均属于派生的,以及数组、结构等程序给定的,也属于此。
    抽象数据类型(Abstract Data Type,ADT):指一个数学模型以及定义在该模型上的一组操作,与计算机的内部定义和实现无关。
    理解:这里的ADT应该是重中之重,表示为:ADT=(D,S,P),D为数据对象,S是D中数据的关系集合,P是对D的操作集合。
    例如,一个班级,每个学生个体是数据对象,学生之间的座次是数据关系,对这个班级整体的调整(操作),班级同学换座位(改)、新生进入班级(增)等,即为操作集合。
    由此,ADT之所以重要,我认为这个概念将数据结构和算法在逻辑层面上实现了结合和统一。

  • 数据结构:数据结构是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。
    表示为:DataStructure=(D,S),D是数据元素的有限集,S是D上关系的有限集。简单来说,其实就是ADT中的数据、数据之间关系的描述。
    分类:逻辑结构、物理结构。
    逻辑结构:是数据元素之间的逻辑关系。
    理解:以家族为例,家族中的所有人在一起不考虑之间的关系,就是一个集 合(集合结构),常看到的族谱,就是树型结构。</br>
    物理结构:是一个萝卜一个坑的事情,那么坑位的关系就是所谓的存储,主要指的是数据在计算机内部的实际存储。顺序指数据在物理地址上是依次存放,而链式则是分散存放的。
    理解:如下图中,“今天天气晴朗”,一句话用两种物理结构实现表示,说明了两种存储方式在物理上的区别,当然在具体的实现中远远要复杂于此。

    顺序存储和链式存储

  • 算法:一组完成特定任务的有限指令序列。
    设计算法的准则:
    输入:提供给算法的输入数据;
    输出:算法执行后的结果;
    确定性:算法每一步语义明确,无二义性;
    有限性:算法步骤、时间有限;
    有效性:算法可实现。
    理解:算法便是ADT中对数据不同操作的集合,这样的操作有我们常做的增删改查,也有再进一步的查找、排序等。
    算法性能分析与度量:
    时间复杂度:算法执行时花费CPU时间的度量;
    空间复杂度:算法执行时占用计算机存储空间的度量。
    理解:算法设计出来,我们如何比较算法的优劣,需要有定量的评测,那么这就是时空复杂度的由来,这个拿出来单独学习也可以再出来一个系列,所以暂时计划明白其概念即可,后续再进行细致地学习。

小结

本文围绕数据与数据类型、数据结构和算法,三个大的概念进行阐述,主要明确了一些需要了解和掌握的基本概念,并在文中将一些较为通俗的理解穿插,以方便学习记忆,有不当和错误的地方还请大家多多批评指正,谢谢!

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