影響空間規模的幾種數據存儲結構

正文
            所謂數據存儲結構,就是數據的元素與元素之間在計算機中的一種表示,它的目的是為了解決空間規模問題,或者是通過空間規模問題從而間接地解決時間規模問題。我們知道,隨著輸入的數據量越來越大,在有限的內存里,不能把這些數據完全的存下來,這就對數據存儲結構和設計存儲的算法提出了更高的要求。

       本文將介紹幾種存儲結構,分別為鏈式結構、樹形結構、圖結構以及矩陣結構。

第一節 鏈式存儲結構

       所謂鏈式存儲結構,一般就是用一個頭指針指向鏈表的第一個節點,如果你要增加新的存儲元素時,只需在已有節點的后面插入新結點即可。

       鏈表通常有單鏈表、雙鏈表、循環鏈表。在這,我只介紹單鏈表,雙鏈表和循環鏈表只是單鏈表的拓展罷了。下圖就是一個簡單的單鏈表圖示。

單鏈表的類型描述如下代碼:
  1. typedef char DataType;  /***假設結點的數據域類型為字符***/  
  2. typedef struct node{    /***結點類型定義***/  
  3.     DataType data;      /***結點的數據域***/  
  4.     struct node *next;  /***結點的指針域***/  
  5.     }ListNode;  
  6.     typedef ListNode *LinkList;  
  7.     ListNode *p;  
  8.     LinkList head;  
  9. 附注:   
  10.     ① LinkList和ListNode *是不同名字的同一個指針類型(命名的不同是為了概念上更明確)  
  11.     ② LinkList類型的指針變量head表示它是單鏈表的頭指針  
  12.     ③ ListNode *類型的指針變量p表示它是指向某一節點的指針  

下面我們來看單鏈表的操作:創建節點、增加節點、刪除節點、查詢、修改。

1.創建節點:聲明一個節點并為其申請一段內存空間,此節點有數據域和指針域。
  1. node = (struct List *)malloc(sizeof(struct List));  

2.增加節點:插入節點,分為頭插入、尾插入和非頭尾插入。
    ①. 在表頭插入節點如圖

插入頭節點的代碼如下:
  1. if(p == head)   /***其中p為鏈表中的某一節點***/  
  2. {  
  3.     struct list *s = NULL;  
  4.     s = (struct list *)malloc(sizeof(struct list)); /***申請空間***/  
  5.     s->DataNumber = data;    /***為節點s的數據域賦值***/  
  6.   
  7.     /***將節點s插入表頭***/  
  8.     s->next = p;  
  9.     head = s;  
  10. }  

  ②. 在表尾插入節點如圖

插入尾節點的代碼如下:
  1. if(p->next == NULL)  /***其中p為鏈表中的某一節點***/  
  2. {  
  3.     struct list *s = NULL;  
  4.     s = (struct list *)malloc(sizeof(struct list)); /***申請空間***/  
  5.     s->DataNumber = data;    /***為節點s的數據域賦值***/  
  6.       
  7.     /***將節點s插入表尾***/  
  8.     p->next = s;  
  9.     s->next = NULL;  
  10. }  

  ③. 在表中插入非頭尾節點如圖

插入非頭尾節點的代碼如下:
  1. struct list *s = NULL;  
  2. s = (struct list *)malloc(sizeof(struct list)); /***申請空間***/  
  3. s->DataNumber = data;    /***為節點s的數據域賦值***/  
  4.   
  5. /***將節點s插入表中***/  
  6. s->next = p; /***其中p為鏈表中的某一節點***/  
  7. q->next = s; /***其中q為鏈表中p節點的前一個節點***/  

3.刪除節點:分為刪除頭結點,刪除尾節點,刪除頭尾節點。


①. 刪除表頭結點如圖

刪除頭結點的代碼如下:
  1. if(p == head)   /***p指向鏈表中的某一節點***/  
  2. {  
  3.     head = p->next;  
  4. }  

②. 刪除表尾節點,如圖

附注說明:上圖中刪完尾節點之后,新鏈表的尾節點下標應為n-1。不過由于作圖時只做了尾節點,故用圖中的n2節點代替。

刪除尾節點的代碼如下:

  1. if(p->next == NULL)  /***p指向鏈表中的某一節點***/  
  2. {  
  3.     q->next = NULL;  /***q指向鏈表中的p節點的前一節點**/  
  4. }  

③. 刪除非頭尾節點,如圖

刪除非頭尾節點的代碼如下:

  1. q->next = p->next;    /***p指向鏈表中的某一節點,q指向鏈表中的p節點的前一節點***/  

4.查詢節點:在鏈表中找到你想要找的那個節點。此操作是根據數據域的內容來完成的。查詢只能從表頭開始,當要找的節點的數據域內容與當前不相符時,只需讓當前節點指向下一結點即可,如此這樣,直到找到那個節點。

