数据结构与算法(1)-基础知识

1. 数据

数据:程序操作的对象,用于描述客观事物。
数据的特点:

  • 可以输入到计算机中
  • 可以被计算机处理

数据对象:性质相同的数据元素组成的集合(类似于数组)。
数据元素:组成数据对象的基本单位(可以想象成对象)。
数据项:一个数据元素由若干数据项组成(可以想象成属性)。
结构:数据元素之间不是独立的,存在特点的关系,这些关系就是结构(可以想象成细胞组织之间,单个细胞是独立的,每个细胞之间有着复杂的结构)。
数据结构:指的是数据对象中的数据元素之间的关系。

2.数据结构

2.1 逻辑结构

通常我们使用的逻辑结构主要分为线性结构非线性结构两种。其中线性结构主要表现有线性表、栈、队列、字符串等。非线性结构主要有集合、树、图等。

2.2 物理结构

物理结构通常指的是我们的存储结构,就是我们存储数据时使用的结构,主要有顺序存储结构链式存储结构两种。两种存储结构各有优缺点,各有各的用处。

  • 顺序存储结构就是开辟了连续的一段存储区域,顺序的存储着一些数据。(方便查找)
  • 链式存储结构就是在内存中用一组任意的存储单元存储数据,可以是连续的也可以是不连续的。(不用初始化的时候就开辟存储空间,也可以不连续)

3. 算法

3.1 定义

算法就是解决特定问题的求解步骤的描述(策略描述),在计算机中变现为指令的有限序列,并且每个指令便是一个或多个操作。

3.2 特性

之所以称之为算法,就要拥有以下特性

  • 有穷性(不能是无限循环的)
  • 确定性(有确定的作用)
  • 可行性(方法可行,不是随便的)
  • 输入,输出(有输入,有输出结果)

3.3 评价标准

  • 正确性(一个算法首先要正确解决问题)
  • 可读性(便于阅读理解)
  • 健壮性(在极端情况下依然可用)
  • 高效性(执行效率要高,空间和时间使用较少)

3.4 复杂度

复杂度一般取算法最坏的情况作为该算法的复杂度,当做同一件事情复杂度相同的时候,可以试着比较平均情况进行参考,时间复杂度和空间复杂度不一定成反比,即并不是空间复杂度越高时间复杂度就越低,反之也是。

3.4.1 时间复杂度

程序执行期间所用的时间,每执行一行代码都要消耗时间。
大O表示法:

    1. 用常数1取代运行时间中所有常数O(1)
    1. 在运行次数函数中,只保留最高阶项n3+2n2+5 -> O(n^3)
    1. 如果最高阶存在且不等于1,则去除这个项目相乘的常数2n^3 -> n^3

常用术语:
常数阶、线性阶、平方阶、对数阶、立方阶、nlog阶、指数阶(一般不考虑)。

3.4.2 空间复杂度

空间复杂度主要指算法在运行时所需要的辅助空间。因为本来所需要的一些空间不属于完成该操作额外消耗的。
空间主要有:寄存器本身的指令、常数、变量、输入、对数据进行操作的辅助空间

4.总结

对于一个算法,我们往往希望它占用的辅助空间较少,执行过程中消耗的时间尽量的短。但是时间复杂度和空间复杂度往往会互相影响。当追求一个较好的时间复杂度时,可能会导致占用较多的存储空间,即空间复杂度变的性能较差。反之亦然,但也不绝对,有的时候既可以节省时间也可以节省空间,但是这种情况非常的少,一般都是起始设计过于过程化,所以可以做到这种优化。通常情况下,如果空间较为充足,我们都以算法的时间复杂度作为衡量一个算法好坏的指标。

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