數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緒論什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課件

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緒論-什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA目錄CONTENTS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運算數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應用BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA01數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種組織和表示數(shù)據(jù)的方式，它根據(jù)數(shù)據(jù)的特點將數(shù)據(jù)元素以一定的方式進行組織和關(guān)聯(lián)，以便有效地處理和操作數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種抽象的數(shù)據(jù)類型，它通過封裝數(shù)據(jù)類型及其操作，為我們提供了一種便捷的方式來處理大規(guī)模、復雜的數(shù)據(jù)集合。03數(shù)據(jù)操作對數(shù)據(jù)元素及其關(guān)系的各種操作，如插入、刪除、查找、修改等。01數(shù)據(jù)元素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本組成單位，可以是基本數(shù)據(jù)類型或復合數(shù)據(jù)類型。02數(shù)據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)元素之間的相互關(guān)系，通常以集合、序列、樹、圖等形式來表示。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本要素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機科學的基礎理論之一，它為解決實際問題提供了有效的數(shù)據(jù)組織和處理方法。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運用可以優(yōu)化算法，提高算法的效率，降低時間和空間復雜度。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機科學中有著廣泛的應用，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡等都需要利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來處理和組織大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA02數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)順序存儲和鏈式存儲線性結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)在計算機中可以用兩種基本方式存儲，即順序存儲和鏈式存儲。順序存儲按照數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系，將它們存儲在一塊連續(xù)的物理空間中，而鏈式存儲則是通過在每個數(shù)據(jù)元素中存儲下一個元素的地址或索引來實現(xiàn)。數(shù)組和向量在順序存儲中，線性結(jié)構(gòu)通?？梢员硎緸閿?shù)組或向量。數(shù)組是一種具有固定大小的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以用來存儲相同類型的數(shù)據(jù)元素，而向量則是一種有序的數(shù)組，其大小可以在運行時動態(tài)調(diào)整。列表和隊列線性結(jié)構(gòu)還可以表示為列表和隊列。列表是一種可以包含任意類型的數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而隊列則是一種特殊的線性結(jié)構(gòu)，它遵循先進先出（FIFO）的原則，即最先加入的元素最先被移除。線性結(jié)構(gòu)二叉樹01樹形結(jié)構(gòu)中最簡單的是二叉樹。二叉樹由節(jié)點組成，每個節(jié)點最多有兩個子節(jié)點，通常稱為左子節(jié)點和右子節(jié)點。二叉樹可以用于表示具有層次關(guān)系的數(shù)據(jù)。樹和森林02樹是二叉樹的擴展，它允許節(jié)點有多個子節(jié)點。森林是樹的集合，每個森林中的樹都是獨立的。樹和森林通常用于表示非線性關(guān)系的數(shù)據(jù)。堆和優(yōu)先隊列03堆是一種特殊的完全二叉樹，其每個節(jié)點的值都大于或等于其子節(jié)點的值。堆可以用于實現(xiàn)優(yōu)先隊列，即可以在任何時候找到最大或最小的元素。樹形結(jié)構(gòu)要點三有向圖和無向圖圖形結(jié)構(gòu)由節(jié)點和邊組成。節(jié)點表示實體，邊表示實體之間的聯(lián)系。有向圖中的邊有方向，表示從一個節(jié)點到另一個節(jié)點的單向關(guān)系，而無向圖中的邊沒有方向，表示兩個節(jié)點之間的雙向關(guān)系。要點一要點二加權(quán)圖和不加權(quán)圖在圖形結(jié)構(gòu)中，邊可以帶有權(quán)值。加權(quán)圖中的邊有權(quán)值，表示從一個節(jié)點到另一個節(jié)點的代價或距離，而不加權(quán)圖中的邊沒有權(quán)值，表示兩個節(jié)點之間有無障礙的連接。連通圖和非連通圖一個圖形結(jié)構(gòu)如果從任意一個節(jié)點出發(fā)可以通過若干條邊到達其他任意節(jié)點，則稱該圖形結(jié)構(gòu)是連通的。