线性结构对比:串、数组与广义表解析
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更新于2024-07-14
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"第4章串、数组和广义表"
在计算机科学中,线性结构是一种基本的数据结构,包括了多种类型,如一般线性表、栈、队列和串。这些结构在逻辑上都是一对一的关系,即每个元素都有一个唯一的索引或位置。本章主要探讨了这四种线性结构的特性和操作。
1. 一般线性表:线性表是最基础的线性结构,它可以是顺序存储或链式存储。在顺序存储中,元素在内存中按顺序排列,便于随机访问;而在链式存储中,元素通过指针链接,适合于动态变化的大小。线性表支持在任何位置进行插入和删除操作。
2. 栈:栈是一种特殊的线性结构,遵循“后进先出”(LIFO)原则。它的主要操作是压栈(插入元素到栈顶)和弹栈(移除栈顶元素)。栈在递归、函数调用、表达式求值等场景中广泛应用。
3. 队列:队列是另一种线性结构,遵循“先进先出”(FIFO)原则。队列的主要操作是入队(在队尾添加元素)和出队(移除队头元素)。队列常用于任务调度、缓冲区管理和多进程通信等。
4. 串:串是字符的有限序列,可以看作是线性结构的一个特例,其元素是字符。串在计算机科学中扮演着重要角色,特别是在文本处理、字符串搜索和模式匹配等方面。串的存储方式包括顺序存储(定长顺序串、堆串)和链式存储(块链串)。其中,定长顺序串是在固定大小的内存区域存储串,堆串利用堆分配内存,而块链串则将字符串分割成多个块,每个块在链表中存储。
模式匹配是串处理中的核心问题,常见算法有朴素匹配算法和KMP算法,用于快速查找一个模式串在主串中是否存在。例如,在病毒检测中,通过比较病毒DNA序列与患者DNA序列,可以判断是否感染。
数组是另一种重要的数据结构,它是一组相同类型元素的集合,以连续的内存空间存储。数组的优点是可以通过下标直接访问元素,地址计算简单,但插入和删除操作效率较低。特殊矩阵如对角矩阵、三角矩阵等可以采用压缩存储,减少不必要的存储空间。
广义表是线性表的推广,它可以包含其他数据结构(如列表)作为元素,具有更丰富的表达能力。广义表的存储通常采用链式结构,可以表示复杂的数据关系。
学习目标包括掌握串的存储结构(如顺序存储和链式存储)、串的模式匹配算法,理解数组的特点和地址计算方法,以及特殊矩阵的压缩存储技术,同时对广义表的基础知识有所了解。
本章深入讲解了线性结构的不同形式,包括它们的逻辑结构、存储结构、操作规则和应用场景,为后续更复杂的算法和数据结构的学习奠定了基础。
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2022-08-03 上传
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