dataStructure_数据结构三要素/逻辑结构和物理存储结构/线性表与顺序表链表

文章目录

数据结构三要素/逻辑结构和物理存储结构/线性表与顺序表链表/队列与循环队列

ref

数据结构的基本概念和内容(三要素)（outline)

  • In computer science, a data structure is a data organization, management, and storage format that is usually chosen for efficient access to data.[1][2][3]

  • More precisely, a data structure is a collection of

    • data values,
    • the relationships among them,
    • and the functions or operations that can be applied to the data,[4]
    • i.e., it is an algebraic structure about data.

  • 逻辑结构

  • 存储结构

  • 数据运算/操作

  • 一种具体的数据结构体现了这三方面

    • 例如,链队列,
      • 它的逻辑结构是队列
      • 它的物理结构(存储结构)是链式存储
      • 操作集是队列所具有的,pop/push/get/等

  • 在面向对象程序设计中的编写类(class)的完整过程,就很好的体现了数据结构的三要素

ADT(抽象数据类型)

  • Data structures serve as the basis for abstract data types (ADT).
    • The ADT defines the logical form of the data type.
    • The data structure implements the physical form of the data type.[5]
  • Different types of data structures are suited to different kinds of applications, and some are highly specialized to specific tasks.
    • For example, relational databases commonly use B-tree indexes for data retrieval,[6] while compiler implementations usually use hash tables to look up identifiers.[7]
  • Data structures provide a means to manage large amounts of data efficiently for uses such as large databases and internet indexing services.
    • Usually, efficient data structures are key to designing efficient algorithms.
    • Some formal design methods and programming languages emphasize data structures, rather than algorithms, as the key organizing factor in software design.
    • Data structures can be used to organize the storage and retrieval of information stored in both main memory and secondary memory.[8]

逻辑结构

  • 指数据元素之间的逻辑关系,从逻辑关系上描述数据

  • 它于数据的存储结构无关,是独立于计算机的

  • 逻辑结构分为

    • 线性结构(三大类)

      • 一般线性表

        • L = ( a 1 , a 2 , ⋯   , a i , ⋯   , a n ) ; n ⩾ 0 L=(a_1,a_2,\cdots,a_i,\cdots,a_n);n\geqslant0 L=(a1​,a2​,⋯,ai​,⋯,an​);n⩾0
        • 它的实现方式(存储方式)可以是
          • 顺序存储,此时称为顺序表(存储结构上顺序表的方式是基于一片连续的物理地址)
          • 链式存储,此时称为单链表(单叉链表)(存储结构上链表可以不连续)
            • 可以基于数组实现链表
              • 数组中的不连续元素在逻辑上可能是连续的(借助伪指针,可由数组下标实现逻辑上的连续);换句话说,逻辑上连续的元素可以不连续的分布在一个数组里,通过整形值来指向后继元素所在的下标)
            • 即,不仅仅是链式存储才能实现链表(只是说,线性表的链式存储实现的一定是链表)
            • (比如静态链表,基于数据组实现链表)

      • (操作)受限线性表

        • stack
        • queue
        • string

      • 线性表的推广

        • array

      • 线性结构经常可以由顺序存储结构实现，也可以由链式存储实现

    • 非线性结构

      • 集合
      • 树形结构
        • 一般树
        • 二叉树
      • 图状结构
        • 有向图
        • 无向图

逻辑结构小结

  • 通过上面的分析可以知道,下面这些都还是属于逻辑结构的范畴:
    • 线性结构
      • 线性表
        • 栈
        • 队列
      • ⛔注意,如果一个"名字"可以体现出存储结构,那么一般就认为他是具体的数据结构(默认包含了数据运算)
        • 顺序表:线性表的顺序存储
        • 单链表:线性表的链式存储
        • 哈希表:非线性结构的散列存储
        • 循环队列:线性结构逻辑结构(队列)的顺序存储
    • 非线性结构
      • 集合
      • 树
        • 二叉树
        • 一般树
      • 图
        • 有向图
        • 无线图

物理结构(存储结构)

  • 数据结构在计算机中的表示
  • 包括以下方面:
    • 数据元素的表示
    • 关系表示（存储数据时，通常不仅仅存储各数据元素的值，还要存储数据元素之间的关系）
      • 比如前驱、后继
    • 用计算机语言实现的逻辑结构(依赖于计算机语言)

最常见的4类存储

  • 存储结构主要大类:
    • 顺序存储
      • 顺序存储也可以用来实现线性结构和非线性结构(比如:树/图)
    • 链式存储
      • 注意，链式存储设计的时候，各个不同结点的存储空间可以不连续
      • 但是结点内的存储单元地址必须连续
    • 索引
    • 散列

