01数据结构——绪论

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一、数据结构绪论

1.1 数据结构

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。

1.2 基本概念和术语

• 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。

数据不仅仅包括整形、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。

• 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。

比如动物类中，牛、马、羊、鸡、鸭、鹅就是其数据元素。

• 数据项
  一个数据元素可以由若干数据项组成。数据项是数据不可分割的最小单位。

比如人这样的数据元素，有眼、耳、鼻、口、手、脚这些数据项，也可以有姓名、年龄、性别、出生地址、联系电话等数据项，具体哪些数据项，要根据你的系统决定。

• 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。

所谓性质相同，是指数据元素具有相同数量和类型的数据项，比如人都有姓名，性别，生日等相同的数据项。

• 数据结构
  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。

• 研究数据结构的意义：
  在计算机中，数据元素不是孤立、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。

1.3 逻辑结构和物理结构：

按照视点的不同，可以把数据结构分为逻辑结构和物理结构。

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。

逻辑结构分为以下四种：

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。

集合结构

线性结构：线性结构中的数据元素是一对一的关系。

线性结构

树形结构：树形结构中的元素之间存在一种一对多的层次关系。

树形结构

图形结构：图形结构的数据元素是多对多的关系。

树形结构

物理结构
物理结构（存储结构）：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。数据的存储结构应正确反映数据元素之间的逻辑关系，这才是最关键的，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：顺序存储和链式存储。

• 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。

顺序存储结构

顺序存储结构说白了就是排队占位，大家都按顺序排好，每个人占一小段控件，大家谁也别插谁的队。数组就是这样的顺序存储结构。

• 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。

链式存储结构

数据元素的存储关系并不能反应其逻辑关系，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。链式存储结构比较灵活，数据存在哪里不重要，只要有一个指针存放了相应的地址就能找到它了。比如现在去银行医院等地方，去了先领一个号，等着叫号，在等待的时候你可以做任何事情，只要及时回来就行。

1.4 抽象数据类型：

• 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。

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。

• 抽象
  抽象：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。

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，包括整型、实型、字符型等；

• 数据类型：由若干个类型组合而成，是可以再分解的。例如，整型数组是由若干整型数据组成的。

• 抽象数据类型
  抽象数据类型：是指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，而与其在计算及内部如何表示和实现无关。

比如在大型机、小型机、PC、平板电脑、PDA，甚至智能手机都拥有“整数”类型，也需要整数间的运算，那么整型其实就是一个抽象数据类型，尽管它在上面提到的这些在不同计算机中实现方法上可能不一样，但由于其定义的数学特性相同，在计算机编程者看来，它们都是相同的。因此，“抽象”的意义在于数据类型的数学抽象特性。

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