数据结构与算法综述

数据结构是计算机存储、组织数据的方式，指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。

通常情况下，精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。

人们进行程序设计时通常关注两个重要问题

• 一是如何将待处理的数据存储到计算机内存中，即数据表示；

• 二是设计算法操作这些数据，即数据处理。

数据表示的本质是数据结构设计，数据处理的本质是算法设计。

PASCAL之父，瑞士著名计算机科学家沃思（Niklaus Wirth）教授曾提出：算法+数据结构=程序。可以看出数据结构和算法是程序的两个重要组成部分，数据结构是指数据的逻辑结构和存储方法，而算法是指对数据的操作方法。

数据结构的特性

以上数据结构中，除了数组之外，都可以认为是抽象数据结构（ADT）

算法的概述

1. 如何插入一条新的数据项
2. 如何寻找某一特定的数据项
3. 如何删除某一特定的数据项
4. 如何迭代的访问各个数据项，以便进行显示或其他操作
5. 如何对数据项进行排序

算法的五个特征

1. 有穷性：对于任意一组合法输入值，在执行又穷步骤之后一定能结束，即：算法中的每个步骤都能在有限时间内完成。
2. 确定性：在每种情况下所应执行的操作，在算法中都有确切的规定，使算法的执行者或阅读者都能明确其含义及如何执行。并且在任何条件下，算法都只有一条执行路径。
3. 可行性：算法中的所有操作都必须足够基本，都可以通过已经实现的基本操作运算有限次实现之。
4. 有输入：作为算法加工对象的量值，通常体现在算法当中的一组变量。有些输入量需要在算法执行的过程中输入，而有的算法表面上可以没有输入，实际上已被嵌入算法之中。
5. 有输出：它是一组与“输入”有确定关系的量值，是算法进行信息加工后得到的结果，这种确定关系即为算法功能。

算法的设计原则

1. 正确性：首先，算法应当满足以特定的“规则说明”方式给出的需求。其次，对算法是否“正确”的理解可以 有以下四个层次：

   1. 程序语法错误。
   2. 程序对于几组输入数据能够得出满足需要的结果。
   3. 程序对于精心选择的、典型、苛刻且带有刁难性的几组输入数据能够得出满足要求的结果。
   4. 程序对于一切合法的输入数据都能得到满足要求的结果。

   PS：通常以第三层意义的正确性作为衡量一个算法是否合格的标准。

2. 可读性：算法为了人的阅读与交流，其次才是计算机执行。因此算法应该易于人的理解；另一方面，晦涩 难懂的程序易于隐藏较多的错误而难以调试。

3. 健壮性：当输入的数据非法时，算法应当恰当的做出反应或进行相应处理，而不是产生莫名其妙的输出结 果。并且，处理出错的方法不应是中断程序执行，而是应当返回一个表示错误或错误性质的值，以便在更高的抽象 层次上进行处理。

4. 高效率与低存储量需求：通常算法效率值得是算法执行时间；存储量是指算法执行过程中所需要的最大存 储空间，两者都与问题的规模有关。

小结

• 数据结构是指数据在计算机内存空间中或者磁盘中的组织形式
• 选择合理的数据结构会使程序的效率大大提升
• 常用的数据结构有数组、栈、链表
• 算法是完成特定任务的步骤过程

参考文章：

1. https://www.cnblogs.com/ysocean/p/7889153.html
2. Java数据结构和算法（第二版）

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