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核心定义: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,核心作用是优化数据存储与访问效率,适配不同场景的操作需求(如查询、插入、删除)。
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分类体系:
◦ 线性结构:元素间呈一对一关系,包括数组(固定大小、随机访问快)、链表(动态大小、插入删除快)、栈(先进后出,栈顶操作)、队列(先进先出,首尾操作)、哈希表(键值映射,平均O(1)查询)。
◦ 非线性结构:元素间呈一对多/多对多关系,包括树(层级结构,如二叉树、红黑树)、图(顶点+边,分有向/无向图)、堆(完全二叉树,用于优先级队列)。
- 核心操作与复杂度:
◦ 基础操作:增(插入)、删(删除)、改(更新)、查(查找)、排序(调整元素顺序)。
◦ 复杂度关键:时间复杂度(操作执行的指令数增长趋势,如O(1)、O(n)、O(logn))、空间复杂度(存储数据占用的额外空间增长趋势),优化目标是在场景中平衡二者。
- 重点数据结构详解:
◦ 数组:连续内存存储,随机访问O(1),插入删除需移动元素(O(n)),适合读多写少场景。
◦ 链表:非连续内存,通过指针连接,插入删除O(1)(找到节点后),查询O(n),适合写多读少场景。
◦ 二叉树:每个节点最多两个子节点,二叉搜索树(左子树<根<右子树)查询O(logn)(平衡时),红黑树/AVL树通过自平衡保证效率,用于Map/Set底层。
◦ 图:由顶点V和边E组成,存储方式有邻接矩阵(稠密图高效)、邻接表(稀疏图省空间),核心算法有深度优先搜索(DFS)、广度优先搜索(BFS)、最短路径(Dijkstra算法)。
◦ 堆:大顶堆(父节点≥子节点)/小顶堆(父节点≤子节点),插入删除O(logn),常用于TopK问题、优先级队列。
- 排序与查找算法:
◦ 排序核心:冒泡排序(O(n²),稳定)、快速排序(O(nlogn),不稳定,分治思想)、归并排序(O(nlogn),稳定,分治+合并)、堆排序(O(nlogn),不稳定,利用堆特性)。
◦ 查找核心:顺序查找(O(n),适用于无序数据)、二分查找(O(logn),适用于有序数组)、哈希查找(O(1)平均,依赖哈希函数和冲突解决)。
- 核心思想:分治(将大问题拆小求解,如快排、归并)、贪心(每步选局部最优,如哈夫曼编码)、动态规划(存储子问题结果避免重复计算,如最长公共子序列)、回溯(尝试+回退找解,如迷宫问题)。