否則，它就是非連通的。要點三圖形結(jié)構(gòu)BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA03數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)順序存儲結(jié)構(gòu)使用連續(xù)的存儲空間來存儲數(shù)據(jù)元素，每個元素占用固定大小的存儲空間。連續(xù)存儲空間隨機訪問空間利用率順序存儲結(jié)構(gòu)支持隨機訪問，可以通過元素的索引直接訪問任意位置的元素。順序存儲結(jié)構(gòu)通常具有較高的空間利用率，因為每個元素只占用固定大小的存儲空間。030201順序存儲結(jié)構(gòu)鏈式存儲結(jié)構(gòu)使用節(jié)點來存儲數(shù)據(jù)元素，每個節(jié)點包含數(shù)據(jù)域和指針域。節(jié)點指針用于指向下一個節(jié)點，通過指針將多個節(jié)點連接起來形成鏈表。指針鏈式存儲結(jié)構(gòu)支持動態(tài)分配，可以根據(jù)需要動態(tài)地增加或減少節(jié)點。動態(tài)分配鏈式存儲結(jié)構(gòu)索引存儲結(jié)構(gòu)使用索引來組織和訪問數(shù)據(jù)元素，每個索引包含指向數(shù)據(jù)元素的指針和元素的位置信息。索引索引存儲結(jié)構(gòu)可以快速地訪問指定位置的數(shù)據(jù)元素，因為索引通常按照元素的位置進行排序。高效訪問索引存儲結(jié)構(gòu)需要額外的空間來存儲索引信息，因此空間利用率相對較低?？臻g開銷索引存儲結(jié)構(gòu)散列存儲結(jié)構(gòu)使用散列函數(shù)將數(shù)據(jù)元素映射到固定大小的桶中，每個桶包含一個元素。散列函數(shù)散列存儲結(jié)構(gòu)需要處理沖突問題，即多個元素映射到同一個桶中。常見的處理沖突的方法有鏈地址法、開放地址法和再哈希法。處理沖突散列存儲結(jié)構(gòu)通常具有較快的訪問速度，因為可以通過散列函數(shù)直接計算出元素的存儲位置。訪問速度散列存儲結(jié)構(gòu)BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA04數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運算在數(shù)組中插入元素需要將插入點及其后的元素向后移動一個位置，然后在插入點處放置新元素。在鏈表中插入元素需要找到插入點的前一個節(jié)點，修改其指針，使其指向新插入的節(jié)點，然后將新節(jié)點的指針指向原本的下一個節(jié)點。插入操作在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中插入一個新的元素，以保持其原有的順序和結(jié)構(gòu)。插入、刪除和插入操作123需要找到插入點，然后修改相關(guān)節(jié)點的指針，以將新節(jié)點插入到正確的位置。在樹中插入節(jié)點從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中刪除一個元素，以保持其原有的順序和結(jié)構(gòu)。刪除操作需要將被刪除元素及其后的元素向前移動一個位置。在數(shù)組中刪除元素插入、刪除和插入操作需要找到被刪除節(jié)點的上一個節(jié)點，修改其指針，使其指向被刪除節(jié)點的下一個節(jié)點。然后將被刪除節(jié)點的指針置為空。在鏈表中刪除元素需要找到被刪除節(jié)點的父節(jié)點，然后修改父節(jié)點的指針，使其指向被刪除節(jié)點的子節(jié)點。將被刪除節(jié)點的指針置為空。在樹中刪除節(jié)點在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中查找一個元素，并返回其位置或引用。查找操作插入、刪除和插入操作在數(shù)組中查找元素可以通過索引直接訪問數(shù)組中的元素。如果需要查找元素的位置，可以使用循環(huán)遍歷數(shù)組，直到找到目標元素。在鏈表中查找元素需要從鏈表的頭部開始遍歷，直到找到目標元素。如果找到了目標元素，返回其節(jié)點。如果遍歷完整個鏈表都沒有找到目標元素，則返回空值。在樹中查找節(jié)點需要從根節(jié)點開始遍歷，直到找到目標節(jié)點。如果找到了目標節(jié)點，返回其引用。如果遍歷完整個樹都沒有找到目標節(jié)點，則返回空值。插入、刪除和插入操作線性查找從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的起始位置開始逐個比較，直到找到目標元素或遍歷完整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。適用于數(shù)據(jù)量較小、無序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。O(n)，其中n為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的長度。將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為左右兩部分，每次比較中間位置的元素與目標元素的大小關(guān)系來決定繼續(xù)在左半部分還是右半部分查找。適用于數(shù)據(jù)量較大、有序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。O(logn)，其中n為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的長度。時間復雜度二分查找時間復雜度查找操作冒泡排序通過不斷比較相鄰元素的大小并交換位置，使較大的元素逐漸沉底，較小的元素逐漸浮出。適用于小規(guī)模數(shù)據(jù)的排序。時間復雜度O(n^2)，其中n為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的長度?？焖倥判蛲ㄟ^選擇一個基準元素將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為左右兩部分，左邊部分小于基準元素，右邊部分大于等于基準元素，然后遞歸地對左右兩部分進行排序。