附注:此操作就不在這用圖和代碼說明了。


5.修改節點:修改某個節點數據域的內容。首先查詢到這個節點,然后對這個節點數據域的內容進行修改。
附注:同上


       ok,鏈表的幾種操作介紹完了,接下來我們來總結一下鏈表的幾個特點。

       鏈式存儲結構的特點:
              1.易插入,易刪除。不用移動節點,只需改變節點中指針的指向。
              2.查詢速度慢:每進行一次查詢,都要從表頭開始,速度慢,效率低。

擴展閱讀
鏈表:http://public.whut.edu.cn/comptsci/web/data/512.htm


第二節 樹形存儲結構

       所謂樹形存儲結構,就是數據元素與元素之間存在著一對多關系的數據結構。在樹形存儲結構中,樹的根節點沒有前驅結點,其余的每個節點有且只有一個前驅結點,除葉子結點沒有后續節點外,其他節點的后續節點可以有一個或者多個。

如下圖就是一棵簡單的樹形結構:

       說到樹形結構,我們最先想到的就是二叉樹。我們常常利用二叉樹這種結構來解決一些算法方面的問題,比如堆排序、二分檢索等。所以在樹形結構這節我只重點詳解二叉樹結構。那么二叉樹到底是怎樣的呢?如下圖就是一顆簡單的二叉樹:

附注:有關樹的概念以及一些性質在此不做解釋,有意者請到百科一覽。


二叉樹的類型描述如下:

  1. typedef struct tree  
  2. {  
  3.     char data;  
  4.     struct tree * lchild, * rchild; /***左右孩子指針***/  
  5. }tree;  

二叉樹的操作:創建節二叉樹,創建節點,遍歷二叉樹,求二叉樹的深度。

1.創建二叉樹:聲明一棵樹并為其申請存儲空間。

  1. struct tree * T = NULL;  
  2. T = (struct tree *)malloc(sizeof(struct tree));  

2.創建節點:除根節點之外,二叉樹的節點有左右節點之分。

創建節點的代碼如下:

  1. struct tree * createTree()  
  2. {  
  3.     char NodeData;  
  4.     scanf(" %c", &NodeData);  
  5.     if(NodeData == '#')  
  6.         return NULL;  
  7.     else  
  8.     {  
  9.         struct tree * T = NULL;  
  10.         T = (struct tree *)malloc(sizeof(struct tree));  
  11.         T->data = NodeData;  
  12.         T->lchild = createTree();  
  13.         T->rchild = createTree();  
  14.         return T;  
  15.     }  
  16. }  

3.遍歷二叉樹:分為先序遍歷、中序遍歷、后續遍歷。

    ①.先序遍歷:若二叉樹非空,則依次執行如下操作:
                    (1) 訪問根結點;
                    (2) 遍歷左子樹;
                    (3) 遍歷右子樹。

如圖:

先序遍歷的代碼如下:

  1. void PreTravser(struct tree * T)  
  2. {  
  3.     if(T == NULL)  
  4.         return;  
  5.     else  
  6.     {  
  7.         printf("%c",T->data);  
  8.         PreTravser(T->lchild);  
  9.         PreTravser(T->rchild);  
  10.     }  
  11. }  

②.中序遍歷:若二叉樹非空,則依次執行如下操作:
                 (1)遍歷左子樹;
                 (2)訪問根結點;
                 (3)遍歷右子樹。
如圖:

中序遍歷的代碼如下:

  1. void MidTravser(struct tree * T)  
  2. {  
  3.     if(!T)  
  4.     {  
  5.         return;  
  6.     }  
  7.     else  
  8.     {  
  9.         MidTravser(T->lchild);  
  10.         printf("%c",T->data);  
  11.         MidTravser(T->rchild);  
  12.     }  
  13. }  

③.后續遍歷:若二叉樹非空,則依次執行如下操作:
                 (1)遍歷左子樹;
                 (2)遍歷右子樹;
                 (3)訪問根結點。

如圖:

后續遍歷的代碼如下:
  1. void PostTravser(struct tree * T)  
  2. {  
  3.     if(!T)  
  4.         return;  
  5.     else  
  6.     {  
  7.         PostTravser(T->lchild);  
  8.         PostTravser(T->rchild);  
  9.         printf("%c->",T->data);  
  10.     }  
  11. }  

4.求二叉樹的深度:樹中所有結點層次的最大值,也稱高度。
二叉樹的深度表示如下圖:

求二叉樹深度的代碼如下:
  1. int treeDeepth(struct tree * T)  
  2. {  
  3.     int i, j;  
  4.     if(!T)  
  5.         return 0;  
  6.     else  
  7.     {  
  8.         if(T->lchild)  
  9.             i = treeDeepth(T->lchild);  
  10.         else  
  11.             i = 0;  
  12.           
  13.         if(T->rchild)  
  14.             j = treeDeepth(T->rchild);  
  15.         else  
  16.             j = 0;  
  17.     }  
  18.     return i > j? i+1:j+1;   
  19. }  

