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。 定义中提到了一种或多种特定关系，具体是什么样的关系，这正是我们下面要讨论的问题。

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。

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（如图所示）。

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（如图所示）。

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（如图所示）。

3．图形结构

图形结构：图形结构的数据元素是多对多的关系（如图所示）。

从之前的例子也可以看出，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。

物理结构

说完了逻辑结构，我们再来说说数据的物理结构（很多书中也叫做存储结构，你只要在理解上把它们当一回事就可以了）。 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（如图所示）。 这种存储结构其实很简单，说白了，就是排队占位。大家都按顺序排好，每个人占一小段空间，大家谁也别插谁的队。我们之前学计算机语言时，数组就是这样的顺序存储结构。当你告诉计算机，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

如果就是这么简单和有规律，一切就好办了。可实际上，总会有人插队，也会有人要上厕所、有人会放弃排队。所以这个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。那怎么办呢？ 现在如银行、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（如图所示）。

显然，链式存储就灵活多了，数据存在哪里不重要，只要有一个指针存放了相应的地址就能找到它了。

—— 本文来自火龙信奥（义乌睿码科技）：义乌青少年信息学奥赛与编程教育平台，专注 CSP-J/S、NOIP、GESP 竞赛培训，线上线下融合教学，助力编程升学。网址：hlcoding.com