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每個程序員都必須知道的八種必須掌握數據結構

來源: 責編: 時間:2023-11-01 09:18:51 239觀看
導讀數據結構是一種在計算機中組織和存儲數據的專門方法,使我們可以更有效地對存儲的數據執行操作。數據結構在計算機科學和軟件工程領域有著廣泛而多樣的使用范圍。幾乎所有已開發的程序或軟件系統都在使用數據結構。此外

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數據結構是一種在計算機中組織和存儲數據的專門方法,使我們可以更有效地對存儲的數據執行操作。數據結構在計算機科學和軟件工程領域有著廣泛而多樣的使用范圍。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

幾乎所有已開發的程序或軟件系統都在使用數據結構。此外,數據結構屬于計算機科學和軟件工程的基礎知識。當涉及到軟件工程面試問題時,這是一個關鍵話題。因此,作為開發人員,我們必須對數據結構有很好的了解。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

在這篇文章中,我將簡要解釋每個程序員都必須了解的 8 種常用數據結構。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

1、數組(Arrays)

數組是一種固定大小的結構,可以容納相同數據類型的項它可以是整數數組、浮點數數組、字符串數組甚至數組的數組(例如二維數組)。數組是有索引的,這意味著可以進行隨機訪問。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

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隊列操作

下面給出了可以在隊列上執行的 2 個基本操作。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • Enqueue:將一個元素插入到隊列末尾。
  • Dequeue:從隊列開頭刪除元素。

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隊列的應用

  • 用于管理多線程中的線程。
  • 用于實現排隊系統(例如:優先級隊列)。

5、哈希表(Hash Tables)

哈希表是一種存儲值的數據結構,這些值具有與每個值關聯的鍵。此外,如果我們知道與值關聯的鍵,它就可以有效地支持查找。因此,無論數據大小如何,插入和搜索都非常有效。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

直接尋址在表中存儲時使用值和鍵之間的一對一映射。但是,當存在大量鍵值對時,這種方法會出現問題。該表將非常龐大,包含如此多的記錄,并且考慮到典型計算機上的可用內存,可能不切實際甚至不可能進行存儲。為了避免這個問題,我們使用哈希表。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

哈希函數

稱為散列函數(h)的特殊函數用于克服直接尋址中的上述問題。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

在直接訪問中,具有鍵k的值存儲在槽k中。使用哈希函數,我們計算每個值所在的表(槽)的索引。使用哈希函數對給定鍵計算出的值稱為哈希值,它指示該值映射到的表的索引。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

h(k) = k % mJgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • h:哈希函數。
  • k:需要確定哈希值的Key。
  • m:哈希表的大小(可用槽的數量)。對于m來說,不接近 2 的精確冪的素數是一個不錯的選擇。

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考慮哈希函數h(k) = k % 20,其中哈希表的大小為 20。給定一組鍵,我們要計算每個鍵的哈希值,以確定它在哈希表中應位于的索引。考慮我們有以下鍵、哈希和哈希表索引JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 1 → 1%20 → 1
  • 5 → 5%20 → 5
  • 23 → 23%20 → 3
  • 63 → 63%20 → 3

從上面給出的最后兩個示例中,我們可以看到,當哈希函數為多個鍵生成相同的索引時,可能會出現沖突。我們可以通過選擇合適的哈希函數 h 并使用鏈接和開放尋址等技術來解決沖突。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

哈希表的應用

  • 用于實現數據庫索引。
  • 用于實現關聯數組。
  • 用于實現“集合”數據結構。

6、樹(Trees)

樹是一種層次結構其中數據按層次結構組織并鏈接在一起。這種結構與鏈表不同,而在鏈表中,項目以線性順序鏈接。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

在程序的應用中,為了適應某些應用并滿足某些限制,已經開發了各種類型的樹木。一些例子是二叉搜索樹、B樹、treap、紅黑樹、splay樹、AVL樹和n叉樹。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

二叉搜索樹

二叉搜索樹(BST),顧名思義,是一種二叉樹,其中數據以層次結構組織。該數據結構按排序順序存儲值。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

二叉搜索樹中的每個節點都包含以下屬性。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • key:存儲在節點中的值。
  • left:指向左孩子的指針。
  • right:指向右孩子的指針。
  • p:指向父節點的指針。

二叉搜索樹具有區別于其他樹的獨特屬性。該屬性稱為二叉搜索樹屬性。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

令x為二叉搜索樹中的一個節點。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 如果y是x左子樹中的節點,則y.key ≤ x.key。
  • 如果y是x右子樹中的節點,則y.key ≥ x.key。

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樹的應用

  • 二叉樹:用于實現表達式解析器和表達式求解器。
  • 二叉搜索樹:用于許多數據不斷進入和離開的搜索應用程序。
  • :JVM(Java 虛擬機)用來存儲 Java 對象。
  • Treaps:用于無線網絡。

7、堆(Heaps)

堆是二叉樹的一種特殊情況,其中父節點與其子節點的值進行比較,并進行相應的排列JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

讓我們看看如何表示堆。堆可以使用樹和數組來表示。下面兩張圖顯示了如何使用二叉樹和數組來表示二叉堆。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

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堆可以有兩種類型

  1. 最小堆— 父級的鍵小于或等于其子級的鍵。這稱為最小堆屬性。根將包含堆的最小值。
  2. 最大堆— 父級的鍵大于或等于其子級的鍵。這稱為最大堆屬性。根將包含堆的最大值。

堆的應用

  • 用于堆排序算法
  • 用于實現優先級隊列,因為可以根據堆屬性對優先級值進行排序,其中堆可以使用數組來實現。
  • 隊列函數可以在O(log n)時間內使用堆實現。
  • 用于查找給定數組中 k?? 的最小(或最大)值。

8、圖表(Graphs)

圖由一組有限的頂點或節點以及一組連接這些頂點的邊組成。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

圖的階數是圖中頂點的數量。圖的大小是圖中邊的數量。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果兩個節點通過同一條邊相互連接,則稱它們是相鄰的。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

有向圖

如果圖G的所有邊都具有指示起始頂點和終止頂點的方向,則稱圖 G 是有向圖。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

我們說(u, v)是從頂點u入射或離開頂點u ,并且是從頂點 v 入射或進入頂點v。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

自循環:從頂點到自身的邊。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

無向圖

如果圖G的所有邊都沒有方向,則稱其為無向圖。它可以在兩個頂點之間雙向移動。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果一個頂點沒有連接到圖中的任何其他節點,則稱該頂點是孤立的JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

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圖的應用

  • 用于表示社交媒體網絡。每個用戶都是一個頂點,當用戶連接時,他們會創建一條邊。
  • 用于表示搜索引擎的網頁和鏈接。互聯網上的網頁通過超鏈接相互鏈接。每個頁面是一個頂點,兩個頁面之間的超鏈接是一條邊。用于百度中的頁面排名。
  • 用于表示 GPS 中的位置和路線。位置是頂點,連接位置的路線是邊。用于計算兩個位置之間的最短路線。

總結

還有很多種數據結構,其實都是基于以上數據結構變種生成的,數據結構是每個程序員都要掌握的,無論是工作中還是面試都必不可少的知識儲備。JgV28資訊網——每日最新資訊28at.com

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