Java数据结构及算法实战系列001：聊下什么是数据结构和算法

Posted 2022-01-02 _waylau

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java数据结构及算法实战系列001：聊下什么是数据结构和算法相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

本节是《Java数据结构及算法实战》系列的第1节，主要介绍数据结构和算法概念。

对于接触过计算机基础知识的读者而言，对于下面这个公式应该不会陌生：

算法 + 数据结构 = 程序

提出这一公式并以此作为其一本专著书名^[1]的瑞士计算机科学家Niklaus Wirth于1984年获得了图灵奖。

程序（Program）是由数据结构（Data Structure）和算法（Algorithm）组成，这意味着的程序的好快是直接由程序所采用的数据结构和算法决定的。

什么是数据结构

数据结构可以简单理解为是承载数据元素的容器，这个容器中的数据元素之间存在一种或者多种特性关系。比如在Java中，Map和List就是非常常见的数据结构，他们提供了非常方便的方法用于将数据元素添加到这类容器中，同时也提供了在容器中查找数据的方法。

举一个实际的例子，假设我们有一个“学生信息管理系统”需要管理学生的信息，在Java中，我们可以将学生的信息存储在List<Student>这个结构中，代码如下：

List<Student> studentList = new ArrayList<>();

学生这个类型Student代码如下：

public class Student 
	private Integer age; // 年龄
	private String name; // 姓名
	private String phoneNumer; // 电话号码
	private String address; // 地址

	public Student(Integer age, String name, String phoneNumer, String address) 
		super();
		this.age = age;
		this.name = name;
		this.phoneNumer = phoneNumer;
		this.address = address;
	

	public Integer getAge() 
		return age;
	

	public void setAge(Integer age) 
		this.age = age;
	

	public String getName() 
		return name;
	

	public void setName(String name) 
		this.name = name;
	

	public String getPhoneNumer() 
		return phoneNumer;
	

	public void setPhoneNumer(String phoneNumer) 
		this.phoneNumer = phoneNumer;
	

	public String getAddress() 
		return address;
	

	public void setAddress(String address) 
		this.address = address;

理论上，学生的所有信息，都可以有在Student类型中做映射，但实际上，在设计计算机系统，我们往往只会记录对该系统相关的信息，比如学生的年龄、姓名、电话号码、地址等。我们没有记录诸如学生的爱好、偶像等信息，因为这些信息对于“学生信息管理系统”而言毫无用处。

研究数据结构时，主要是从三个方面入手，这三个方面称为数据结构的三要素：

数据的物理结构
数据的逻辑结构
数据的操作（即算法）

1. 物理结构

数据的物理结构，是指数据在计算机中的存储形式。因此，物理结构又叫存储结构。

物理结构可分为四种：顺序存储结构、链式存储结构、索引结构、散列结构。其优缺点总结如下表1-1所示。

表1-1各种物理结构的优缺点

物理结构	特征	优点	缺点
顺序存储结构	一段连续的内存空间	能随机访问	插入删除效率低，大小固定
链式存储结构	不连续的内存空间	大小动态扩展，插入删除效率高	不能随机访问
索引存储结构	整体无序，但索引块之间有序，需要额外空间，存储索引表	对顺序查找的一种改进，查找效率高	需额外空间存储索引
散列存储结构	数据元素的存储位置与散列值之间建立确定对应关系	查找基于数据本身即可找到，查找效率高，存取效率高	存取随机，不便于顺序查找