好了,二叉樹的幾種操作介紹完了。

拓展閱讀
二叉樹:http://student.zjzk.cn/course_ware/data_structure/web/DOWNLOAD/%CA%FD%BE%DD%BD%E1%B9%B9%D3%EB%CB%E3%B7%A82.htm
赫夫曼編碼:http://blog.csdn.net/fengchaokobe/article/details/6969217

第三節 圖型存儲結構
       所謂圖形結構,就是數據元素與元素之間的關系是任意的,任意兩個元素之間均可相關,即每個節點可能有多個前驅結點和多個后繼結點,因此圖形結構的存儲一般是采用鏈接的方式。圖分為有向圖和無向圖兩種結構,如下圖


       通過圖,我們可以判斷兩個點之間是不是具有連通性;通過圖,我們還可以計算兩個點之間的最小距離是多少;通過圖,我們還可以根據不同的要求,尋找不同的合適路徑。

1.圖的結構有好幾種,在實際應用中需根據具體的情況選擇合適的結點結構和表結構。常用的有數組結構、鄰接表。
   ①.數組結構
   數組結構的類型描述如下:
  1. typedef char VertexType;    /***頂點類型***/  
  2. typedef int EdgeType;   /***邊權值類型***/  
  3. #define maxvex 100  /***頂點的最大個數***/   
  4.   
  5. typedef struct  
  6. {  
  7.     VertexType vexs[maxvex];    /***頂點個數***/  
  8.     EdgeType arc[maxvex][maxvex];   /***兩頂點構成邊的權值***/  
  9. }Mgraph;  
附注:當前圖為無向圖時,圖中某兩個頂點VA和VB構成一條邊時,其權值可表示為EdgeType arc[VA][VB];當前圖為有向圖時,圖中某兩個頂點VA和VB構成一條邊時,并且是由VA指向VB,其權值可表示為EdgeType arc[VA][VB],如果是由VB指向VA,其權值可表示為EdgeType arc[VB][VA]。

   ②.鄰接表
   鄰接表的類型描述如下:
  1. typedef char VertexType;   // 頂點類型   
  2. typedef int EdgeType;     //邊權值類型   
  3.   
  4. typedef struct EdgeNode  //邊表節點   
  5. {  
  6.    int adjvex;              //鄰接點域,存儲該頂點對應的下標   
  7.    EdgeType weight;         //用于存儲權值   
  8.    struct EdgeNode *next;   //鏈域,指向下一個鄰接點   
  9. }EdgeNode;  
  10.   
  11. typedef struct VertexNode   //頂點表節點   
  12. {  
  13.    VertexType data;       //頂點域,存儲頂點信息   
  14.    EdgeNode * firstedge;  //邊表頭指針   
  15. }VertexNode,AdjList[MAXVEX];  
  16.   
  17. typedef struct  
  18. {  
  19.     AdjList adjList;  
  20.     int numVertexes,numEdges;   //圖當前頂點數和邊數   
  21. }GraphAdjList;  

2.圖的遍歷:從圖中的某一節點出發訪問圖中的其余節點,且使每一節點僅被訪問一次。圖的遍歷算法是求解圖的連通性問題、拓撲排序和求路徑等算法的基礎。圖的遍歷分為深度優先遍歷和廣度優先遍歷,且它們對無向圖和有向圖均適用。

   ①. 深度優先遍歷
   定義說明:假設給定圖G的初態是所有頂點均未曾訪問過。在G中任選一頂點V為初始出發點,則深度優先遍歷可定義如下:首先訪問出發點V,并將其標記為已訪問過;然后依次從V出發搜索v的每個鄰接點W。若W未曾訪問過,則以W為新的出發點繼續進行深度優先遍歷,直至圖中所有和源點V有路徑相通的頂點(亦稱為從源點可達的頂點)均已被訪問為止。若此時圖中仍有未訪問的頂點,則另選一個尚未訪問的頂點作為新的源點重復上述過程,直至圖中所有頂點均已被訪問為止。

深度遍歷過程如下圖:


②. 廣度優先遍歷
   定義說明:假設從圖中某頂點V出發,在訪問了V之后一次訪問V的各個未曾訪問過的鄰接點,然后分別從這些鄰接點出發依次訪問它們的鄰接點,并使“先被訪問的頂點的鄰接點”先于“后被訪問的頂點的鄰接點”被訪問,直至圖中所有已被訪問的頂點的鄰接點都被訪問到。若此時圖中還有頂點未被訪問,則另選圖中一個未曾被訪問的頂點作為起始點,重復上述過程,直至圖中所有頂點都被訪問到為止。換句話說,廣度優先遍歷圖的過程是以V為起點,由近至遠,依次訪問和V有路徑相同且路徑長度為1,2,...的頂點。


廣度遍歷過程如下圖:


擴展閱讀
最小生成樹:Prim算法,Kruskal算法
最短路徑:Dijkstra算法,Floyd算法


第四節 結束語
       想想,寫寫,畫畫......
原文地址:http://blog.csdn.net/fengchaokobe/article/details/7416547
作者:csh624366188 發表于2012-4-9 22:54:15 原文鏈接
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