数据结构--数据结构概述

news2024/11/23 15:28:50

一、数据结构三要素

1. 数据的逻辑结构

数据的逻辑结构是指数据元素之间的关系和组织方式,通常分为线性结构和非线性结构。

  • 线性结构:例如线性表,其中数据元素按照顺序排列,彼此之间存在一对一的关系。

  • 非线性结构:例如集合、树和图,这些结构中的数据元素之间的关系更加复杂,可能存在一对多或多对多的关系。

2. 数据的存储结构

1. 顺序存储

顺序存储是一种将数据元素按照线性顺序依次存放在一块连续的内存空间中的存储方式。它的优点在于可以通过简单的下标访问实现快速的随机访问,适合存储固定大小的数据结构,如数组。然而,顺序存储在插入和删除操作时可能会导致大量的数据移动,效率较低。

2. 链式存储

链式存储是一种将数据元素以节点的形式存放在不连续的内存空间中,每个节点包含数据部分和指向下一个节点的指针。该方式的优点在于动态内存分配,灵活性高,适合频繁插入和删除操作。链式存储的缺点是随机访问效率较低,因为需要从头节点开始逐个遍历。

3. 索引存储

索引存储是一种结合了顺序存储和链式存储优点的数据存储方式。它通过建立索引表来加速数据的查找,索引表中的每个条目指向数据存储的具体位置。该方式能够在保持较快查找速度的同时,支持高效的数据插入和删除操作。然而,索引存储需要额外的空间来维护索引,增加了存储的复杂性。

4. 散列存储

散列存储是一种通过散列函数将数据映射到固定大小的数组中存储的方式。它能够实现快速的查找、插入和删除操作,适合处理大量数据。散列存储的主要挑战在于处理哈希冲突,即不同的数据可能会被映射到相同的存储位置。常用的解决方法包括链式法和开放地址法。尽管散列存储在查找效率上表现优异,但在实现上相对复杂,并且需要合理设计散列函数以减少冲突。

3. 数据的运算

数据的运算是指对数据结构中的数据进行各种操作的过程,包括插入、删除、查找、更新等。这些运算的效率往往依赖于所选用的数据结构和存储方式,因此在设计数据结构时需充分考虑运算的需求和性能。

二、算法

1. 算法的五个重要特性

  • 确定性:每个算法的步骤必须是明确的,不能存在模糊或含糊的描述。每一步操作都应清晰、具体,确保在任何情况下都能被准确理解和执行。

  • 有穷性:算法必须在有限的步骤内终止。换句话说,算法不能无限循环,必须在经过有限的操作后得出结果。这一特性保证了算法的可执行性和有效性。

  • 输入:一个算法可以有零个或多个输入,这些输入是算法执行所需的数据。输入可以是外部提供的,也可以是算法内部生成的,但无论如何,算法必须能够接收并处理这些输入。

  • 输出:算法必须能够产生至少一个输出,输出是算法对输入进行处理后得到的结果。输出的形式和数量取决于算法的设计和具体问题的要求。

  • 可行性:算法中的每一步操作都必须是可行的,能够在合理的时间内执行。有效性确保了算法不仅在理论上可行,而且在实践中能够被实现,并在合理的时间内完成计算。

2. 算法应考虑的目标

  • 可读性:算法的可读性是指算法的清晰程度和易于理解的程度。一个可读性高的算法能够让其他开发者或用户轻松理解其逻辑和流程。这对于团队协作和后续维护非常重要。

  • 正确性:算法的正确性是指算法能够在所有有效输入下产生正确的输出。一个正确的算法应能准确解决所设计的问题,并满足预期的功能需求。确保正确性通常需要充分的测试和验证。

  • 健壮性:健壮性是指算法在面对异常输入或意外情况时的表现能力。一个健壮的算法能够处理各种边界情况、错误输入或系统故障,而不会导致崩溃或产生错误结果。这种特性对于提升用户体验和系统稳定性至关重要。

  • 高效率与低存储量需求:高效率指算法在执行时能够快速完成任务,通常涉及时间复杂度的优化。低存储量需求则是指算法在运行时对内存的占用要尽量少。一个高效且节省存储的算法能够在处理大规模数据时表现出色,降低资源消耗。

3. 时间复杂度

定义:时间复杂度是用来描述算法执行所需时间的一个函数,通常用大O符号表示。它表示输入规模(通常用 n 表示)增长时,算法执行时间的增长率。

分析方式

  • 最坏情况:考虑输入数据中最不利的情况,通常用于评估算法的上限。
  • 最好情况:考虑输入数据中最有利的情况,评估算法的下限。
  • 平均情况:考虑所有可能输入的平均执行时间,用于评估算法的期望性能。

