作者：IT-Evan

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數據結構是一種特殊的組織和存儲數據的方式，可以使我們可以更高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具有廣泛而多樣的用途。

幾乎所有已開發的程序或軟件系統都使用數據結構。此外，數據結構屬于計算機科學和軟件工程的基礎。當涉及軟件工程面試問題時，這是一個關鍵主題。因此，作為開發人員，我們必須對數據結構有充分的了解。

在本文中，我將簡要解釋每個程序員必須知道的8種常用數據結構。

一.數組

陣列是固定大小的結構，其可以保持相同的數據類型的項目。它可以是整數數組，浮點數數組，字符串數組甚至數組數組(例如2維數組)。數組已建立索引，這意味著可以進行隨機訪問。

圖1.數組基本術語的可視化

1.陣列運算

• 遍歷：遍歷元素并打印。
• 搜索：在數組中搜索元素。您可以按元素的值或索引搜索元素
• 更新：在給定索引處更新現有元素的值

由于數組的大小是固定的，因此無法立即將元素插入到數組中以及從數組中刪除元素。如果要向數組中插入元素，則首先必須創建一個具有增大的大小(當前大小+ 1)的新數組，復制現有元素并添加新元素。刪除大小減小的新數組的刪除操作也是如此。

2.數組的應用

• 用作構建其他數據結構的構造塊，例如數組列表，堆，哈希表，向量和矩陣。
• 用于不同的排序算法，例如插入排序，快速排序，冒泡排序和合并排序。

二.鏈表

鏈表是一種順序結構，由一系列相互鏈接的線性順序項目組成。因此，您必須順序訪問數據，并且無法進行隨機訪問。鏈接列表提供了動態集的簡單而靈活的表示。

讓我們考慮以下有關鏈表的術語。您可以通過參考圖2來獲得一個清晰的主意。

• 鏈表中的元素稱為節點。
• 每個節點都包含一個密鑰和一個指向其后繼節點的指針，稱為next。
• 名為head的屬性指向鏈接列表的第一個元素。
• 鏈表的最后一個元素稱為tail。

圖2.鏈表基本術語的可視化

以下是可用的各種類型的鏈表。

• 單鏈列表 —只能沿正向遍歷項目。
• 雙鏈表 -可以在前進和后退方向上遍歷項目。節點包含一個稱為prev的附加指針，指向上一個節點。
• 循環鏈接列表 -鏈接列表，其中頭的上一個指針指向尾部，尾號的下一個指針指向頭。

1.鏈表操作

• 搜索：通過簡單的線性搜索在給定的鏈表中找到鍵為k的第一個元素，并返回指向該元素的指針
• 插入：將一個密鑰插入到鏈表中。插入可以通過3種不同的方式完成；在列表的開頭插入，在列表的末尾插入，在列表的中間插入。
• Delete：從給定的鏈表中刪除元素x。您不能單步刪除節點。刪除可以通過3種不同的方式完成：從列表的開頭刪除，從列表的末尾刪除，然后從列表的中間刪除。

2.鏈表的應用

• 用于編譯器設計中的符號表管理。
• 用于在使用Alt + Tab(使用循環鏈表實現)的程序之間進行切換。

三.堆棧

堆棧是一個LIFO(后進先出-放置在最后的元件可以在第一被訪問)可在許多編程語言來常見結構。這種結構之所以被稱為“堆疊”，是因為它類似于真實世界的堆疊-一組板。

圖片來源：pixabay

1.堆棧操作

下面給出了可以在堆棧上執行的2個基本操作。請參考圖3，以更好地了解堆棧操作。

• 推送：將元素插入堆棧的頂部。
• Pop：刪除最上面的元素并返回它。

圖3.堆棧基本操作的可視化

此外，為堆棧提供了以下附加功能，以檢查其狀態。

• 窺視：返回堆棧的頂部元素而不刪除它。
• isEmpty：檢查堆棧是否為空。
• isFull：檢查堆棧是否已滿。

2.堆棧的應用

• 用于表達式評估(例如：用于解析和評估數學表達式的調車場算法)。
• 用于在遞歸編程中實現函數調用。

四.隊列

甲隊列是一個FIFO(先入先出-放置在第一元件可以在第一被訪問)可在許多編程語言來常見結構。該結構被稱為“隊列”，因為它類似于現實世界中的隊列-人們在隊列中等待。