前两类最为基础

具体存储结构举例

  • 线索二叉树
    • 二叉树则是逻辑结构
    • 线索二叉树是加上线索(指针域)后的链表结构(链式存储结构)

顺序存储和链式存储

顺序存储
  • 把逻辑上相邻的元素存储在物理位置上也相邻的存储单元中
    • 元素之间的关系由存储单元的相邻
    • 缺点是只能够使用相邻的一整块存储单元(不然就不是顺序存储了)
链式存储
  • 不要求逻辑上相邻物理上也相邻
    • 借助指示元素存储地址的指针(广义指针)来表示元素之间的逻辑关系
    • 缺点一般是存储密度较低
    • 一般能够充分利用所有存储单元,不会出现碎片现象
      • 但是也有像个别实现(比如静态链表,依然需要分配较大的连续空间)
        • 静态链表的指针是指下一个元素在数组中的位置(下标)
        • 注意,静态链表中的元素用到数组,但是逻辑上相邻的元素在物理结构上不一定相邻,因此称呼它是链式存储
          • 而不是顺序存储!!!
      • 但是和其他链表有本质的优点在于:删除和插入元素的时候不需要移动元素

逻辑结构和存储结构关联

  • 数据的逻辑结构和存储结构密不可分
    • 另外,逻辑结构独立于存储结构;而存储结构建立在逻辑结构上思考
    • 对于一种数据存储结构而言，必定有包括它的逻辑结构，
    • 某一种逻辑结构在计算机语言中映射其存储结构
    • 相比于某一种逻辑结构和某一种数据结构,存储结构关乎代码结构,是更具体的
      • 在计算机语言编写代码上就可以看出
      • 给定一种数据结构
  • 算法的设计取决于逻辑结构的选定
  • 算法的实现取决于物理结构的采用

数据运算

  • 施加在数据上的运算包括运算的定义和实现
    • 运算的定义是针对逻辑结构的,指出运算的功能
    • 运算的实现是针对存储结构的,指出运算的具体操作步骤

数据结构示例

线性表

  • 栈,队列,循环队列这几种数据结构都属于线性表(逻辑结构)的范畴

    • 它们既可以通过顺序存储来实现也可以通过链式存储来实现

  • 如果给定一个完整定义完整的数据结构DS,并告诉你它是线性表(从逻辑结构的角度描述),那么可以推测,它可能是

    • 栈/队列/串/数组

以队列为例

  • 队列的顺序存储实现的可以称为顺序队列

    		• #define MaxSize 50
      		typedef struct{
      		    ElemType data[MaxSize];
      		    int front,rear;
      		}SequentialQueue

    • 顺序存储的队列基本缺点在于空间分配上不容易把握,(比如容易发生溢出或者空间利用率低下)

    • 因此,基于顺序存储结构的这一缺点,改进出来循环队列(任然基于顺序存储结构)实现的

      • 循环队列可以一定程度提高空间利用率以及降低溢出的发生
      • 但是在链式存储中,循环队列就显得多余,应为链式存储的灵活性,基本不用考虑溢出问题
      • 而且对于操作受限的线性表而言,基本操作只允许在端(队列是两端,栈只有一端)操作,没有随机访问栈内或者队列内的某个元素的需求,链式存储往往更加合适用来实现这类逻辑结构

  • 队列的链式存储实现可以称为链队列

    		• typedef struct LinkNode{
      		    ElemType data;
      		    struct LinkNode *next;
      		}LinkNode;
      		typedef struct{
      			LinkNode *front,*rear;
      		}LinkQueue;

链表

  • 在计算机科学中，链表（Linked list）是一种常见的基础数据结构，是一种线性表(的链式实现)，
    • 但是并不会按线性的顺序存储数据，而是在每一个节点里存到下一个节点的指针(Pointer)。
    • 由于不必须按顺序存储，链表在插入的时候可以达到O(1)的复杂度，比另一种线性表顺序表快得多，但是查找一个节点或者访问特定编号的节点则需要O(n)的时间，而顺序表相应的时间复杂度分别是O(logn)和O(1)。
相关结构

结构(wikipedia)

posted @   xuchaoxin1375  阅读(26)  评论(0)  编辑  收藏  举报  
相关博文：
· OS_文件&文件系统
· 数据结构_顺序表_C实现(整型数为例)
· 数据结构_重点梳理
· 数据结构习题之简答题
· 数据结构绪论
阅读排行：
· 分享4款.NET开源、免费、实用的商城系统
· 全程不用写代码，我用AI程序员写了一个飞机大战
· MongoDB 8.0这个新功能碉堡了，比商业数据库还牛
· 记一次.NET内存居高不下排查解决与启示
· 白话解读 Dapr 1.15：你的「微服务管家」又秀新绝活了
点击右上角即可分享
微信分享提示