数据结构与算法—绪论

数据结构
数据:所有能输入到计算机中并能被计算机程序识别和处理的符合集合
分为两大类:
1.整数、实数等数值数据

2.文字、声音、图形和图像非数值数据

数据元素:是数据的基本单位,在计算机程序中通常作为一个整体进行考虑和处理

数据项:构成数据元素的最小单位称为数据项,通常数据元素具有相同个数和类型的数据项

数据结构:是指相互之间存在一定关系的数据元素的集合

数据的逻辑结构:是指数据元素一级数据元素执行的逻辑关系

线性结构
1.集合:数据元素之间就是“属于同一个集合”,除此之外,没有任何关系

2.表结构:数据元素之间存在着一对一的线性关系

非线性结构
1.树结构:数据元素之间存在一对多的层次关系

2.图结构:数据元素之间存在多对多的任意 关系

抽象数据类型:一个数据模型以及定义在该模型上的一组操作的总称
1.数据类型:一组值的集合以及定义与这个集值的一组操作的总称

2.抽象:抽出问题本质的特征而忽略非本质区别
算法
是对特定问题求解步骤的一种描述,在计算机中表现为指令的有限序列,并且每条指令表示一个或多个操作
算法的基本特性
有穷性:算法在执行有穷步骤之后一定能结束,且每一个步骤都能在有限的时间内完成

确定性:算法中每一条执行必须有确切的含义,不存在二义性(相同的输入要有相同的输出)

可行性:一个算法是可行的,操作都是可以通过已经实现的基本,运算执行有限次来实现的

输入:一个算法有零个或多个输入,这些输入取自于某个特定的对象集合

输出:一个或多个输出
算法的特性
算法设计的要求
1.正确性: 算法能满足具体问题的需求,即对于任何合法的输入,算法都会得出正确的结果

2.健壮性:算法对非法输入的抵抗能力,即对于错误的输入,算法应能识别并作出处理,而不是产生错误动作或陷入瘫痪

3.可理解性:算法容易理解和实现,算法 首先是为了人的阅读和交流

4.抽象分级:算法一旦创建,必须有人阅读,理解,使用和修改

5.高效性:算法的效率包括时间效率和空间效率
算法的描述
自然语言:
通俗易懂,但不严谨,容易出现歧义

流程图:
直观形象,易于理解,但修改麻烦,不擅长数据的组织结构

高级程序设计语言:
准确,严谨,但需要考虑的细节过多,比较繁琐

伪代码:
介于自然语言和计算机语言之间,采用某种高级语言的基本语句格式,剔除琐碎的语法细节,格式紧凑,易于书写,理解和修改,也便于向程序过度
算法与程序的关系:
程序是算法在计算机系统中的具体实现
算法是对程序中计算过程本质的抽象与描述,是计算方法在抽象计算模型上的一种实现
算法的分析与度量

事后统计:
收集该算法的程序的实际执行时间或实际占用空间的统计资料
事前分析估算:
根据一定的方法,估算该算法的执行时间或空间需求的界限函数

算法采用的方法,策略
问题的规模
书写程序的语言
编译程序所产生的机器代码的质量
机器执行指令的速度

时间复杂度:
算法中基本操作重复执行的次数是问题规模n的某个函数f(n),算法的时间度量记作
T(n)=O(f(n))
表示随问题规模n的增大,算法执行时间的增长率和f(n)的增长率相同,称作算法的渐进时间复杂度

空间复杂度:
类似于算法的时间复杂度,以空间复杂度作为算法所虚存储空间的度量
记作:S(n)=O(f(n))
n为问题规模的大小

一个算法在所占用的而存储空间:
算法在本身所占用的存储空间,入指令,常数,变量
输入\输出数据所占用的存储空间
算法运行过程中临时占用的存储空间

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