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[数据结构与算法]数据结构(一)绪论

前言

? ? ? ? 由于考研且是跨考,需要学习数据结构,在这分享学习笔记与心得。

1.1 数据结构的基本概念

?1.1.1 基本概念与术语

数据

? ? ? ? 信息的载体,计算机程序加工的原料。

数据元素

? ? ? ? 数据的基本单位,可以由若干个数据项组成。数据项是构成数据元素的不可分割的最小单位。例如,学生信息是一个数据元素,而学生的身高、年龄、性别等是数据项。

数据对象

? ? ? ? 相同性质的数据元素的集合。

数据>数据对象>数据元素>数据项。

数据类型

? ? ? ? 是一个值的集合和定义在此集合上的一组操作的总称,包括原子类型(如int 、char 、float)、结构类型(如map 、list)和抽象数据类型(抽象数据组织及与之相关的操作,及数据对象、数据关系和操作)。

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。包括三方面内容:逻辑结构、存储结构、数据的运算

1.1.2 数据结构三要素

数据的逻辑结构

? ? ? ? 分为线性结构和非线性结构,线性结构如线性表、栈和队列、串、数组;非线性结构如集合、图、树、森林

数据的存储结构

? ? ? ? 顺序存储:逻辑相邻的元素物理存储位置也相邻。优点是可以实现随机存取,每个元素占用最少的存储空间。缺点是会产生外部碎片。

? ? ? ? 链式存储:逻辑相邻但物理上不一定相邻,借用指针来表示元素之间的逻辑关系。优点是不产生碎片。缺点是指针会占用额外的存储空间,且只能顺序存取。

? ? ? ? 索引存储:在存储信息的同时还附加索引表,逻辑相邻物理不一定相邻。优点是检索时间快。缺点是索引表占用额外的存储空间,且修改索引表需要时间。

? ? ? ? 散列存储(哈希存储):根据元素的关键字直接计算出元素的存储位置。优点是检索、增。删结点都很快。缺点是散列函数的好坏对存储效果的影响较大。

? ? ? ? 后三者又称非顺序存储。

数据的运算

? ? ? ? 包括运算的定义与实现。数据运算的定义针对逻辑结构,实现针对存储结构。

1.2 算法和算法评价

?1.2.1 算法的概念

算法是对特定问题求解步骤的一种描述,是指令的有限序列。

算法包括下列重要特性:1、有穷性;2、确定性;3、可行性;4、输入;5、输出。

“好的”算法应包括:1、正确性;2、可读性;3、健壮性;4、效率与低存储量需求。

算法的基本要素包括:对数据对象的运算和操作、算法的控制结构。

注意,算法不等于程序,算法是解决问题的指导者,而程序是解决问题的实施者,算法必须有穷、正确,而程序可以无穷、错误。

1.2.2 算法效率的度量

1、时间复杂度

? ? ? ? 算法的时间复杂度记为

T\left ( n \right )=O\left ( f\left ( n \right ) \right )

结论:1、顺序执行的代码只会影响常数项,计算时间复杂度时可以忽略;

? ? ? ? ? ?2、对于循环,只需分析其中一个操作的执行次数即可;

? ? ? ? ? ?3、若有多层嵌套循环,只需关心最深层循环执行了几次

时间复杂度包括最坏时间复杂度、最好时间复杂度和平均时间复杂度,往往使用的是最坏时间复杂度。

常用的渐进时间复杂度为:

O\left ( 1 \right )< O\left ( log_{2}n \right )<O\left ( n \right ) < O\left ( nlog_{2}n\right )< O\left ( n^{2} \right )< O\left ( n^{3} \right )< O\left ( 2^{n} \right )< O\left ( n! \right )< O\left ( n^{n} \right )

口诀:常对幂指阶

规则:加法规则?T\left ( n \right )=T_{1}\left ( n \right )+T_{2}\left ( n \right )=O\left ( f\left ( n \right ) \right )+O\left ( g\left ( n \right ) \right )=O\left ( max\left ( f\left ( n \right ) ,g\left ( n \right )\right ) \right )

? ? ? ? ? 乘法规则?T\left ( n \right )=T_{1}\left ( n \right )\times T_{2}\left ( n \right )=O\left ( f\left ( n \right ) \right )\times O\left ( g\left ( n \right ) \right )=O\left ( f\left ( n \right ) \times g\left ( n \right )\right )

计算时,只需求出程序执行次数x与问题规模n的关系即可。

例如:

void fun(int n)
{
    int i =1;
    while(i<=n)
        i=i*2;
}

根据运算规则,只需计算i=i*2的执行次数,即2^{x}=n,x=log_{2}n,所以其时间复杂度为O\left ( log_{2}n \right )

2、空间复杂度

定义为该算法所耗费的存储空间。非重点。

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加:2021-07-13 17:44:00  更:2021-07-13 17:47:17 
 
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