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小百科  ›  数据结构
数据类型 逻辑顺序 逻辑结构 算法与数据结构 数据结构
痴情的帽子
2 年前
数据结构是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的 数据元素 的集合。通常情况下，精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。
数据结构(data structure)是带有结构特性的数据元素的集合，它研究的是数据的 逻辑结构 和数据的物理结构以及它们之间的相互关系，并对这种结构定义相适应的运算，设计出相应的算法，并确保经过这些运算以后所得到的新结构仍保持原来的 结构类型 。简而言之，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，即带“结构”的数据元素的集合。“结构”就是指数据元素之间存在的关系，分为逻辑结构和存储结构。
数据的逻辑结构和物理结构是数据结构的两个密切相关的方面，同一逻辑结构可以对应不同的存储结构。算法的设计取决于数据的逻辑结构，而算法的实现依赖于指定的 存储结构 。
数据结构的研究内容是构造复杂 软件系统 的基础，它的 核心技术 是分解与抽象。通过分解可以划分出数据的3个层次；再通过抽象，舍弃数据元素的具体内容，就得到逻辑结构。类似地，通过分解将处理要求划分成各种功能，再通过抽象舍弃实现细节，就得到运算的定义。上述两个方面的结合可以将问题变换为数据结构。这是一个从具体（即具体问题）到抽象（即数据结构）的过程。然后，通过增加对实现细节的考虑进一步得到存储结构和实现运算，从而完成设计任务。这是一个从抽象（即数据结构）到具体（即具体实现）的过程。
指反映数据元素之间的逻辑关系的数据结构，其中的 逻辑关系 是指 数据元素 之间的前后间关系，而与他们在计算机中的存储位置无关。逻辑结构包括：
1.集合：数据结构中的元素之间除了“同属一个集合” 的相互关系外，别无其他关系；
2.线性结构：数据结构中的元素存在一对一的相互关系；
3. 树形结构 ：数据结构中的元素存在 一对多 的相互关系；
4. 图形结构 ：数据结构中的元素存在 多对多 的相互关系。

数据结构 数据物理结构

数据的 物理结构 是数据结构在计算机中的表示（又称映像），它包括数据元素的机内表示和关系的机内表示。由于具体实现的方法有顺序、链接、索引、散列等多种，所以，一种数据结构可表示成一种或多种存储结构。
数据元素的机内表示（映像方法）： 用 二进制位 （bit）的位串表示数据元素。通常称这种位串为节点（ node ）。当数据元素有若干个 数据项 组成时，位串中与各个数据项对应的子位串称为 数据域 （data field）。因此，节点是数据元素的机内表示（或机内映像）。
关系的机内表示（映像方法）：数据元素之间的关系的机内表示可以分为顺序映像和非顺序映像，常用两种存储结构： 顺序存储结构 和 链式存储结构 。顺序映像借助元素在 存储器 中的 相对位置 来表示数据元素之间的逻辑关系。非顺序映像借助 指示元素 存储位置的指针（pointer）来表示数据元素之间的逻辑关系。

数据结构 数据存储结构

数据的逻辑结构在计算机 存储空间 中的存放形式称为数据的物理结构(也称为存储结构)。一般来说，一种数据结构的逻辑结构根据需要可以表示成多种存储结构，常用的存储结构有 顺序存储 、 链式存储 、 索引存储 和 哈希存储 等。
数据的顺序存储结构的特点是：借助元素在存储器中的相对位置来表示数据元素之间的逻辑关系；非顺序存储的特点是：借助指示元素存储地址的指针表示数据元素之间的逻辑关系。
在 计算机科学 的发展过程中，数据结构也随之发展。程序设计中常用的数据结构包括如下几个。
数组 (Array)
数组 是一种聚合 数据类型 ，它是将具有相同类型的若干变量有序地组织在一起的集合。数组可以说是最基本的数据结构，在各种 编程语言 中都有对应。一个数组可以分解为多个 数组元素 ，按照 数据元素 的类型，数组可以分为 整型 数组、字符型数组、浮点型数组、 指针数组 和结构数组等。数组还可以有一维、二维以及多维等表现形式。
栈( Stack )
栈是一种特殊的 线性表 ，它只能在一个表的一个固定端进行数据结点的插入和删除操作。栈按照先进后出或 后进先出 的原则来 存储数据 ，也就是说，先插入的数据将被压入栈底，最后插入的数据在 栈顶 ，读出数据时，从栈顶开始逐个读出。栈在 汇编语言程序 中，经常用于重要数据的 现场保护 。栈中没有数据时，称为空栈。
队列(Queue)
队列和栈类似，也是一种特殊的线性表。和栈不同的是，队列只允许在表的一端进行插入操作，而在另一端进行删除操作。一般来说，进行插入操作的一端称为 队尾 ，进行删除操作的一端称为 队头 。队列中没有元素时，称为空队列。
链表 ( Linked List)
链表 是一种数据元素按照 链式存储结构 进行存储的数据结构，这种存储结构具有在物理上存在非连续的特点。链表由一系列数据结点构成，每个数据结点包括 数据域 和指针域两部分。其中，指针域保存了数据结构中下一个元素存放的地址。链表结构中数据元素的 逻辑顺序 是通过链表中的指针链接次序来实现的。
树( Tree)
树是典型的 非线性结构 ，它是包括，2个结点的有穷集合K。在 树结构 中，有且仅有一个 根结点 ，该结点没有前驱结点。在树结构中的其他结点都有且仅有一个前驱结点，而且可以有两个后继结点，m≥0。
图(Graph)
图是另一种非线性数据结构。在图结构中，数据结点一般称为顶点，而边是顶点的有序偶对。如果两个顶点之间存在一条边，那么就表示这两个顶点具有 相邻关系 。
堆(Heap)
堆是一种特殊的 树形数据结构 ，一般讨论的堆都是 二叉堆 。堆的特点是根结点的值是所有结点中最小的或者最大的，并且根结点的两个 子树 也是一个堆结构。
散列表 ( Hash )
散列表源自于 散列函数 (Hash function)，其思想是如果在结构中存在关键字和T相等的记录，那么必定在F(T)的存储位置可以找到该记录，这样就可以不用进行比较操作而直接取得所查记录。
数据结构研究的内容：就是如何按一定的 逻辑结构 ，把 数据组织 起来，并选择适当的存储表示方法把逻辑结构组织好的 数据存储 到计算机的存储器里。算法研究的目的是为了更有效的 处理数据 ，提高数据 运算效率 。数据的运算是定义在数据的逻辑结构上，但运算的具体实现要在 存储结构 上进行。一般有以下几种常用运算：
(1)检索。检索就是在数据结构里查找满足一定条件的节点。一般是给定一个某字段的值，找具有该字段值的节点。
(2)插入。往数据结构中增加新的节点。
(3)删除。把指定的结点从数据结构中去掉。
(4)更新。改变指定节点的一个或多个字段的值。
(5)排序。把节点按某种指定的顺序重新排列。例如递增或递减。
 
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