第一章 数据结构绪论
数据结构
是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。
1.4 基本概念和术语
1.4.1 数据
是描述客观事物的符号，**是计算机中可以操作的对象，是能被计算机识别，并输入给计算机处理的符号集合。**数据不仅仅包括整型、实型等数值类型，还包括字符及声音、图像、视频等非数值类型。
1.4.2 数据元素
是组成数据的、有一定意义的基本单位，在计算机中通常作为整体处理。也被称为记录。（人的数据元素是人；禽类的数据元素是牛、马、羊、鸡、猪、狗等动物）
1.4.3 数据项
一个数据元素可以由若干个数据项组成。数据项是数据不可分割的最小单位。比如人这样的数据元素，可以有眼、耳、口，鼻、手、脚这些数据项，也可以有姓名、年龄、性别、出生地址、联系电话等数据项，具体有哪些数据项，要视你做的系统来决定。
1.4.4 数据对象
是性质相同的数据元素的集合，是数据的子集。什么叫性质相同呢，是指数据元素具有相同数据和类型的数据项，比如，还是刚才的例子，人都有姓名、生日、性别等相同的数据项。
1.4.5 数据结构
** 结构，简单的理解就是关系**，比如分子结构，就是说组成分子的原子之间的排列方式。严格点说，结构是指各个组合部分相互搭配和排列的方式。
在现实世界中，不同数据元素之间不是独立的，而是存在特定的关系，我们将这些关系称为结构。那数据结构是什么？
数据结构：是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。
1.5 逻辑结构与物理结构
按照视点的不同，我们把数据结构分为逻辑结构和物理结构。
**逻辑结构：是指数据对象中数据元素之间的相互关系。**其实这也是我们今后最需要关注的问题。逻辑结构分为以下四种：
- 集合结构：集合结构中的数据元素除了同属于一个集合外，他们之间没有其他关系。各个数据元素是"平等"的，它们的共同属性是"同属于一个集合"。数据结构中的集合关系就类似于数学中的集合(如图1-5-1所示)。
- 线性结构：线性结构中的数据元素之间是一对一的关系。
- 树形结构：树形结构中的数据元素之间存在一种一对多的层次关系。
- 图形结构：图形结构的数据元素是多对多的关系。
在用示意图表示数据的逻辑结构时，要注意两点：
- 将每一个数据元素看做一个结点，用圆圈表示。
- 元素之间的逻辑关系用结点之间的连线表示，如果这个关系是有方向的，那么用带箭头的连线表示。
物理结构（存储结构）：是指数据的逻辑结构在计算机中的存储形式。分为顺序存储和链式存储。
数据的存储结构应正确反映数据元素之间的逻辑关系，这才是最为关键的，如何存储数据元素之间的逻辑关系，是实现物理结构的重点和难点。
1. 顺序存储结构
顺序存储结构：是把数据元素存放在地址连续的存储单元里，其数据间的逻辑关系和物理关系是一致的。 
这种存储结构其实很简单，说白了，就是排队占位。大家都按顺序排好，每个人占一小段空间，大家谁也别插谁的队。我们之前学计算机语言时，数组就是这样的顺序存储结构。当你告诉计算机，你要建立一个有9个整型数据的数组时，就三级就在内存中找了片空地，按照一个整型所占位置的大小乘以9，开辟一段连续的空间，于是第一个数组数据就放在第一个位置，第二个数据放在第二个，这样依次摆放。
2. 链式存储结构
如果就是这么简单和有规律，一切就好办了。可实际上，总会有人插队，也会有人要上厕所、有人会放弃排队。所以这个队伍当中会添加新成员，也有可能会去掉老元素，整个结构时刻都处于变化中。显然，面对这样时刻要变化的结果，顺序存储是不科学的。那怎么办呢？
现在如银行、医院等地方，设置了排队系统，也就是每个人去了，先领一个号，等着叫号，叫到时去办理业务或看病。在等待的时候，你爱在哪在哪，可以坐着，站着或者走动，甚至出去逛一圈，只要及时回来就行。你关注的是前一个号有没有被叫到，叫到了，下一个就轮到你了。
链式存储结构：是把数据元素存放在任意的存储单元里，这组存储单元可以是连续的，也可以是不连续的。 
显然，链式存储就灵活多了，数据存在哪里不重要，只要有一个指针存放了相应的地址就能找到它了。
前几年香港有部电影叫《无间道》，大陆还有部电视剧叫《潜伏》，都很火，不知道大家有没有看过，大致说的是，某一方潜伏在敌人的内部，进行一些情报收集工作。为了不暴露每个潜伏人员的真实身份，往往都是单线联系，只有上线知道下线是谁，并且是通过暗号来联络。正常情况下，情报是可以顺利地上传下达的，但是如果某个链条中结点的同志牺牲了，那就麻烦了，因为其他人不知道上线或者下线是谁，后果就很严重。
比如在《无间道》中，梁朝伟是警方在黑社会中的卧底，一直是与黄秋生扮演的警官联络，可当黄遇害后，梁就无法证明自己是一个警察了。所以影片的结尾，当梁朝伟用枪指着刘德华的头说，"对不起，我是警察"。刘德华马上反问："谁知道呢"。是呀，当没有人可以证明你的身份的时候，谁知道你是谁呢？影片看到这里，多少让人有些唏嘘感慨。这其实就是链式关系的一个现实样例。
逻辑结构是面向问题的，而物理结构就是面向计算机的，其基本的目标就是将数据及其逻辑关系存储到计算机的内存中。
1.6 抽象数据类型
1.6.1 数据类型
数据类型：是指一组性质相同的值的集合及定义在此集合上的一些操作的总称。
数据类型是按照值的不同进行划分的。
当年那些设计计算机语言的人，为什么会考虑到数据类型呢？
比如，大家都需要住房子，也都希望房子越大越好。很显然，没有钱，考虑房子是没啥意义的。于是商品房就出现了各种各样的房型，有别墅，有错层，有单间的；有一百多平米的，也有几十平米的，甚至在北京还出现了胶囊公寓--只有两平米的房间。。。。这样就满足了不同人的需要。
同样，在计算机中，内存也不是无限大的，你要计算一个如1+1=2、3+5=8这样的整型数字的加减乘除运算，显然不需要开辟很大的适合小数设置字符串运算的内存空间。于是计算机的研究者们就考虑，要对数据进行分类，分出来多种数据类型。
在C语言中，按照取值的不同，数据类型可以分为两类：
- 原子类型：是不可以再分解的基本类型，包括整型、实型、字符型等。
- 结构类型：由若干个类型组合而成，是可以再分解的。例如，整型数组是由若干个整型数据组成的。
比如，在C语言中变量声明int a,b,这就意味着，在给变量a和b赋值时不能超出in她的取值范围，变量a和b之间的运算只能是int类型所允许的运算。
抽象是指抽取出事物具有的普遍性的本质。
1.6.2 抽象数据类型
抽象数据类型(Abstract Data Type,ADT)：是指一个数学模型及定义在该模式上的一组操作。 抽象数据类型把实际生活中的问题分解为多个规模小且容易处理的问题，然后建立一个计算机能处理的数据模型，并把每个功能模块的实现细节作为一个独立的单元，从而使具体实现过程隐藏起来。
数据结构的一些相关概念，如如1-7-1 所示。 
数据结构，从不同的角度来探讨，会有不同的分类，如图1-7-2所示。 
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