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有哪些数据结构?

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  • 2025-08-08 13:14:52
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有哪些数据结构?基本点数据结构 = 逻辑关系 + 物理结构 + 运算

按照逻辑关系分类:

线性结构:数组、栈、队列、链表、字符串

非线性结构:树、图、集合、散列表、广义表

数据结构定义​

数据结构(Data Structure)的核心目标,就是通过定义数据之间的逻辑关系(逻辑结构),并配合存储方式(物理结构)和操作规则(运算),来高效组织和管理数据。 但需要补充的是,它不仅仅是“描述关系”,更是通过这种关系设计出适合特定场景的存储与操作方式。可以从以下三个层次来深入理解:

1. 逻辑结构:数据之间的抽象关系​

这是数据结构的核心抽象层,描述元素间的关联方式,与具体实现无关。例如:

线性关系:数组、链表、栈、队列等,元素按顺序排列,形成“一对一”关系。

树形关系:二叉树、B树等,元素呈现父子层次,形成“一对多”关系。

图状关系:社交网络中的好友关系、交通路线,元素间存在“多对多”连接。

集合关系:元素仅属于同一集合,无顺序或层次(如哈希表中的键)。

👉 关键:逻辑结构回答“数据如何关联”,是问题建模的基础。

2. 存储结构:数据在内存中的物理实现​

逻辑结构需要映射到计算机内存或外存中,具体实现方式会影响性能和功能:

连续存储(如数组):元素在内存中紧密排列,支持快速随机访问,但增删效率低。

链式存储(如链表):通过指针动态链接非连续的存储单元,增删灵活但访问需遍历。

散列存储(如哈希表):通过哈希函数计算位置,理想情况下时间复杂度接近O(1)。

索引存储(如B+树):额外建立索引结构,加速外存(如磁盘)数据访问。

👉 关键:存储结构回答“如何高效存/取数据”,直接影响时间与空间复杂度。

3. 运算:对数据的操作规则​

数据结构需定义操作接口(如插入、删除、查找)及其规则,例如:

栈只能从栈顶压入(push)或弹出(pop)。

队列需遵守先进先出(FIFO)的入队(enqueue)和出队(dequeue)。

二叉搜索树的插入需维护左小右大的顺序。

堆的插入需通过上浮(swim)或下沉(sink)维护堆性质。

👉 关键:运算规则回答“如何操作数据”,与算法设计紧密相关。

总结:数据结构 = 逻辑关系 + 存储方式 + 操作规则​

不是单纯的“关系描述”,而是通过关系设计出高效的数据管理方案

。例如:

用哈希表实现“键值对集合”,通过散列函数快速定位数据。

用B+树实现数据库索引,利用多路平衡减少磁盘I/O次数。

实际意义:选择合适的数据结构,能大幅提升程序效率。例如:

频繁查找用哈希表(O(1)),动态增删用链表(O(1)增删但O(n)查找)。

层次化数据(如文件系统)用树,网络关系(如社交网络)用图。

最终目标:在特定场景下,以最优的时空复杂度完成数据操作。这需要结合问题需求(如读多写少?是否需要排序?)选择最匹配的结构。

数据结构类型​

数据结构主要分为线性结构和非线性结构两大类,具体分类及常见数据结构如下:

一、线性结构​

线性结构中的元素存在一对一的逻辑关系,所有结点最多只有一个直接前驱和一个直接后继。

数组(Array)

由相同类型的元素按顺序存储,支持一维、多维形式,可通过索引直接访问元素。

栈(Stack)

遵循**后进先出(LIFO)**原则,仅在表的一端(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。

队列(Queue)

遵循**先进先出(FIFO)**原则,插入在队尾,删除在队头,适用于任务调度、缓冲区管理等。

链表(Linked List)

物理存储非连续,通过指针链接实现逻辑顺序,分为单向链表、双向链表、循环链表等。

字符串(String)

由字符构成的线性表,常用于文本处理。

二、非线性结构​

非线性结构中的元素存在一对多或多对多的逻辑关系。

树(Tree)

层次化结构,包括:

二叉树:每个结点最多两个子结点,支持二叉搜索树、平衡二叉树(如AVL树)等。

B树/B+树:多路平衡树,用于数据库索引和文件系统。

堆(Heap):特殊的完全二叉树,根结点为最大值或最小值,适用于优先队列。

图(Graph)

由顶点和边构成,分为有向图和无向图,用于表示网络关系(如社交网络、交通路线)。

集合(Set)

元素间无逻辑顺序,仅通过“属于同一集合”关联,常用哈希表实现。

散列表(Hash Table)

基于哈希函数实现快速查找,时间复杂度接近O(1),适用于字典、缓存等。

广义表(Generalized List)

可嵌套的线性结构,元素可以是原子或子表,灵活性高。

三、其他特殊结构​

文件结构:如顺序文件、索引文件,用于外存数据管理。

堆栈与队列的变体:如双端队列(Deque)、优先队列(Priority Queue)。

Scratch中的列表:支持动态扩展和混合类型存储,类似简化版动态数组。

总结​

数据结构的核心在于逻辑关系和存储方式的选择。例如,数组适合频繁随机访问,链表适合动态增删,树和图适合复杂关系建模。实际应用中需结合算法需求(如查找、排序效率)选择最优结构。

Reference​

3.1 数据结构分类

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