为什么要学数据结构？

秒速五厘米 2023-10-08 11:38 75阅读 0赞

文章目录  
一、前言  
二、为什么要学数据结构  
三、数据结构无处不在  
3.1 数据库  
3.2 操作系统  
3.3 文件压缩  
3.4 游戏  
四、数据结构类型  
一、前言  
在可视化化程序设计的今天，借助于集成开发环境可以很快地生成程序，程序设计不再是计算机专业人员的专利。很多人认为，只要掌握几种开发工具就可以成为编程高手，其实，这是一种误解。要想成为一个专业的开发人员，至少需要以下三个条件：

1) 能够熟练地选择和设计各种数据结构和算法

2) 至少要能够熟练地掌握一门程序设计语言

3) 熟知所涉及的相关应用领域的知识

其中，后两个条件比较容易实现，而第一个条件则需要花相当的时间和精力才能够达到，它是区分一个程序设计人员水平高低的一个 重要标志，数据结构 贯穿程序设计的始终 ，缺乏数据结构和算法的深厚功底，很难设计出高水平的具有专业水准的应用程序。曾经有一本经典计算机专业书籍叫做《数据结构+算法=程序》，也说明了数据结构和算法的重要性。

二、为什么要学数据结构  
数据结构是所有计算机专业的同学必学的一门课程  
数据结构研究的是数据如何再计算机中进行组织和存储，使得我们可以高效的获取数据或者修改数据  
计算机专业的学生都开设过数据结构课程，它是计算机学科知识结构的核心和技术体系的基石。数据结构作为计算机专业的专业基础课程，是计算机 考研 的 必考 科目之一，如果有打算报考计算机专业的研究生，这门数据结构你是必须要学好它的，同时，工作以后的同学，会有想去报考计算机 软考 、计算机 等级考试 的，数据结构也是必考的内容之一，科学技术在飞速发展，但是作为基石的科学技术没有动摇，由于近年来算法工程师的高薪火爆，使得数据结构的重视程序空前高涨，总而言之，既然我们已经与计算机接轨就必须 掌握 好它。

三、数据结构无处不在  
不管你是IT开发，还是其他岗位的工作人员，或者是游戏爱好者，只要你用过电脑，那么你就接触过数据结构，下面我们就来讲一讲，数据结构究竟是如何 无处不在 的。

3.1 数据库  
不管你是从事IT工作的，还是准备从事IT开发的，数据库一定是了解的，我们知道，数据库查询是数据库的最主要功能之一。我们都希望查询数据的速度能尽可能的快，因此数据库系统的设计者会从查询算法的角度进行优化。最基本的查询算法当然是顺序查找（linear search），这种复杂度为 O(n)的算法在数据量很大时显然是糟糕的，好在计算机科学的发展提供了很多更优秀的查找算法，例如 二分查找（binary search）、二叉树查找（binary tree search）等。如果稍微分析一下会发现，每种查找算法都只能应用于特定的数据结构之上，但是数据本身的组织结构不可能完全满足各种数据结构，所以，在数据之外，数据库系统还维护着满足特定查找算法的数据结构，这些数据结构以某种方式引用（指向）数据，这样就可以在这些数据结构上实现高级查找算法。这种数据结构，就是 索引 ，索引是一种帮助MySQL高效获取数据的 排好序 的 数据结构，其中MySQL使用的数据结构为 B+Tree。

3.2 操作系统  
相信现在的我们常用的操作系统大家一定都知道吧，例如：比尔盖茨大叔成立的微软的 Windows操作系统，大神乔布斯苹果的 Mac OS，Java开发常用的 Linux系统，由林纳斯·本纳第克特·托瓦兹开发（百度来的），还有redhat、Solaris、SunCobalt等等，都有使用到数据结构中的，系统栈以及优先队列：堆

3.3 文件压缩  
比如：RAR压缩软件、PNG图片、MAP3文件等等，都会使用数据结构，对数据进行压缩（很怕打成了亚索，心虚），而使用压缩的算法是一种树结构叫 哈夫曼树 。

3.4 游戏  
1) 数组：需处理的元素个数确定并且需使用下标时可以考虑，不过建议用泛型List  
优点：数组在内存中是连续存储的，索引和修改的速度都非常快  
缺点：插入和删除很慢，长度开辟过长易造成内存浪费，长度开辟过短易造成内存越界

2) List： List是泛型的，即List，需处理的元素个数可以不确定，不存在装箱与拆箱，建议多用；而ArrayList：ArrayList list1 = new ArrayList(); ArrayList的元素属于 object 类型存在装箱与拆箱，很损耗性能。,List的底层数据结构就是数组。

List<string> list = new List<string>();  
//新增数据  
list.Add(“abc”);  
//修改数据  
list\[0\] = “def”;  
//移除数据  
list.RemoveAt(0);  
//错误操作，因为数据的类型不是string  
list.add(123);  
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3) 链表：常用来维护、管理那些需要频繁产生、消除的游戏对象，比如：消除类游戏中需要消除的对象。

4) HashMap：底层是哈希表，是键值对容器，用于处理key/value键值对；底层使用的是数组+链表的结构：Map<String,String> map = new HashMap<>();

5) 树： 1.场景管理中的四叉树；2.游戏UI里的菜单一般是分级的，一个主页面可以衍生出很多的子页面的时候，使用树来管理这些菜单是很合适的做法。

6) 图： A\*寻路算法、DFS、BFS

游戏也是采用了大量的算法，都需要以数据结构为基石，就最简单的功能寻路，鼠标从A点到B点，这个角色就需要寻找一条从A点到B点的路，这条路还需要绕过所有的障碍物，甚至还需要找出最短的路径，这就是最经典的 图论算法，在图论算法种就使用了大量的数据结构。

四、数据结构类型

在计算机领域有一句名言 数据结构+算法=程序，而数据结构本身就是算法的基石，在近乎任何一本算法教材，都花了大量的时间讲解数据结构，学好数据结构和算法可以让我们在计算机这条道路上走的更远。如果数据结构是因为它无处不在，学好数据结构是使我们快速成长的垫脚石。

在接下面的几篇文章中，我会为大家更新数据结构中：数组、栈、队列、链表、二分搜索树、堆、线段树、Trie、并查集、红黑树以及哈希表等等...的详细讲解，感兴趣的同学记得关注我，我是牧小农，我喂自己带盐。  
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