数据结构笔记第一章---绪论(1)

目录

  • 1.1数据结构的定义
  • 1.2基本概念和术语
  • 1.3抽象数据类型的实现和表示
  • 1.4算法与算法分析
     1.4.1.算法
     1.4.2.算法设计的要求
     1.4.3算法效率的度量
     1.4.4算法的存储空间需求


1.1 数据结构的定义

目录

  • 引例
  • 定义
  • 后记

引例

  在设计程序的时候,我们一般要经历以下的步骤:

建立数学模型➡设计解决这个模型的算法➡用编程语言实现算法➡调试

  建立数学模型这一步骤,实质上,是将问题中的对象抽象出来,并且找出各个对象间的关系,最后用数学语言表述出来。

  课本中给出了,编排图书管理系统,人机对弈(按步骤下棋),交叉路口的交通灯管理,这三个例子,它们分别对应着,表,树,图,这三个数据结构。

(1)编排图书系统:
  图书管理系统,一般是通过一个链表,将每本书作为一个节点(node),按一定顺序编排起来。这个节点包含着:书的编号,名称,价格,是否被借阅,以及借阅人,出入库时间等信息。

  通常情况,书的顺序按照书号递增排列,每个节点依次连接。![图书管理系统.jpg]
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(2)人机对弈:
  假定有一个棋盘,棋盘的走向是随着一步步落子的变化而变化的,如果我们把落子的位置(x,y)和落子次序{ i | i=1,2,3,...}分别标注出来,就可以形成一个链表式的结构。但是,如果棋子并,未落下,我们则可以用树的分支,来表述可能性。
  每一次落子,对应一个节点,而下一次落子的可能性,则构成了这个节点生长出的树枝;而且,每一个节点都可以有树枝,从开始的落子,到之后一步步的落子的推演,开枝散叶,就形成了树的结构。


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(3)交叉路口的交通灯管理:
  假定有一个交叉路口,呈五角星状,路口分别标记为A,B,C,D,E,我们就可以将每一条通路(例如AE或是EA)记作一个节点,
  设定规则,例如C,E为单行道,车辆在车道E只能离开,在车道C只能进入,而且车辆之间不能相互碰撞。
  为了保证最大效率通行,我们按照上文中的方法,将通路抽离成节点,将不能同时运行的车道用线连接,这时就形成了以通路为节点,以是否能同时运行为关系的图状结构。

  那么,如何解决这些问题呢?

  我们可以将问题等价于图的染色问题,要求对所有节点(通路)染上颜色,且直接连接的节点(不能同时运行的通路)不能染上同一颜色,并且,染上的颜色(不同的交通灯)要尽量的少。
image.png

定义

  广义上的数学关系不再局限在数值计算上,而是形如以上的表、图、网之类的数据结构。总之,数据结构(Data Structure)是研究非数值计算问题中,计算机的操作对象以及其关系和操作的学科。

后记

  表是常见的数据记录形式;而树,不仅仅可用于数据的分类管理,也可以应用在分步问题上,例如博弈、搜索、“生命游戏”;图,则应用范围更加广阔,常常应用在信息图谱、关系图、流量监控与控制等问题中。

  在计算机科学中,数据结构不仅仅是一般程序设计的基础,而且是实现编译程序、操作系统、数据库系统和其它系统程序和大型应用的基础。
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图源:《数据结构(C语言版)》严蔚敏、吴伟民 编著 清华大学出版社出版
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