数据结构基本概念

写在前面,本篇文章,你将了解到:
1.数据、数据元素、数据项、数据对象的概念及其之间的关系

2.数据结构的定义
3.逻辑结构:集合结构、线性结构、树形结构、图形结构
4.物理结构:顺序存储结构、链式存储结构
5.数据类型,抽象数据类型的定义


1.基本概念

(1)数据

正所谓“巧妇难为无米之炊”,计算机就是一口锅,而数据就是其中的米,再强大的“锅”,没有“米”下锅,也是一堆破铜烂铁。
数据: 是描述客观事物的符号,能被计算机识别,输入给计算机处理的符号集合。
两个前提:
①可以输入到计算机中
②能被计算机程序处理


(2)数据元素

数据元素是组成数据的、有一定意义的基本单位。
例如:在人类中,人就是数据元素
在植物类中,树,草等就是数据元素


(3)数据项

一个数据元素可以又若干个数据项组成
例如:人这样的数据元素,可以有眼,耳,鼻,嘴,手,脚等这些数据项组成,也可以有姓名,年龄等
数据项是数据不可分割的最小单位

注:在数据结构中,我们定义数据项是最小单位,但是真正的问题中,数据元素才是数据结构中建立数据模型的着眼点,就像我们在看电影的时候,讨论电影肯定是讨论电影角色的整体情况,而不会去讨论这个角色的名字,年龄去做分析


(4)数据对象

性质相同 的数据元素的集合,是数据的子集
性质相同是指具有相同数量和类型的数据项,
例如:人都有姓名,生日,性别等相同的数据项


(5)数据结构

数据结构:字面意思就是数据的结构,假如我们把一个东西想象成一个分子,那数据结构其实就是这个分子的结构,也就是说数据结构就是组成分子的原子之间的排列方式。
官方点的定义:数据结构就是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合


(6)逻辑结构

逻辑结构:指的是数据对象中数据元素之间的相互关系
1.集合结构
集合结构中的数据元素除了同属于一个集合外,没有其他关系,各个元素都是平等的,它们的共同属性是“同属于一个集合”,如下图
在这里插入图片描述

2.线性结构
数据元素是一对一的关系,如下图
在这里插入图片描述
3.树形结构

树形结构中,数据元素之间存在一对多的层次关系
在这里插入图片描述

4.图形结构

图形结构的数据元素是多对多的关系
在这里插入图片描述


(7)物理结构

物理结构,是指数据的逻辑结构在计算机中的存储形式,有的地方也叫存储结构

数据是数据元素的集合,物理结构实际上就是指如何把数据元素存储到计算机的存储器中,主要是针对内存而言,其他的像硬盘,U盘这种存储器通常都是用文件结构来描述

数据元素的存储结构形式有两种:顺序存储和链式存储

1.顺序存储
顺序存储结构:把数据元素存放在地址连续的存储单元里,数据间的逻辑关系和物理关系是一致的
在这里插入图片描述
说的简单点,这种存储结构就是排队占位,按顺序排好,每个人都占一定的空间,谁也别插队

例如:当我们定义一个 int a[9] 的数组的时候,内存中就会给我们找一个空地,然后按照int的大小乘以9,开辟一段连续的空间,第一个数组数据在第一个位置,第二个就在第二个位置


2.链式存储结构

毕竟每个人不一样,不可能每个人都遵守排队的次序,总有人想插队或者排队的人中途上厕所,就会离开自己的位子,那这个队伍中就可能随时都可以添加新的成员,也可以随时去掉一个老成员。当有这种情况的时候,我们的银行、医院等地方,就设置了一个排号系统,就是每个人先领号,叫到号了就轮到你了,没有叫到的时候,哪凉快哪呆着,去干啥都没问题

链式存储结构:就是把数据元素放在任意的存储单元里,这组单元可以是连续的,也可以是不连续的。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的数据元素的位置。

当我们用叫号系统在排队的时候,号码就是索引,通过号码去找寻对应的人办理业务,我们的人可以在办事大厅里随意走动。

显然,链式存储就灵活多了,数据存在哪不重要,只要一个指针就知道存放在哪。

但是链式结构也有自己的不足之处,当我们其中的某一个不见了,那我们的链就断了,就像自行车的链条,少了任意一段链条就断了,得把断掉之后的两端重新再接起来

总结:逻辑结构是面向问题的,物理结构是面向计算机的,目的就是将数据及其逻辑关系存储到计算机的内存中


(8)数据类型

是指一组性质相同的值的集合几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,每个变量、 常量和表达式都是自己的取值范围。

例如:我们每个人都需要住房子,当然也可以选择住天桥,总归会有个住的地方。显然,当我们没有钱的时候,买不起房子,于是开发商便推出各种房型,别墅,单间,公寓等,面积有大有小,满足不同人的需求。。。同样的,在计算机中,内存空间有限,我们在计算一些整型数字的加减乘除的运算时,不需要去开辟一个适合小数计算的空间,物尽其用就好。于是数据类型就出现了,对数据进行分类。
1.原子类型: 不可以再分解的基本类型,包括整型,字符型等
2.结构类型: 由若干个类型组合而成,是可以再分解的。例如整型数组,由若干个整型数据组合而成


(9)抽象数据类型

抽象的定义:抽取事物具有普遍性的本质,抽出问题的特征而忽略非本质的细节,是对事物的一个概括。
抽象是一种思考问题的方式,只保留了实现目标所必须的信息

抽象数据类型:指一个数学模型及定在该模型上的一组操作
例如:各个计算机,不管是大型机,小型机,PC,平板电脑,甚至是智能手机,都有自己的整数操作,也有相对应的加减乘除的运算,那么整数其实就是一个抽象数据类型,尽管这些加减乘除运算在各自的机器上实现的方法可能不一样,但是其数学特性是相同的,都是对这些整数进行操作处理,抽象出来以后,它们都是相同的。

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