【数据结构入门手札】数据结构基础：从数据到抽象数据类型

📋前言

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一. ⛳️基本概念和术语

1.1 🔔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，是能被计算机识别的，并输入给计算机处理的符号集合。 数据不仅仅包括整形、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。

1.2 🔔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。 比如在人类中，人是数据元素；在禽兽类中，牛、马、鸡等动物都是禽兽类的数据元素。

1.3 🔔数据项

数据项：一个数据元素可以由若干数据项组成。数据项是数据不可分割的最小元素。 比如人这样一个数据元素，可以有眼睛、耳朵、鼻子、嘴巴、手、脚这些数据项，也可以有名字、年龄、性别、家庭地址、联系电话、邮政编码等数据项，具体包含哪些数据项可根据实际需求定义。

1.4 🔔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 。其中，性质相同是指数据元素具有相同的数量和类型的数据项。比如人都有姓名，生日，性别等相同的数据项。

:pencil:小结： 结合上面定义，站在集合的角度我们可以得出：数据项构成数据元素、数据元素构成数据对象、数据对象构成数据，层层递进且均为上层的子集（简记：{数据项} ⊆ {数据元素} ⊆ {数据对象} ⊆ {数据} ）。

1.5 🔔数据结构

以上是关于数据的定义。结构的定义是：不同数据元素之间不是独立的，而是存在特定的关系，我们称这些关系为结构。介绍了数据和结构的定义，那数据结构的定义呢？

==数据结构：是计算机存储、组织数据的方式，指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合==。没有一种单一的数据结构对所有用途都有用，所以我们要学习各式各样的数据结构，如：线性表、树、图、哈希等。

二. ⛳️逻辑结构和物理结构

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。

2.1 🔔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。逻辑结构分为以下四种:

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，他们之间没有其他关系 。如下图所示：
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 。如下图所示：
树形结构 树形结构：树形结构中的数据元素存在一种一对多的层次关系 。如下图所示：
图形结构 图形结构：图形结构的数据元素是多对多的关系 。如下图所示：

注意事项： 用示意图表示数据的逻辑时，需要注意一下两点：

将每一个数据元组看作一个结点，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。

2.2 🔔物理结构

物理结构（在很多书中也称存储结构）：是指数据的逻辑结构在计算机中的存储形式 。数据元素的存储结构形式有两种：顺序存储 和链式存储。

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 。如下图所示：
链式存储结构 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 。因为数据元素的存储关系并不能直接反映其逻辑关系，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数据元素的位置。如下图所示：

三. ⛳️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。

3.1 🔔数据类型的定义

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。类型就是用来说明变量或表达式的取值范围和所能进行的操作。在c语言中，按照值的不同，数据可以分为两类：

原子类型
**原子类型是不可以在分解的基本类型，**包括整型、实型、字符型等。
结构类型
结构类型是由若干个类型组合而成，是可以再分解的。 例如，整型数组属于结构类型，它由若干个整型数据组合而成。

3.2 🔔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。抽象类型的定义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。

实际上，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。

抽象数据类型的标准格式：

cpp 复制代码

ADT 抽象数据类型名
Data
  数据元素之间的逻辑关系的定义
Operation
  操作 1
  		初始条件
  		操作结果描述
  操作 2
  		......
  操作 n
  		......
 endADT

📝全文总结

本文围绕数据结构核心基础展开，界定了数据、数据元素等基本术语及层级关系，划分了逻辑结构与物理结构的具体类型，阐述了数据类型与抽象数据类型的定义、分类及特性，为数据结构的学习奠定概念基础。

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