Datenstrukturen und Algorithmen

Eine Datenstruktur ist eine Möglichkeit, Daten in einem Computer zu speichern und zu organisieren.

Eine Datenstruktur ist eine Sammlung von Datenelementen, die eine bestimmte logische Beziehung haben, eine bestimmte Speicherstruktur in einem Computer verwenden und entsprechende Operationen kapseln. Sie umfasst drei Aspekte: logische Beziehungen, Speicherbeziehungen und Operationen.

Verschiedene Arten von Datenstrukturen eignen sich für verschiedene Arten von Anwendungen, und einige sind sogar speziell für bestimmte Aufgaben konzipiert. Beispielsweise sind Computernetzwerke auf Routing-Tabellen angewiesen, und B-Bäume sind hervorragend für die Datenbankimplementierung geeignet.

Warum Datenstrukturen und Algorithmen lernen?

Da Anwendungen immer komplexer und Daten immer reichhaltiger werden, werden Daten im Millionen-, Milliarden- oder sogar Zehnmilliardenbereich auftreten, und Operationen wie Suchen, Einfügen oder Sortieren solch großer Datenmengen werden immer langsamer. Datenstrukturen werden verwendet, um diese Probleme zu lösen.

Das Lernen von Datenstrukturen und Algorithmen kann:

• Codeeffizienz verbessernGute Datenstrukturen und Algorithmen können Programme schneller laufen lassen und weniger Speicher verbrauchen
• Komplexe Probleme lösen: Viele praktische Probleme erfordern bestimmte Datenstrukturen und Algorithmen, um effektiv gelöst zu werden.
• Grundlagen für VorstellungsgesprächeWissenspunkte, die in technischen Vorstellungsgesprächen fast immer abgefragt werden
• ProgrammiergrundlagenEs ist der Grundpfeiler aller fortgeschrittenen Programmiertechniken

Was müssen Sie wissen, bevor Sie dieses Tutorial lesen?

Bevor Sie mit dem Lesen dieses Tutorials beginnen, müssen Sie grundlegende Programmierkenntnisse haben, wie etwa Konzepte der Programmierung in Python oder Java.

Wenn Sie mit diesen Konzepten noch nicht vertraut sind, empfehlen wir Ihnen, zuerst unserPython-TutorialoderJava-Tutorial zu lesen。

Wir empfehlen aus den folgenden Gründen Python als Lernsprache:

Erklärung zu Datenstrukturen und Algorithmen

DatenstrukturenEs ist wie die Art und Weise, wie wir Gegenstände organisieren. Stellen Sie sich Ihr Bücherregal vor:

• Wenn Bücher zufällig gestapelt werden, wird es schwierig sein, ein Buch zu finden (ineffiziente Datenstruktur).
• Wenn sie nach Kategorie, Autor oder alphabetischer Reihenfolge angeordnet sind, ist das Finden eines Buches schnell (effiziente Datenstruktur).

AlgorithmenEs sind die Schritte und Methoden zur Lösung von Problemen, ganz wie ein Rezept zum Kochen:

• Dieselben Zutaten (Daten) mit unterschiedlichen Kochmethoden (Algorithmen) führen zu unterschiedlichen Ergebnissen.
• Manche Methoden sind schnell und effektiv, während andere zeitaufwendig und mühsam sind.

Grundbegriffe

Gängige Datenstrukturen

• Stack:Ein Stack ist eine spezielle lineare Liste; das Einfügen und Löschen von Datenknoten kann nur an einem festen Ende der Liste durchgeführt werden.
• Warteschlange:Eine Warteschlange ähnelt einem Stapel und ist ebenfalls eine spezielle lineare Liste. Anders als ein Stapel erlaubt eine Warteschlange nur Einfügungen an einem Ende der Liste und Löschungen am anderen Ende.
• Array:Ein Array ist ein aggregierter Datentyp; es ist eine Sammlung mehrerer Variablen desselben Typs, die in einer Reihenfolge zusammengefasst sind.
• Verkettete Liste:Eine verkettete Liste ist eine Datenstruktur, in der Datenelemente gemäß einer verketteten Speicherstruktur gespeichert werden, die durch physische Nicht-Kontiguität gekennzeichnet ist.
• Baum:Ein Baum ist eine typische nichtlineare Struktur; er ist eine endliche Menge K, die 2 Knoten enthält.
• Graph:Ein Graph ist eine weitere nichtlineare Datenstruktur. In einer Graphstruktur werden Datenknoten im Allgemeinen als Ecken bezeichnet, und Kanten sind geordnete Paare von Ecken.
• Heap:Ein Heap ist eine spezielle baumförmige Datenstruktur; der allgemein besprochene Heap ist ein binärer Heap.
• Hashtabelle:Eine Hashtabelle stammt von einer Hashfunktion ab. Ihre Idee ist, dass, wenn es in der Struktur einen Datensatz gibt, dessen Schlüssel gleich T ist, der Datensatz an der Speicherposition F(T) gefunden werden kann, sodass der gewünschte Datensatz direkt ohne Vergleichsoperationen erhalten werden kann.

Gebräuchliche Algorithmen

Der Inhalt der Datenstrukturforschung ist, wie Daten gemäß einer bestimmten logischen Struktur organisiert und geeignete Speicherdarstellungsmethoden ausgewählt werden, um die logisch organisierten Daten im Computerspeicher zu speichern. Der Zweck der Algorithmenforschung ist, Daten effektiver zu verarbeiten und die Effizienz von Datenoperationen zu verbessern. Datenoperationen werden auf der logischen Struktur der Daten definiert, aber die konkrete Implementierung der Operationen muss auf der Speicherstruktur erfolgen. Im Allgemeinen gibt es die folgenden gängigen Operationen:

• Suche:Die Suche dient dazu, Knoten in einer Datenstruktur zu finden, die bestimmte Bedingungen erfüllen. Im Allgemeinen wird bei einem gegebenen Wert eines bestimmten Feldes nach Knoten mit diesem Feldwert gesucht.
• Einfügen:Neue Knoten zur Datenstruktur hinzufügen.
• Löschen:Den angegebenen Knoten aus der Datenstruktur entfernen.
• Aktualisieren:Den Wert eines oder mehrerer Felder eines angegebenen Knotens ändern.
• Sortieren:In einer angegebenen Reihenfolge neu anordnen, zum Beispiel aufsteigend oder absteigend.

Referenzen

Hello Algo:https://github.com/krahets/hello-algo

Python-Algorithmus-Implementierung:https://github.com/TheAlgorithms/Python。

Play-with-Algorithms: https://github.com/liuyubobobo/Play-with-Algorithms。