數據結構有哪些,常用數據結構詳解

通過上節我們知道,數據結構是學習數據存儲方式的一門學科,那麼,數據存儲方式有哪幾種呢?本節將對數據結構的學習內容做一個簡要的總結。
數據結構大致包含以下幾種存儲結構:

線性表,還可細分為順序表、鏈表、棧和隊列;

樹結構,包括普通樹,二叉樹,線索二叉樹等;

圖存儲結構;

下面對各種數據結構做詳細講解。

線性表

線性表結構存儲的數據往往是可以依次排列的,就像小朋友手拉手,每位學生的前面和後面都僅有一個小朋友和他拉手,具備這種“一對一”關係的數據就可以使用線性表來存儲。

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例如,存儲類似 {1,3,5,7,9} 這樣的數據時,各元素依次排列,每個元素的前面和後邊有且僅有一個元素與之相鄰(除首元素和尾元素),因此可以使用線性表存儲。
線性表並不是一種具體的存儲結構,它包含順序存儲結構和鏈式存儲結構,是順序表和鏈表的統稱。

順序表

順序表,簡單地理解,就是常用的數組,只是換了個名字而已,例如使用順序表存儲 {1,3,5,7,9},如圖 1 所示:

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圖 1 順序表結構

由於順序表結構的底層實現藉助的就是數組,因此對於初學者來説,可以把順序表完全等價為數組,但實則不是這樣。數據結構是研究數據存儲方式的一門學科,它囊括的都是各種存儲結構,而數組只是各種編程語言中的基本數據類型,並不屬於數據結構的範疇。

鏈表

我們知道,使用順序表(底層實現靠數組)時,需要提前申請一定大小的存儲空間,這塊存儲空間的物理地址是連續的,如圖 1 所示。
鏈表則完全不同,使用鏈表存儲數據時,是隨用隨申請,因此數據的存儲位置是相互分離的,換句話説,數據的存儲位置是隨機的。
為了給各個數據塊建立“依次排列”的關係,鏈表給各數據塊增設一個指針,每個數據塊的指針都指向下一個數據塊(最後一個數據塊的指針指向 NULL),就如同一個個小學生都伸手去拉住下一個小學生的手,這樣,看似毫無關係的數據塊就建立了“依次排列”的關係,也就形成了鏈表,如圖 2 所示:

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圖 2 鏈表結構

棧和隊列

棧和隊列隸屬於線性表,是特殊的線性表,因為它們對線性表中元素的進出做了明確的要求。
棧中的元素只能從線性表的一端進出(另一端封死),且要遵循“先入後出”的原則,即先進棧的元素後出棧。

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圖 3 棧結構示意圖

棧結構如圖 3 所示,像一個木桶,棧中含有 3 個元素,分別是 A、B 和 C,從在棧中的狀態可以看出 A 最先進的棧,然後 B 進棧,最後 C 進棧。根據“先進後出”的原則,3 個元素出棧的順序應該是:C 最先出棧,然後 B 出棧,最後才是 A 出棧。
隊列中的元素只能從線性表的一端進,從另一端出,且要遵循“先入先出”的特點,即先進隊列的元素也要先出隊列。

圖 4 隊列結構示意圖

隊列結構如圖 4 所示,隊列中有 3 個元素,分別是 A、B 和 C,從在隊列中的狀態可以看出是 A 先進隊列,然後 B 進,最後 C 進。根據“先進先出”的原則,3 個元素出隊列的順序應該是 A 最先出隊列,然後 B 出,最後 C 出。

樹存儲結構

樹存儲結構適合存儲具有“一對多”關係的數據。

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圖 5 樹存儲結構示意圖

如圖 5 所示,其中張平只有一個父親,但他卻有兩(多)個孩子,這就是“一對多”的關係,滿足這種關係的數據可以使用樹存儲結構。

圖存儲結構

圖存儲結構適合存儲具有“多對多”關係的數據。

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圖 6 圖存儲結構示意圖

如圖 6 所示,從 V1 可以到達 V2、V3、V4,同樣,從 V2、V3、V4 也可以到達 V1,這就是“多對多”的關係,滿足這種關係的數據可以使用圖存儲結構。

本節只是對數據結構中包含的各種存儲結構做一個簡要的介紹,各存儲結構具體的實現會在後續文章中作詳解介紹。

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