常见时间复杂度的分类

  • 常数时间:O(1) - 不随输入规模变化而变化,例如访问数组中的某个元素。
  • 对数时间:O(log n) - 例如二分查找。
  • 线性时间:O(n) - 例如遍历数组。
  • 线性对数时间:O(nlogn) - 例如高效排序算法(如归并排序和快速排序)。
  • 平方时间:O(n^2) - 例如冒泡排序和选择排序。
  • 指数时间:O(2^n) - 例如某些递归算法(如斐波那契数列的朴素实现)。
  • 阶乘时间:O(n!) - 例如解决旅行商问题的某些算法。

重要性:时间复杂度帮助我们理解算法在处理不同规模输入时的性能表现,从而选择合适的算法以提高应用程序的响应速度和用户体验。

4. 空间复杂度

定义:空间复杂度是用来描述算法在执行过程中所需内存空间的一个函数,同样通常用大O符号表示。它表示随着输入规模的增加,算法所需的存储空间的增长率。

分析方式

  • 固定部分:与输入规模无关的空间需求,例如常量空间、固定大小的变量等。
  • 可变部分:与输入规模相关的空间需求,例如动态分配的数组、递归调用栈等。

常见空间复杂度的分类

  • 常数空间:O(1) - 例如只使用固定数量的变量。
  • 线性空间:O(n) - 例如使用一个数组来存储输入数据。
  • 平方空间:O(n^2) - 例如在某些算法中使用的二维数组。

重要性:空间复杂度帮助我们理解算法在内存使用方面的效率,尤其在处理大数据集时,合理的空间使用可以避免内存溢出和提高程序的运行效率。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/2039831.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

android车载手机互联投屏新专题-实战作业布置

背景: 学习了马哥的投屏实战开发课程后,大家都可以实现如下图一样的手机车机多端互联的投屏场景。 即已经实现了手机和车机投屏互动,车机上手机画面屏幕可以与手机实体屏幕一样就是常见的Mirror模式,如果不一样就是课程里面讲的扩…

解析网络流量管理方案:简化基于云的DNS负载均衡

数字化时代,网络规模和流量需求的增长,催生了用户对可用性的需求、管理员对更好的访问和管理等需求。在大型的网络应用中,为保障站点的稳定性,会为服务或站点提供多台服务器,以平均分配每台服务器上的压力,…

上门做饭小程序项目源码功能介绍

上门做饭小程序通常包含以下功能,以便用户方便地享受到上门做饭的服务: 用户注册与登录:允许用户创建账户并登录,管理个人信息和偏好。 菜品浏览与选择:提供各种菜品的列表或菜单,用户可以浏览菜品详情、价…

C++STL详解(五)——list类的具体实现

一.本次所需实现的三个类及其成员函数接口 链表首先要有结点,因此我们需要实现一个结点类。 链表要有管理结点的结构,因此我们要有list类来管理结点。 链表中还要有迭代器,而迭代器的底层其实是指针。但是我们现有的结点类无法完成迭代器的…

在VB.net中,对数据排名次,用LINQ、SortedSet,还是用SortedList速度快

标题 在VB.net中,对数据排名次,用LINQ、SortedSet,还是用SortedList速度快 正文 在VB.NET中,选择最适合你需求的排序和索引方法时,需要考虑到数据的规模、是否需要频繁地更新数据结构、以及是否只需要排序结果或还需要…

【Hadoop】建立圈内组件的宏观认识

01存储02计算03调度04其他05回忆 众多组件们构建了大规模分布式计算和存储平台。本文介绍Hadoop生态圈中各个组件的主要功能和作用,辅助学者理解每个组件的定位和用途,从而建立对圈内组件的宏观认识。梳理清楚HDFS、MapReduce、YARN、Hive、HBase、Spark…

【大模型系列篇】Transformers综述--邱锡鹏

论文标题:A Survey of Transformers 论文作者:Tianyang Lin, Yuxin Wang, Xiangyang Liu, Xipeng Qiu 论文链接:https://arxiv.org/abs/2106.04554 Transformer 在许多人工智能领域(如自然语言处理、计算机视觉和音频处理&#…

【区块链+金融服务】山西省信易贷平台 | FISCO BCOS应用案例

2022 年 8 月 8 日,山西省发展改革委按照国家的顶层设计,指导山西股权交易中心建设山西省信易贷平台,包 括三个子平台:一是建设集金融产品超市、融资需求精准匹配、融资监测等于一体的山西省融资综合信用服务平台; 二是…

