數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之概念介紹篇_跨考網(wǎng)

　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是十分重要的核心課程。所有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件都要用到各種類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此，要想更好地運(yùn)用計(jì)算機(jī)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，僅掌握幾種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是難以應(yīng)付眾多復(fù)雜的課題的。要想有效地使用計(jì)算機(jī)、充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的性能，還必須學(xué)習(xí)和掌握好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的有關(guān)知識(shí)。打好“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”這門課程的扎實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)于學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)的其他課程，如操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、軟件工程、人工智能等都是十分有益的。

　　為什么要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　在計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，人們使用計(jì)算機(jī)的目的主要是處理數(shù)值計(jì)算問(wèn)題。當(dāng)我們使用計(jì)算機(jī)來(lái)解決一個(gè)具體問(wèn)題時(shí)，一般需要經(jīng)過(guò)下列幾個(gè)步驟：首先要從該具體問(wèn)題抽象出一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，然后設(shè)計(jì)或選擇一個(gè)解此數(shù)學(xué)模型的算法，最后編出程序進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，直至得到最終的解答。例如，求解梁架結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的數(shù)學(xué)模型的線性方程組，該方程組可以使用迭代算法來(lái)求解。

　　由于當(dāng)時(shí)所涉及的運(yùn)算對(duì)象是簡(jiǎn)單的整型、實(shí)型或布爾類型數(shù)據(jù)，所以程序設(shè)計(jì)者的主要精力是集中于程序設(shè)計(jì)的技巧上，而無(wú)須重視數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和軟、硬件的發(fā)展，非數(shù)值計(jì)算問(wèn)題越來(lái)越顯得重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今處理非數(shù)值計(jì)算性問(wèn)題占用了90%以上的機(jī)器時(shí)間。這類問(wèn)題涉及到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，數(shù)據(jù)元素之間的相互關(guān)系一般無(wú)法用數(shù)學(xué)方程式加以描述。因此，解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵不再是數(shù)學(xué)分析和計(jì)算方法，而是要設(shè)計(jì)出合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，才能有效地解決問(wèn)題。下面所列舉的就是屬于這一類的具體問(wèn)題。

　　例一：學(xué)生信息檢索系統(tǒng)。當(dāng)我們需要查找某個(gè)學(xué)生的有關(guān)情況的時(shí)候;或者想查詢某個(gè)專業(yè)或年級(jí)的學(xué)生的有關(guān)情況的時(shí)候，只要我們建立了相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按照某種算法編寫了相關(guān)程序，就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索。由此，可以在學(xué)生信息檢索系統(tǒng)中建立一張按學(xué)號(hào)順序排列的學(xué)生信息表和分別按姓名、專業(yè)、年級(jí)順序排列的索引表，如圖1.1所示。由這四張表構(gòu)成的文件便是學(xué)生信息檢索的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算機(jī)的主要操作便是按照某個(gè)特定要求(如給定姓名)對(duì)學(xué)生信息文件進(jìn)行查詢。

　　諸如此類的還有電話自動(dòng)查號(hào)系統(tǒng)、考試查分系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存管理系統(tǒng)等。在這類文檔管理的數(shù)學(xué)模型中，計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象之間通常存在著的是一種簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，這類數(shù)學(xué)模型可稱為線性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　八皇后問(wèn)題。在八皇后問(wèn)題中，處理過(guò)程不是根據(jù)某種確定的計(jì)算法則，而是利用試探和回溯的探索技術(shù)求解。為了求得合理布局，在計(jì)算機(jī)中要存儲(chǔ)布局的當(dāng)前狀態(tài)。從最初的布局狀態(tài)開始，一步步地進(jìn)行試探，每試探一步形成一個(gè)新的狀態(tài)，整個(gè)試探過(guò)程形成了一棵隱含的狀態(tài)樹。如圖1.2所示(為了描述方便，將八皇后問(wèn)題簡(jiǎn)化為四皇后問(wèn)題)?；厮莘ㄇ蠼膺^(guò)程實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)遍歷狀態(tài)樹的過(guò)程。在這個(gè)問(wèn)題中所出現(xiàn)的樹也是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以應(yīng)用在許多非數(shù)值計(jì)算的問(wèn)題中。

　　教學(xué)計(jì)劃編排問(wèn)題。一個(gè)教學(xué)計(jì)劃包含許多課程，在教學(xué)計(jì)劃包含的許多課程之間，有些必須按規(guī)定的先后次序進(jìn)行，有些則沒有次序要求。即有些課程之間有先修和后續(xù)的關(guān)系，有些課程可以任意安排次序。這種各個(gè)課程之間的次序關(guān)系可用一個(gè)稱作圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表示，如圖1.3所示。有向圖中的每個(gè)頂點(diǎn)表示一門課程，如果從頂點(diǎn)vi到vj之間存在有向邊，則表示課程i必須先于課程j進(jìn)行。

　　由以上三個(gè)例子可見，描述這類非數(shù)值計(jì)算問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型不再是數(shù)學(xué)方程，而是諸如表、樹、圖之類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此，可以說(shuō)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程主要是研究非數(shù)值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)問(wèn)題中所出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)操作對(duì)象以及它們之間的關(guān)系和操作的學(xué)科。

　　學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的目的是為了了解計(jì)算機(jī)處理對(duì)象的特性，將實(shí)際問(wèn)題中所涉及的處理對(duì)象在計(jì)算機(jī)中表示出來(lái)并對(duì)它們進(jìn)行處理。與此同時(shí)，通過(guò)算法訓(xùn)練來(lái)提高學(xué)生的思維能力，通過(guò)程序設(shè)計(jì)的技能訓(xùn)練來(lái)促進(jìn)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和專業(yè)素質(zhì)的提高。