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为什么要学数据结构?

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。

为什么要学数据结构?

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。

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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

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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 。

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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。

为什么要学数据结构?

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<>();</string,string>

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。

为什么要学数据结构?

四、数据结构类型

为什么要学数据结构?

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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