少儿Python编程6-计算机数据结构和算法

数据结构是一门研究非数值计算的程序设计问题中的操作对象，以及它们之间的关系和操作等相关问题的学课。

计算机处理问题的过程，其实就是处理数据的过程，计算机解决一个具体问题的步骤[1]：

（1）分析问题，确定数据模型。

（2）设计相应的算法。

（3）编写程序，运行并调试程序直至得到正确的结果。

程序设计 = 数据结构 + 算法

（Program = Data Structure + Algorithm）

数据结构(Data Structure) 是数据的组织结构,用来组织、存储数据。

算法(Algorithm) 就是解决问题的方法或者过程。

一、从数据中抽象出数据结构

处理问题需要从数据入手来分析，进而得到解决问题的方法，首先对数据结构化。

数据：是指所有能输入到计算机并被计算机程序处理的符号的介质的总称，是用于输入电子计算机进行处理，具有一定意义的数字字母、符号和模拟量等的统称。比如在游戏当中你拥有的人物角色、装备、等级、金币等，这些都是数据，而且这些数据分为多种不同类型存储在计算机里。

数据元素：是指按某一标准对数据进行归类而划定的一个最小单位，它包含了一定的意义，可作为一个整体处理。比如人类，人就是数据元素。

数据项：是数据元素的单个成员项，也就是说一个数据元素是由若干个数据项组成的。比如人这个数据元素，可以有眼睛、耳朵等数据项，也可以有姓名、年龄等数据项。

多个有关系的数据项组成一个数据元素，众多的数据元素组成了大量的数据。

数据对象：我们处理分析数据的时候，一般会从大量数据中选取性质相同的有限个数据元素，组成一个集合，作为研究对象，称为数据对象。数据对象是性质相同的有限个数据元素的集合，它是数据的一个子集。如大写字母数据对象是集合C={'A'，'B'，'C'，…，'Z'}；1～100的整数数据对象是集合N={1，2，…，100}。

数据结构：是指所涉及的数据元素以及数据元素之间的关系，可以看作是相互之间存在着特定关系的数据元素的集合。

比如考试的排名，老师会按照成绩多少做成一个顺序排列的表格，从第一名到最后一名，按顺序排列下来。其实这就是一种数据结构，叫做顺序表。数据对象就是每个人的排名情况，包括名次、姓名、成绩等等。结构就是名次的顺序排列，每个人只有一个前名次和后名次（第一名和最后一名除外）。

数据结构分别为逻辑结构、存储结构（物理结构）和数据的运算。

二、数据结构的逻辑结构

逻辑结构是指数据元素之间的相互关系，它是独立于计算机的。通常分为四类结构：

集合：结构中的数据元素除了同属于一种类型外，别无其它关系。

线性结构：结构中的数据元素之间存在一对一的关系。定义了线性关系。

树型结构：结构中的数据元素之间存在一对多的关系。定义了层次关系。

图状结构：结构中的数据元素之间存在多对多的关系。定义了网状关系。

1.集合结构：单个数据元素之间没有任何关系（一盒糖）。

2.线性结构：定义了线性关系，数据元素存在一对一的相互关系。（排队）

3.树形结构：定义了层次关系，数据元素存在一对多的相互关系。（家庭成员）

4.图形结构：定义了网状关系，数据元素存在多对多的相互关系。（公交站）

三、数据结构的存储结构

也就是元素如何存储的，存储结构又称为物理结构。它是面向程序员的。存储结构分为顺序结构，链式结构，索引结构，散列结构。

1.顺序存储结构:借助数据元素之间的相对位置来表示元素之间的逻辑结构

2.链式存储结构:借助数据元素之间的元素的指针表示数组元素的逻辑结构

3.散列存储结构:顺序存储+算列

4.索引存储结构:顺序存储+索引

逻辑结构与存储结构关系图：

四、数据的运算[3]

1.数据的运算

是在数据的逻辑结构上定义的操作算法，如检索、插入、删除、更和排序等。例如，对于高等数学成绩表这种数据结构，可以进行一系列的运算：增加一个学生成绩记录、删除一个学生成绩记录、求所有学生的平均分、查找序号为i的学生分数等。

2.数据类型

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。可将数据类型分为两类：

原子类型：不可以再分解的基本类型，整型、实型、字符型等。

结构类型：由若干个类型组合而成，可以再分解。

五、参考资料

[1]: https://baijiahao.baidu.com/s?id=1687302279709228125

[2]: 数据结构：八种数据结构大全_緑水長流*z的博客-CSDN博客_数据结构

[3]: https://blog.csdn.net/heyuchang666/article/details/49891635