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。
1.1 开场白
1.2 你数据结构怎么学的？
1.3 数据结构起源
程序设计=数据结构+算法
1.4 基本概念和术语
数据：正所谓"巧妇难为无米之炊"，再强大的计算机，也是要有"米"下锅才可以干活的，否则就是一堆破铜烂铁。这个"米"就是数据。
1.4.1 数据
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。
比如我们现在常用的搜索引擎，一般会有网页、MP3、图片、视频等分类。MP3就是声音数据，图片当然是图像数据，视频就不用说了，而网页其实指的就是全部数据的集合，包括最重要的数字和字符等文字数据。
也就是说，我们这里说的数据，其实就是符号，而且这些符号必须具备两个前提：
- 可以输入到计算机中。
- 能被计算机程序处理。
对于整型、实型等数值类型，可以进行数值计算。
对于字符数据类型，就需要进行非数值的处理。而声音、图像、视频 等其实是可以通过编码的手段变成字符数据来处理的。
1.4.2 数据元素
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。
比如：
比如，在人类中，什么是数据元素呀？当然是人了。
畜类呢？哈，牛、马、羊、鸡、猪、狗等动物当然就是禽类的数据元素
1.4.3 数据项
数据项：一个数据元素可以由若干个数据项组成。
比如人这样的数据元素，可以有眼、耳、鼻、嘴、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。
数据项是数据不可分割的最小单位。
1.4.4 数据对象
数据对象 ：是性质相同的数据元素的集合，是数据的子集。
性质相同，是指数据元素具有相同数量和类型的数据项，
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。
既然数据对象是数据的子集，在实际应用中，处理的数据元素通常具有相同性质，在不产生混淆的情况下，我们都将数据对象简称为数据。
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，结构是指各个组成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。
在计算机中，数据元素并不是孤立、杂乱无序的，而是具有内在联系的数据集合 。数据元素之间存在的一种或多种特定关系，也就是数据的组织形式。 为编写出一个"好"的程序，必须分析待处理对象的特性及各处理对象之间存在的关系。这也就是研究数据结构的意义所在。
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。
1.5.1 逻辑结构
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：
1．集合结构
集合结构：集合结构中的数据元素除了同属于一个集合外，它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
2．线性结构
线性结构：线性结构中的数据元素之间是一对一的关系
3．树形结构
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
4．图形结构
图形结构：图形结构的数据元素是多对多的关系
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。
逻辑结构是针对具体问题的，是为了解决某个问题，在对问题理解的基础上，选择一个合适的数据结构表示数据元素之间的逻辑关系。
1.5.2 物理结构
再来说说数据的物理结构（存储结构）
物理结构：是指数据的逻辑结构在计算机中的存储形式。
数据是数据元素的集合，那么根据物理结构的定义，实际上就是如何把数据元素存储到计算机的存储器中。
存储器主要是针对内存而言的，像硬盘、软盘、光盘等外部存储器的数据组织通常用文件结构来描述。
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。 数据元素的存储结构形式有两种：顺序存储和链式存储。
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
排队占位
你告诉计算机，你要建立 一个有9个整型数据的数组时，计算机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
但是实际上，总会有人插队，也会有人要上厕所、有人会放弃排队。
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，面对这样时常要变化的结构，顺序存储是不科学的。
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。数据元素的存储关系并不能反映其逻辑关系，因此需要用一个指针存放数据元素的地址，这样通过地址就可以找到相关联数据元素的位置。
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。在高级语言中，每个变量、常量和表达式都有各自的取值范围。类型就用来说明变量或表达式的取值范围和所能进行的操作。
设计计算机语言的人，为什么会考虑到数据类型呢？
大家都需要住房子，也都希望房子越大越好。
但没有钱，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， 有别墅的，有错层的，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。
在计算机中，内存也不是无限大的，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甚至字符运算的内存空间。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，整型数组是由若干整型数据组成的。
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int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。
为不同的计算机有不同的硬件系统，这就要求程序语言最终通过编译器或解释器转换成底层语言，如汇编语言甚至是通过机器语言的数 据类型来实现的。
1.6.2 抽象数据类型
我们对已有的数据类型进行抽象，就有了抽象数据类型。
抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT）：是指一个数学模型及定义在该模型上的一组操作。抽象数据类型的定义仅取决于它的一组逻辑特性，而与其在计算机内部如何表示和实现无关。
比如刚才的例子，各个计算机，不管是大型机、小型机、PC、平板电 脑、PDA，甚至智能手机都拥有"整数"类型，也需要整数间的运算， 那么整型其实就是一个抽象数据类型，尽管它在上面提到的这些在不同计算机中实现方法上可能不一样，但由于其定义的数学特性相同， 在计算机编程者看来，它们都是相同的。因此，"抽象"的意义在于数据类型的数学抽象特性。
举例：如编写关于计算机绘图或者地图类的软件系统，经常都会用到坐标。也就是说，总是有成对出现的x和y，在3D系统中还有z出现，既然这三个整型数字是始终在一起出现，我们就定义一个叫point的抽象数据类型，它有x、y、z三个整型变量，这样我们很方便地操作一个point数 据变量就能知道这一点的坐标了。
根据抽象数据类型的定义，还包括定义在该模型上的一组操作。就 像"超级玛丽"这个经典的任天堂游戏，里面的游戏主角是马里奥 （Mario）。我们给他定义了几种基本操作，走（前进、后退、上、 下）、跳、打子弹等。
一个抽象数据类型定义了：一个数据对象、数 据对象中各数据元素之间的关系及对数据元素的操作。至于，一个抽象数据类型到底需要哪些操作，这就只能由设计者根据实际需要来定。
像马里奥，可能开始只有两种操作，走和跳，后来发现应该要增加一种打子弹的操作，再后来发现有些玩家希望它可以走得快一点， 就有了按住打子弹键后前进就会"跑"的操作。
抽象数据类型体现了程序设计中问题分解、抽象和信息隐藏的特性。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。
为了便于在之后的讲解中对抽象数据类型进行规范的描述，给出了描述抽象数据类型的标准格式：
1.7 总结回顾
