数据结构是计算机存储、组织数据的方式,是数据在计算机中的表示形式。数据结构可以分为线性结构和非线性结构,常见的数据结构有数组、链表、栈、队列、树、图等。
数据结构的基本概念
1. **数据**:数据是描述客观事物的符号,是计算机操作的对象。
2. **数据元素**:组成数据的、具有相同性质的基本单位,如一个字符、一个数或一个记录。
3. **数据项**:一个数据元素可以由若干个数据项组成,数据项是数据不可分割的最小单位。
4. **数据对象**:性质相同的数据元素的集合,是数据的子集。
5. **数据结构**:数据元素之间的关系称为结构,数据结构是数据元素及其之间关系的集合。
常见数据结构的特点和应用
1. **数组**:数组是一种线性结构,它由一组连续的内存单元组成,可以存储相同类型的数据。数组的特点是支持随机访问,但插入和删除操作效率较低。
2. **链表**:链表是一种线性结构,它由节点组成,每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表的特点是插入和删除操作效率较高,但不支持随机访问。
3. **栈**:栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构,只允许在栈顶进行插入和删除操作,常用于函数调用、表达式求值等场景。
4. **队列**:队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构,只允许在队尾插入,在队头删除,常用于广度优先搜索、任务调度等场景。
5. **树**:树是一种非线性结构,它由节点和边组成,每个节点最多有一个父节点和多个子节点。树的特点是可以表示层次关系,常用于文件系统、组织结构等场景。
6. **图**:图是一种非线性结构,它由节点和边组成,节点之间可以有多条边相连。图的特点是可以表示任意关系,常用于社交网络、路由算法等场景。
Python中的实现
在Python中,可以使用类来实现常见的数据结构。例如,链表的节点可以表示为:
```python class Node: def __init__(self, data): self.data = data self.next = None ```
然后可以使用节点来构建链表:
```python class LinkedList: def __init__(self): self.head = None def append(self, data): new_node = Node(data) if self.head is None: self.head = new_node return last_node = self.head while last_node.next: last_node = last_node.next last_node.next = new_node ```
以上是数据结构的基本概念、常见数据结构的特点和应用,以及Python中实现数据结构的方法。