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如何理解基础的数据结构

来源:千锋教育
发布人:syq
时间: 2022-09-08 17:12:53 1662628373

  避免孤立的学习知识点,要关联学习。

  比如实际应用当中,我们经常使用的是查找,排序以及增删改,这在我们的各种管理系统、数据库系统、操作系统等当中,十分常用,我们通过这个线索将知识点串联起来:

如何理解基础的数据结构

  数组的下标寻址十分迅速,但计算机的内存是有限的,故数组的长度也是有限的,实际应用当中的数据往往十分庞大;而且无序数组的查找最坏情况需要遍历整个数组;后来人们提出了二分查找,二分查找要求数组的构造一定有序,二分法查找解决了普通数组查找复杂度过高的问题。任何一种数组无法解决的问题就是插入、删除操作比较复杂,因此,在一个增删查改比较频繁的数据结构中,数组不会被优先考虑

  普通链表由于它的结构特点被证明根本不适合进行查找

  哈希表是数组和链表的折中,同时它的设计依赖散列函数的设计,数组不能无限长、链表也不适合查找,所以也不适合大规模的查找

  二叉查找树因为可能退化成链表,同样不适合进行查找

  AVL树是为了解决二叉查找树可能退化成链表问题。AVL树是严格的平衡二叉树,平衡条件必须满足(所有节点的左右子树高度差的绝对值不超过1)。不管我们是执行插入还是删除操作,只要不满足上面的条件,就要通过旋转来保持平衡,而旋转是非常耗时的,由此我们可以知道AVL树适合用于插入与删除次数比较少,但查找多的情况。

  红黑树是二叉查找树和AVL树的折中。它是一种弱平衡二叉树,但在每个节点增加一个存储位表示节点的颜色,可以是红或黑(非红即黑)。通过对任何一条从根到叶子的路径上各个节点着色的方式的限制,红黑树确保没有一条路径会比其它路径长出两倍,因此,红黑树是一种弱平衡二叉树(由于是弱平衡,可以看到,在相同的节点情况下,AVL树的高度低于红黑树),相对于要求严格的AVL树来说,它的旋转次数少,所以对于搜索,插入,删除操作较多的情况下,我们就用红黑树。

  多路查找树是大规模数据存储中,实现索引查询这样一个实际背景下,树节点存储的元素数量是有限的(如果元素数量非常多的话,查找就退化成节点内部的线性查找了),这样导致二叉查找树结构由于树的深度过大而造成磁盘I/O读写过于频繁,进而导致查询效率低下。

  B树与自平衡二叉查找树不同,B树适用于读写相对大的数据块的存储系统,例如磁盘。它的应用是文件系统及部分非关系型数据库索引。

  B+树在B树基础上,为叶子结点增加链表指针(B树+叶子有序链表),所有关键字都在叶子结点 中出现,非叶子结点作为叶子结点的索引;B+树总是到叶子结点才命中。通常用于关系型数据库(如Mysql)和操作系统的文件系统中。

  B*树是B+树的变体,在B+树的非根和非叶子结点再增加指向兄弟的指针, 在B+树基础上,为非叶子结点也增加链表指针,将结点的最低利用率从1/2提高到2/3。

  R树是用来做空间数据存储的树状数据结构。例如给地理位置,矩形和多边形这类多维数据建立索引。 Trie树是自然语言处理中最常用的数据结构,很多字符串处理任务都会用到。

  Trie树本身是一种有限状态自动机,还有很多变体。什么模式匹配、正则表达式,都与这有关。

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