適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)的排序。時間復雜度O(nlogn)，其中n為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的長度。01020304排序操作BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA05數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分類數(shù)組（Array）一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲相同類型的數(shù)據(jù)元素。一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過指針鏈接節(jié)點，可以動態(tài)增長和收縮。一種后進先出（LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲有序的元素，支持插入和刪除操作。一種先進先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲有序的元素，支持插入和刪除操作。鏈表（LinkedList）棧（Stack）隊列（Queue）基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹（Tree）一種非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由節(jié)點和邊組成，用于表示層次關(guān)系。一種非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由節(jié)點和邊組成，用于表示任意拓撲關(guān)系。一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過哈希函數(shù)將鍵映射到桶中，實現(xiàn)快速查找。一種完全二叉樹結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)優(yōu)先隊列和堆排序算法。圖（Graph）哈希表（HashTable）堆（Heap）高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)BIGDATAEMPOWERSTOCREATEANEWERA06數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中非常重要的應用領域之一，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中有著廣泛的應用。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行組織和管理，例如哈希表、二叉樹、B樹等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應用在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中主要體現(xiàn)在以下幾個方面1.數(shù)據(jù)檢索：通過使用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以加快數(shù)據(jù)的檢索速度，提高查詢效率。2.數(shù)據(jù)排序：在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)進行排序是常見的操作之一，而排序算法的實現(xiàn)離不開數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應用。3.數(shù)據(jù)維護：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以幫助實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性和完整性維護，保證數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)人工智能系統(tǒng)是當前計算機科學領域的熱門方向之一，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在人工智能系統(tǒng)中也有著重要的應用。在人工智能系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被用于表示和組織各種類型的數(shù)據(jù)，例如神經(jīng)網(wǎng)絡、決策樹等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應用在人工智能系統(tǒng)中主要體現(xiàn)在以下幾個方面1.數(shù)據(jù)表示：在人工智能系統(tǒng)中，需要將現(xiàn)實世界中的各種信息表示成計算機能夠處理的格式，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)這一過程的重要工具。2.數(shù)據(jù)處理：在人工智能系統(tǒng)中，需要對數(shù)據(jù)進行各種處理操作，例如聚類、分類、回歸等，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以提高這些操作的效率。3.數(shù)據(jù)推斷：在人工智能系統(tǒng)中，需要根據(jù)已有的數(shù)據(jù)推斷出一些新的信息，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以幫助實現(xiàn)這一過程。人工智能系統(tǒng)計算機輔助設計系統(tǒng)是用于進行各種設計的專業(yè)軟件系統(tǒng)，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機輔助設計系統(tǒng)中也有著廣泛的應用。在計算