圖片來源：pixabay

1.隊列操作

下面給出了可以在隊列上執行的2個基本操作。請參考圖4，以更好地了解隊列操作。

• 入隊：插入一個元素到隊列的末尾。
• 出隊：從隊列的開頭刪除元素。

圖4.隊列基本操作的可視化

2.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)。

五.哈希表

哈希表是一種數據結構，其存儲有與之相關聯的鍵的值。此外，如果我們知道與值關聯的鍵，則它有效地支持查找。因此，無論數據大小如何，插入和搜索都非常有效。

當存儲在表中時，直接尋址使用值和鍵之間的一對一映射。但是，當存在大量鍵值對時，此方法存在問題。該表將具有很多記錄，并且非常龐大，鑒于典型計算機上的可用內存，該表可能不切實際甚至無法存儲。為了避免這個問題，我們使用哈希表。

1.散列函數

使用一種稱為哈希函數(h)的特殊函數來克服上述直接尋址中的問題。

在直接訪問中，帶有密鑰k的值存儲在插槽k中。使用哈希函數，我們可以計算出每個值都指向的表(插槽)的索引。使用給定鍵的哈希函數計算的值稱為哈希值，該值指示該值映射到的表的索引。

h(k)= k％m

• h：哈希函數
• k：應確定其哈希值的鍵
• m：哈希表的大小(可用插槽數)。接近于2的冪的素數是m的一個不錯的選擇。

圖5.哈希函數的表示

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，以確定索引應在哈希表中的位置。考慮我們有以下鍵，即哈希和哈希表索引。

• 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，就會發生沖突。我們可以通過選擇合適的哈希函數h并使用鏈接和開放式尋址等技術來解決沖突。

2.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“設置”數據結構。

六.樹

樹是進行數據分層組織并連接在一起的分層結構。此結構與鏈接列表不同，而在鏈接列表中，項目以線性順序鏈接。

在過去的幾十年中，已經開發出各種類型的樹，以適合某些應用并滿足某些限制。一些示例是二叉搜索樹，B樹，挖掘，紅黑樹，展開樹，AVL樹和n元樹。

1.二叉搜索數

二叉搜索樹(BST) ，顧名思義，是一個二叉樹，其中數據在一個層次結構組織。此數據結構按排序順序存儲值，我們將在本教程中詳細研究這些值。

二叉搜索樹中的每個節點都包含以下屬性。

• key：存儲在節點中的值

• left：指向左孩子的指針

• 右：指向右孩子的指針

• p：指向父節點的指針

二叉搜索樹具有獨特的屬性，可將其與其他樹區分開。此屬性稱為binary-search-tree屬性。

令x為二叉搜索樹中的一個節點。

• 如果y是x 左子樹中的一個節點，則y.key≤x.key
• 如果y是x 的右子樹中的節點，則y.key≥x.key

圖6.樹的基本術語的可視化。

2.樹的應用

• 二叉樹：用于實現表達式解析器和表達式求解器。
• 二進制搜索樹：用于許多不斷輸入和輸出數據的搜索應用程序中。
• 堆：由JVM(Java虛擬機)用來存儲Java對象。
• 挖土機：用于無線網絡。

七.堆

堆也是一種二叉樹，其中父節點相比，他們的孩子與他們的價值觀和相應安排的一個特例。

讓我們看看如何表示堆。堆可以使用樹和數組來表示。圖7和8顯示了我們如何使用二叉樹和數組來表示二叉堆。

圖7.堆的二叉樹表示

圖8.堆的數組表示

堆可以有2種類型。

• 最小堆 -父項的密鑰小于或等于子項的密鑰。這稱為min-heap屬性。根將包含堆的最小值。

• Max Heap-父級的鍵大于或等于其子級的鍵。這稱為max-heap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，因為可以根據可以使用數組實現堆的堆屬性對優先級值進行排序。
• 可以在O(log n)時間內使用堆來實現隊列功能。
• 用于查找給定數組中k個最小(或最大)的值。

八.圖

圖形是由一組有限的頂點或節點和一組邊緣連接這些頂點。

圖的順序是圖中的頂點數。圖的大小是圖中的邊數。

如果兩個節點通過同一邊彼此連接，則稱它們為相鄰節點。

1.有向圖

如果圖形G的所有邊緣都具有指示什么是起始頂點和什么是終止頂點的方向，則稱該圖形為有向圖。

我們說，(U，V)是事件的或葉頂點ü，是事發地或進入頂點v。

自環：從頂點到自身的邊。

2.無向圖

如果圖G的所有邊緣均無方向，則稱其為無向圖。它可以在兩個頂點之間以兩種方式傳播。

如果頂點未連接到圖中的任何其他節點，則稱該頂點為孤立的。

圖9.圖形術語的可視化

3.圖的應用

• 用于表示社交媒體網絡。每個用戶都是一個頂點，并且在用戶連接時會創建一條邊。
• 用于表示搜索引擎的網頁和鏈接?；ヂ摼W上的網頁通過超鏈接相互鏈接。每頁是一個頂點，兩頁之間的超鏈接是一條邊。用于Google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徑。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的二叉树的字符图形显示程序_每个程序员都必须知道的8种通用数据结构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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