数据结构简介 | 10 种最常用的数据结构

什么是数据结构

在计算机科学领域，数据结构指的是组织和存储数据的方式，以便于访问和修改。不同的数据结构适合不同的应用场景，提供了不同的性能和特性。

常用的数据结构类型

下面是常用的10种数据结构类型：

1. 数组
2. 链表
3. 栈
4. 队列
5. 树
6. 堆
7. 散列表
8. 图
9. 树状数组
10. 并查集

1. 数组

数组是一种线性数据结构，它将具有相同数据类型的元素存储在连续的内存空间中。它可以通过下标访问和修改元素，时间复杂度是O(1)。

• 优点：支持随机访问和修改元素，易于实现。
• 缺点：插入和删除元素的时间复杂度为O(n)，空间大小固定不变。

2. 链表

链表也是一种线性数据结构，它将每个元素存储在一个节点中，并使用指针连接节点。每个节点包含一个数据元素和一个指向下一个节点的指针。

• 优点：插入和删除元素的时间复杂度为O(1)，空间大小可以动态修改。
• 缺点：随机访问元素的时间复杂度为O(n)，额外的指针需要额外的存储空间。

3. 栈

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，它只有一个顶部指针。当元素被加入栈时，它就被放在栈的顶部，当元素被弹出时，它就从栈的顶部弹出。

• 优点：简单易用，支持快速插入和删除元素，适合需要后进先出访问元素的场景。
• 缺点：随机访问元素的时间复杂度为O(n)。

4. 队列

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，它有一个前端和一个后端。当元素被加入队列时，它就被放在队列的后端，当元素被弹出时，它就从队列的前端弹出。

• 优点：容易实现，可以方便地管理元素，适合需要先进先出访问元素的场景。
• 缺点：随机访问元素的时间复杂度为O(n)。

5. 树

树是一种非线性的数据结构，它由节点和边组成，并满足以下几个条件：

• 每个节点都有零个或多个子节点

• 没有父节点的节点称为根节点

• 每个节点最多只有一个父节点

• 每个非根节点都有且只有一个父节点

• 优点：可以高效地搜索和访问元素，各种操作的时间复杂度为O(log n)。

• 缺点：比较复杂，需要进行遍历才能访问所有元素。

6. 堆

堆是一种满足堆属性的完全二叉树，它可以用数组来表示。堆分为最大堆和最小堆，最大堆的堆顶元素是最大的，最小堆的堆顶元素是最小的。

• 优点：在最大/小值问题上效率非常高，各种操作的时间复杂度为O(log n)。
• 缺点：不支持随机访问元素，只能访问堆顶元素。

7. 散列表

散列表（哈希表）是一种根据关键字直接访问内存位置的数据结构。它利用哈希函数将给定关键字映射到哈希表中的一个位置来访问元素。

• 优点：支持快速插入和查找元素，适合大规模数据处理。
• 缺点：哈希冲突会降低效率，缺乏顺序性，不支持排序。

8. 图

图是一种更复杂的非线性数据结构，它由节点和边组成，并满足以下几个条件：

• 每个节点都有零个或多个子节点

• 每个节点可以有多个父节点

• 边可以有权值

• 优点：可以表示复杂的关系，可以高效地搜索和访问元素。

• 缺点：比较复杂，需要进行遍历才能访问所有元素。

9. 树状数组

树状数组是一种高效地动态维护序列前缀和的数据结构。它可以支持单点更新和区间查询。

• 优点：支持高效的单点更新和区间查询。
• 缺点：不支持删除操作，只支持查询和更新操作。

10. 并查集

并查集是一种用于维护集合的数据结构。它支持高效地合并集合和判断两个元素是否在同一个集合中。

• 优点：支持高效的合并和查询操作。
• 缺点：不支持删除操作，需要进行压缩来提高效率。

以上是10种常用的数据结构类型，每一种数据结构都有其独特的优缺点，可以根据不同的场景选择合适的数据结构。