数据结构复习

基本概念和术语:

  • 数据:是描述客观事物的符号,是计算机中可以操作的对象,是能被计算机识别,并输入给计算机处理的符号集合。

  • 数据元素:是组成数据的,具有一定意义的基本单位,在计算机中通常为整体处理,也被称为记录。

  • 数据项:一个数据可以由若干个数据项组成。

  • 数据对象:是性质相同的数据元素的集合,是数据的子集。

  • 数据结构:相互之间存在一种活多种特定关系的数据元素的集合。

逻辑结构和物理结构

逻辑结构:是指数据对象中数据元素之间的相互关系

  • 集合结构:集合结构中的数据元素除了同属一个集合外,它们之间没有其他关系。

  • 线性结构:线性结构中的数据之间是一对一的关系。

  • 树形结构:树型结构中的元素之间存在一种一对多的层次关系。

  • 图形结构:图形结构的数据元素是多对多的关系。

物理结构:是指数据的逻辑结构在计算机中的存储形式

  • 顺序存储结构:把数据元素存放在地址连续的存储单元格里,其数据间的逻辑关系和物理关系是一致的。

  • 链式存储结构:把数据元素存放在任意的存储单元里,这组存储单元可以是连续的也可以是非连续的。

注:逻辑结构是面向问题的,而物理结构是面向计算机

数据类型

数据类型:是指一组性质相同的值的集合及定义在此集合上的一些操作的总称。

  • 数据类型定义

    “抽象是指抽取出事物具有普遍性的本质”

  • 抽象数据类型:一个数学模型及定义在该模型上的一组操作。(抽象数据类型体现了程序设计中问题分解,抽象和信息隐藏的特性)

算法

定义

算法是解决特定问题求解步骤的描述,在计算机中表现为指令的有限序列,并且每条指令表示一个或多个操作。

算法特性

具有五个基本特性:

  1. 输入:算法具有零个或多个输入。

  2. 输出:算法至少有一个或多个输出。

  3. 有穷性:算法在在执行有限的步骤后,自动结束不会出现无限循环,并且每一个步骤在可接受的时间内完成。

  4. 确定性:算法的每一步骤都有确定的含义不会出现二义性。

  5. 可行性:算法的每一步必须是可行的,也就是说每一步都能够通过执行有限次数完成。

算法设计的要求

  • 正确性:算法的正确性是指算法至少应该具有输入、输出和加工处理无歧义性,能正确反映问题的需求,能够得到问题的正确答案。

  • 可读性:算法设计的另一目的是为了便于阅读、理解和交流。

  • 健壮性:当输入数据不合法时,算法也能做出相关处理而不是产生异常1或莫名其妙的结果。

  • 时间效率高和存储量低

算法效率的度量方法

判断一个算法的效率时,函数中的常数和其他次要项常常可以忽略,而更应关注主项(最高项)的阶数。

算法时间复杂度

定义

在进行算法分析时,语句总的执行次数 T(n)是关于问题规模 n 的函数,进而分析 T(n)随n的变化并确定T(n)的数量级。算法的时间复杂度,也就是算法的时间量度,记作 T(n)= O(f(n))。他表示随着问题规模n的增大,算法执行时间的增长率和 f(n)的增长率相同,乘坐算法的渐近时间复杂度,简称为时间复杂度。其中 f(n)是问题规模n的某个函数。

推导大O阶方法

  • 用常数1取代运行时间中所有加法常数。

  • 在修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项。

  • 如果最高阶项存在且其系数不为1,则去除与这个项相乘的系数。

对数阶:

cnt := 1
for cnt < n {
    cnt = 2 * cnt
}

2^{x} = n

即:

x = logn

时间复杂度为 O(logn)

注:

  • 平均运行时间是所有情况中最有意义的,因为它是期望的运行时间。

  • 一般在没有特殊说明的情况下,都是指最坏时间复杂度。

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