微信小程序--25(WXSS模板样式了解)

一、WXSS和CSS关系 大部分特性相同 1.wxss独有 rpx尺寸单位import 样式导入 二、rpx 1.原理 rpx将所有屏幕宽度等分为750份,自动换成像素实现屏幕适配 2.rpx与px之间换算 约分计算不同设备比例不同 三、样式导入 1.语法 importt”相对路径“;…

Qt 0814作业

一、思维导图 二、登录窗口界面 自由发挥登录窗口的应用场景,实现一个登录窗口界面 要求:每行代码都有注释 【需要用到的图片或者动图,自己去网上找】 #include "mywidget.h"MyWidget::MyWidget(QWidget *parent): QWidget(par…

Grok-2的Beta版发布

每周跟踪AI热点新闻动向和震撼发展 想要探索生成式人工智能的前沿进展吗?订阅我们的简报,深入解析最新的技术突破、实际应用案例和未来的趋势。与全球数同行一同,从行业内部的深度分析和实用指南中受益。不要错过这个机会,成为AI领…

高阶数据结构(Java):AVL树插入机制的探索

目录 1、概念 1.1 什么是AVL树 2.1 平衡因子 3、AVL树节点的定义 4、AVL树的插入机制 4.1 初步插入节点 4.2 更新平衡因子 4.3 提升右树高度 4.3.1 右单旋 4.3.2 左右双旋 4.4 提升左树高度 4.4.1 左单旋 4.4.2 右左双旋 5、AVL树的验证 6、AVL树的删除 1、概念 …

uni-app 使用九宫格(uni-grid)布局组件

1、运行环境 开发工具为 HBuilder X 4.23, 操作系统为 Windows 11。Vue.js 版本为 3. 2、操作步骤 首先,登录 HBuilder X。然后用桌面浏览器,访问官网组件网址。 https://ext.dcloud.net.cn/plugin?nameuni-grid 在组件网址右上角、点击“下载插…

出差学习笔记(1)汽车智能大灯一键标定功能

出差学习笔记(1)汽车智能大灯一键标定功能 今天看到了某公司制作的汽车智能大灯的一键标定功能,好奇,遂问之。 车前的两个大灯如何标定,我们可以将车辆开到一片墙前,将一些动态/静态图形打到墙上&#xff0…

Sublime Text常用快捷键大全

Sublime Text 是一款功能强大且广受欢迎的文本编辑器,其丰富的快捷键支持使得开发者能够更高效地编写和编辑代码。以下是 Sublime Text 中一些常用的快捷键,帮助你更加高效地使用这款工具: 功能分类快捷键 (Windows)快捷键 (Mac)新建文件Ctr…

Unity Shader变体优化与故障排除技巧

在 Unity 中编写着色器时,我们可以方便地在一个源文件中包含多个特性、通道和分支逻辑。在构建时,着色器源文件会被编译成着色器程序,这些程序包含一个或多个变体。变体是该着色器在满足一组条件后生成的版本,这通常会导致线性执行…

实验五之用Processing绘画

1.案例代码如下: import generativedesign.*; import processing.pdf.*; import java.util.Calendar; Tablet tablet; boolean recordPDF false; float x 0, y 0; float stepSize 5.0; PFont font; String letters "Sie hren nicht die folgenden Gesnge…

STM32寄存器点亮跑马灯

硬件状况 DS0灯接线方式 链路:3.3V --- DS0 --- LED0 --- PB5 | --- CPU 分析: PB5, 为高电平, 那么DS0灯 熄灭 PB5, 为低电平, 那么DS0灯 亮 PB5的配置 配置PB5引脚为输出模式, 输出高电平(灭), 输出低电平(亮),配置为推挽输出 PB5 - GP…

前端开发攻略---图片裁剪上传的原理

目录 ​编辑 1、预览本地图片 2、图片裁剪交互 3、上传裁剪区域 1、预览本地图片 <!DOCTYPE html> <html lang"en"><head><meta charset"UTF-8" /><meta name"viewport" content"widthdevice-width, initia…

面试必备:高频算法与面试题全面解析

干货分享&#xff0c;感谢您的阅读&#xff01; &#xff08;暂存篇---后续会删除&#xff0c;完整版和持续更新见高频面试题基本总结回顾&#xff08;含笔试高频算法整理&#xff09;&#xff09; 备注&#xff1a;引用请标注出处&#xff0c;同时存在的问题请在相关博客留言…