数据结构学习秘籍

Posted 2021-04-12 java那些事

作者丨rainchxy
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招聘搞笑事

如果你关注招聘试题，越是大的公司，问的问题越基础，有的甚至问你什么是栈和队列，反而一些小公司会关心你做过什么系统，关注点不同，大公司更注重基础扎实，发展潜力，而小公司希望你立刻、马上为他干活，通常是没什么技术含量的活。小公司喜欢细而长的竹子，大公司更喜欢碗口粗的竹笋。

我曾经推荐一个学生到某知名公司，没多久，学生给我说了应聘的事情：“我介绍我开发了企业管理系统、在线商城系统等等，没想到他问我使用了什么数据结构和算法，我懂很多技术，那么多功能我都实现了，他不问，却问我使用了什么数据结构和算法，你说搞笑不？数据结构、算法我早就忘了，我会开发软件还不行吗？”人力资源总监也反馈过来意见：“很搞笑，这个学生做了不少系统，却说根本没用到数据结构和算法。”

既然双方都觉得这是一个件搞笑事，我们就摊开来看，数据结构到底是什么东西。

拨云见日，看清数据结构

遇到一个实际问题，需要解决两个事情：

（1） 如何将数据及其关系存储在计算机中；

（2） 用什么方法策略解决问题。

前者是数据结构，后者是算法。只有数据结构没有算法，相当于只把数据及其关系存储到计算机中而没有有效的方法去处理，就像一幢只有框架的烂尾楼；若只有算法，没有数据结构，就像沙漠里的海市蜃楼，只不过是空中楼阁罢了。

数据是一切能输入到计算机的信息总和，结构是指数据之间的关系，数据结构就是将数据及其之间的关系有效地存储在计算机中。算法是指对特定问题求解步骤的一种描述，说白了就是解决问题的方法策略。

遇到一个实际问题，充分利用所学的数据结构，将数据及其之间的关系有效地存储在计算机中，然后选择合适的算法策略，并用程序高效实现。，这就是N.Wirth教授所说的：数据结构+算法＝程序。

为什么要学习数据结构？

计算机专业本科生都开设数据结构课程，它是计算机学科知识结构的核心和技术体系的基石。研究生考试也是必考科目，随着科学技术的飞速发展，数据结构的基础性地位不仅没有动摇，反而由于近年来算法工程师的高薪火爆，使得数据结构的重视程序空前高涨。很多人觉得基本的数据结构及操作已经在高级语言中封装，如C++、JAVA，栈、队列、排序、优先队列等等，都可以直接调用库函数，学会怎么调用就好了，干嘛要重复造轮子？ 那么到底有没有必要好好学习数据结构？

先看学习数据结构有什么用处：

（1） 学习数据有效存储的方法

很多学生在学习数据结构时，问我要不要把单链表插入删除背下来？要不合上书就不会写了。我非常诧异，为什么要背？理工科技术知识很少需要记忆的，是用的，用的！学习知识不是死记硬背，更重要的是学习处理问题的方法。同一个问题，如何有效地存储数据，不同的数据结构产生什么样的算法复杂性，有没有更好的存储方法提高算法的效率？通过学习数据结构，更加准确和深刻地理解不同数据结构之间的共性和联系，学会选择和改进数据结构，高效地设计并实现各种算法，这才是数据结构的精髓。

（2） 处理具有复杂关系的数据

现实中很多具有复杂关系的数据，无法通过简单的库函数调用实现。如同现在很多芯片高度集成，完全不需要芯片内部如何，直接使用就行了。但是，如果在现实中遇到一个复杂问题，一个芯片只能完成其中一个功能，难道要连接十几块芯片来解决这一个问题？这显然是不合适的，我们需要的是完成该复杂问题的一个芯片，因此需要运用所学的数据结构知识，高效处理具有复杂关系的数据。

数据结构为什么那么难？

网络上太多的同学吐槽被虐，如滔滔江水连绵不绝，数据结构太难了！真的很难吗？其实数据结构只是讲了三种：线性结构、树、图。到底难在哪里呢？通过调查了解大概有四个原因：

（1） 无法接受的描述方式

数据结构的描述大多是抽象的形式，我们使用自然语言表达习惯了，不容易接受数据结构的抽象表示。不止一个学生问我，书上的“ElemType”到底是什么类型？运行时怎么提示错误。它的意思就是“元素类型”，只是这样的描述，你需要什么类型就写什么类型，例如int。这样的表达方式让不少人崩溃。

（2） 不知道什么用处

尽管很多人学习数据结构，有的人是应付考试，有的人考研需要，有的人参加算法竞赛需要，而很多人不太清楚学习数据结构有什么用处，迷迷糊糊看书做题考试。

（3） 体会不到其中的妙处

由于教材、教师等等各种因素影响，很多学生没有体会到数据结构处理数据的妙处，经常为学不会而焦头烂额，无法体会其中乐趣，有趣是才有意思，兴趣是最大的驱动力。

（4） 语言基础不好

我一直强调先看图解，理清思路，再上机。还是有很多同学已经理解了思路后，因为缺少main函数，输入输出格式不对，缺少括号等等各种语言问题卡壳，而这一切统统戴给了“数据结构太难了”这个大帽子。

数据结构学习秘籍

在讲学习秘籍之前，首先了解一下数据结构学习的三种境界：

（1） 会数据结构的基本操作

这是最基础的要求，学会各种数据结构的基本操作，取值、查找、插入、删除等。先看图解，理解各种数据结构的定义，操作方法，然后看代码，尝试自己动手上机运行，逐渐掌握基本操作。初学时，要想理解数据结构，一定要学会画图，通过画图形象表达，更能体会其中的数据结构关系。因此，初学阶段学习利器：画图，理解，画图。

（2） 会利用数据结构，解决实际问题

在掌握了书上的基本操作之后，就可以尝试利用数据结构解决一些实际问题了，先学经典应用问题的解决方法，体会数据结构的使用方法，然后再做题，独立设计数据结构解决问题。要想熟练应用就必须做大量的题，从做题中体会其中的方法。最好进行专项练习，比如线性表问题，二叉树问题，图问题，该阶段学习利器：做题，反思，做题。

（3） 熟练使用和改进数据结构，优化算法

这是最高境界了，也是学习数据结构的精髓所在，单独学习数据结构是无法达到这种境界的。它需要在学习算法的过程中慢慢修炼。在学习算法的同时，逐步熟练应用、改进，慢慢体会不同数据结构和算法策略的算法复杂性，最终学会利用数据结构改进和优化算法。该阶段已经在数据结构之上，通过在ACM测试系统上刷各种算法题，体会利用数据结构改进优化算法。该阶段学习利器：刷题，总结，刷题。

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