本篇主要是《Hello 算法》的学习笔记,取其精华,变成自己的知识体系。
在计算机世界中,数据结构代表了计算机在内存中存储和组织数据的独特方法。 通过不同的排列和组合方式,可以使用户高效且适当的方式访问和使用他们所需的数据。 数据结构的存在使用户能够方便地按需访问和操作他们的数据,有助于以高效而紧凑的方式组织和检索各种类型的数据。
数据结构定义
数据结构 (ata structure)是计算机中组织和存储数据的方式,具有以下设计目标。
- 空间占用尽量少,以节省计算机内存。
- 数据操作尽可能快速,涵盖数据访问、添加、删除、更新等。
- 提供简洁的数据表示和逻辑信息,以便算法高效运行。
数据结构设计是一个充满权衡的过程。如果想在某方面取得提升,往往需要在另一方面作出妥协。下面举两个例子。
- 链表相较于数组,在数据添加和删除操作上更加便捷,但牺牲了数据访问速度。
- 图相较于链表,提供了更丰富的逻辑信息,但需要占用更大的内存空间。
算法的定义
算法(algorithm)是在有限时间内解决特定问题的一组指令或操作步骤,它具有以下特性。
- 问题是明确的,包含清晰的输入和输出定义。
- 具有可行性,能够在有限步骤、时间和内存空间下完成。
- 各步骤都有确定的含义,在相同的输入和运行条件下,输出始终相同。
与算法的关系
数据结构与算法高度相关、紧密结合,具体表现在以下三个方面。
- 数据结构是算法的基石。数据结构为算法提供了结构化存储的数据,以及操作数据的方法。
- 算法是数据结构发挥作用的舞台。数据结构本身仅存储数据信息,结合算法才能解决特定问题。
- 算法通常可以基于不同的数据结构实现,但执行效率可能相差很大,选择合适的数据结构是关键。
将数据结构与算法类比为拼装积木:
数据结构与算法 | 拼装积木 |
---|---|
输入数据 | 未拼装的积木 |
数据结构 | 积木组织形式,包括形状、大小、连接方式等 |
算法 | 把积木拼成目标形态的一系列操作步骤 |
输出数据 | 积木模型 |