数据结构（01）—— 数据结构的基本概念
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目录
1. 基本概念
1.1 数据
1.2 数据元素
1.3 数据项
1.4 组合项
1.5 数据对象
1.6 数据类型
2. 数据结构
2.1 逻辑结构
2.2 存储结构
2.3 数据的运算
在学习之前，我们可以思考一个问题，数据结构在学什么呢？
随着时代的进步，越来越多的问题需要从现实转为信息化，而数据结构就是为了解决如何把现实问题信息化以及怎么高效存储和处理信息这两大问题。
先简单看如下的思维导图：
1. 基本概念
1.1 数据
数据是信息的载体，是描述客观实物属性的数、字符以及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号的集合。数据是计算机程序加工的原料。
个人理解: 在现代计算机体系中，所有数据的底层存储形式都是二进制
1.2 数据元素
数据元素是数据的基本单位，通常作为一个整体进行考虑和处理。一个数据元素可由若干个数据项组成。
1.3 数据项
数据项是构成数据元素的不可分割的最小单位。
1.4 组合项
组合项是由多个数据项或者其他组合项按照一定逻辑关联组合而成的数据单元，也称为“组合字段”或“数据组”。
他们的具体关系示例如下图：
A、B、C为三个数据元素，名字、学号、年龄、数学成绩、语文成绩和英语成绩为数据项，成绩为组合项，他由数学成绩、语文成绩和英语成绩三个数据项共同组成。
1.5 数据对象
数据对象是具有相同性质的数据元素的集合，他是数据的一个子集。例如，成绩单（数据对象）含有所有学生成绩明细（数据元素）。因此我们可以得到：
数据（全集）包含 数据对象（子集，同类数据元素的集合）；
数据对象 包含 数据元素（个体，可拆分为数据项）。
1.6 数据类型
数据类型是一个值的集合和定义在此集合上的一组操作的总称：
这里的值代表类型包含的数据内容
1. 原子类型：其值不可再分的数据类型，如整型int、浮点型float等
2. 结构类型：其值可以再分解为若干成分（分量）的数据类型
3. 抽象数据类型：一个数学模型及定义在该数学模型上的一系列操作。他通过对数据的某种抽象，定义了数据的取值范围和结构形式，以及对数据操作的集合。可以理解为对实际问题数据关系和操作需求的抽象化描述。
原子类型和结构类型侧重“是什么”（数据的构成方式），抽象数据类型侧重“做什么”（数据的行为能力）
原子类型==“乐高积木块”，结构类型==“用积木块组成的组件”，抽象数据类型==“玩具车的功能说明书”
2. 数据结构
数据结构是相互之间存在一种或多种特别关系的数据元素的集合。（可以类比汉字的结构：上下结构，左右结构）在任何问题中，数据元素都不是独立存在的，他们之间存在某种关系，这种数据元素相互之间的关系称为结构。
数据结构包括三方面的内容：逻辑结构、存储结构（物理结构）和数据的运算。
逻辑结构是抽象的关系定义，独立于具体存储方式；存储结构需适配逻辑结构的特性，但最终选择还受实际应用需求（如操作效率、空间占用）影响 ，二者相互制约又共同支撑数据的处理逻辑。
一个算法的设计取决于所选定的逻辑结构，而算法的实现依赖于所采用的存储结构。
2.1 逻辑结构
逻辑结构是指数据元素之间的逻辑关系，即从逻辑关系上描述数据。它与数据的存储无关，是独立于计算机的。数据的逻辑结构分为线性结构和非线性结构，线性表是典型的线性结构；集合、树和图是典型的非线性结构。
如下图所示：
线性结构：结构中的数据元素之间只存在一对一的关系；
集合：结构中的数据元素除“同属于一个集合”外，别无其他关系；
树状结构：结构中的数据元素之间存在一对多的关系；
网状结构或图状结构：结构中的数据元素之间存在多对多的关系。
2.2 存储结构
存储结构是指数据结构在计算机中的表示（又称映像），也称物理结构。它包括数据元素的表示和关系的表示（数据元素本身和数据元素之间的关系）。数据的存储结构是用计算机语言实现的逻辑结构，它依赖于计算机语言。数据的存储结构主要有顺序存储、链式存储、索引存储和散列存储。
1. 顺序存储：把逻辑上相邻的元素存储在物理位置上也相邻的存储单元中，元素之间的关系由存储单元的邻接关系来体现。其优点是可以实现随机存取，每个元素占用最少得存储空间；缺点是只能使用相邻的一整块存储单元，因此可能产生较多的外部碎片；
2.链式存储：不要求逻辑上相邻的元素在物理位置上也相邻，借助指示元素存储地址的指针来表示元素之间的逻辑关系。其优点是不会出现碎片现象，能充分利用所有存储单元；缺点是每个元素因存储指针而占用额外的存储空间，且只能实现顺序存取。
3.索引存储：在存储元素信息的同时，还建立附加的索引表。索引表中的每项称为索引项，索引项的一般形式是（关键字，地址）。其优点是检索速度快；缺点是附加的索引表额外占用存储空间。另外，增加和删除数据时也要修改索引表，因而会花费较多的时间。
4.散列存储：根据元素的关键字直接计算出该元素的存储地址，又称哈希存储。其优点是检索、增加和删除结点的操作都很快；缺点是若散列函数不好，则可能出现元素存储单元的冲突，而解决冲突会增加时间和空间开销。
存储结构中的碎片分为内部碎片和外部碎片，内部碎片是指已经分配给程序的内存空间无法被实际使用的“内部空隙”，外部碎片是指未被分配的空闲内存，由于太零散（不连续），无法满足程序的“连续大内存需求”
2.3 数据的运算
施加在数据上的运算包括运算的定义和实现。运算的定义是针对逻辑结构，指出运算的功能（要进行什么样的运算）；运算的实现是针对存储结构，指出运算的具体操作步骤（怎么进行计算）。
本章都是一些基础概念的内容，读者不必钻牛角尖，有个大概印象通过做题弥补，有表述不当的地方敬请指正。