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数据结构与算法综述

记录数据结构与算法的概念、理解、关系,学习重点,学习技巧。

1. 如何理解数据结构、算法的概念

从广义上讲,数据结构就是指一组数据的存储结构。算法就是操作数据的一组方法。

图书馆储藏书籍为例,为了方便查找,图书管理员一般会将书籍分门别类进行“存储”。按照一定规律编号,就是书籍这种“数据”的存储结构。

如何来查找一本书?有很多种办法,可以一本一本地找,也可以先根据书籍类别的编号,是人文,还是科学、计算机,来定位书架,然后再依次查找。笼统地说,这些查找方法都是算法。

从狭义上讲,是指某些著名的数据结构和算法,比如队列、栈、堆、二分查找、动态规划等。这些都是前人智慧的结晶,可以直接拿来用。这些经典数据结构和算法,都是前人从很多实际操作场景中抽象出来的,经过非常多的求证和检验,可以高效地帮助我们解决很多实际的开发问题。



2. 数据结构与算法的关系

数据结构和算法是相辅相成的。数据结构是为算法服务的,算法要作用在特定的数据结构之上。 因此,我们无法孤立数据结构来讲算法,也无法孤立算法来讲数据结构。

比如,因为数组具有随机访问的特点,常用的二分查找算法需要用数组来存储数据。但如果我们选择链表这种数据结构,二分查找算法就无法工作了,因为链表并不支持随机访问。

数据结构是静态的,它只是组织数据的一种方式。如果不在它的基础上操作、构建算法,孤立存在的数据结构就是没用的。



3. 学习重点

  • 首先要掌握一个数据结构与算法中最重要的概念——复杂度分析

数据结构和算法解决的是如何更省、更快地存储和处理数据的问题,因此,我们就需要一个考量效率和资源消耗的方法,这就是复杂度分析方法。

下图几乎涵盖了所有数据结构和算法书籍中都会讲到的知识点。

数据结构与算法脑图

  • 其中,有20 个最常用的、最基础数据结构与算法,不管是应付面试还是工作需要,只要集中精力逐一攻克这 20 个知识点就足够了。
    • 10 个数据结构:数组、链表、栈、队列、散列表、二叉树、堆、跳表、图、Trie 树;
    • 10 个算法:递归、排序、二分查找、搜索、哈希算法、贪心算法、分治算法、回溯算法、动态规划、字符串匹配算法。

在学习数据结构和算法的过程中,要注意,不要只是死记硬背,不要为了学习而学习,而是要学习它的“来历”“自身的特点”“适合解决的问题”以及“实际的应用场景”。对于每一种数据结构或算法,都要从这几个方面进行思考和理解,这样才能在开发中灵活应用。



4. 学习技巧

  • 边学边练,适度刷题
  • 多问、多思考、多互动
  • 给自己设立一个切实可行的目标
  • 知识需要沉淀,不要想试图一下子掌握所有
    • 在学习的过程中,一定会碰到“拦路虎”。如果哪个知识点没有怎么学懂,不要着急,这是正常的。因为,想听一遍、看一遍就把所有知识掌握,这肯定是不可能的。学习知识的过程是反复迭代、不断沉淀的过程。



5. 小结

  • 数据结构和算法的学习重点
    • 复杂度分析
    • 10 个数据结构和 10 个算法
  • 学习技巧
    • 如边学边练、多问、多思考
    • 合理目标
    • 学会沉淀

当我们要谈一个事物/概念的时候,需要问自己三个终极问题–是什么?为什么?怎么样?

什么是数据结构和算法

数据结构,就是一组数据的存储结构。 算法,就是操作数据的一组方法。 数据结构是为算法服务的,算法要作用在特定的数据结构之上。

为什么需要数据结构和算法

来谈谈应用层面的原因。在计算机科学和互联网迅猛发展下,需要计算的数据量越来越庞大。但是计算机的计算能力是有限的,这么大量的数据计算,需要越来越多的计算机,需要越来越长的计算时间,注重效率的我们需要尽可能的提高计算效率。其中重要的一项,就是使用合适的数据结构和算法。选用合适的数据结构和算法,特别是在处理体量非常庞大的数据的时候,可以极大提高计算效率。那么,第三个问题来了,我们怎么选用合适的数据结构和算法?有什么衡量标准吗?

怎么样衡量数据结构和算法 需要引入一个衡量的标准(metric)—时间复杂度和空间复杂度。

学习数据结构和算法的基石,就是要学会复杂度分析。知道怎么去分析复杂度,才能作出正确的判断,在特定的场景下选用合适的正确的算法。而不是盲目的死记烂背,机械操作。

其中,要重点学习20个最常用的最基础的数据结构和算法,需要我们逐一攻克。 10个数据结构: 数组,链表,栈,队列,散列表,二叉树,堆,跳表,图,Trie树 10个算法: 递归,排序,二分查找,搜索,哈希算法,贪心算法,分治算法,回溯算法,动态规划,字符串匹配算法。

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