嵌入式编程8种常用的数据结构

出处:suo.im 发布于:2022-12-21 15:56:07

  数据结构是一种特殊的组织和存储数据的方式,可以使我们可以更高效地对存储的数据执行操作。数据结构在计算机科学和软件工程领域具有广泛而多样的用途。
  

  几乎所有已开发的程序或软件系统都使用数据结构。此外,数据结构属于计算机科学和软件工程的基础。当涉及软件工程面试问题时,这是一个关键主题。因此,作为开发人员,我们必须对数据结构有充分的了解。 在本文中,我将简要解释每个程序员必须知道的8种常用数据结构。
  1.数组
  数组是固定大小的结构,可以容纳相同数据类型的项目。它可以是整数数组,浮点数数组,字符串数组或什至是数组数组(例如二维数组)。数组已建立索引,这意味着可以进行随机访问。
 

  Fig 1. VisualizaTIon of basic Terminology of Arrays 数组运算 · 遍历:遍历所有元素并进行打印。 · 插入:将一个或多个元素插入数组。 · 删除:从数组中删除元素 · 搜索:在数组中搜索元素。您可以按元素的值或索引搜索元素 · 更新:在给定索引处更新现有元素的值
  数组的应用
  · 用作构建其他数据结构的基础,例如数组列表,堆,哈希表,向量和矩阵。 · 用于不同的排序算法,例如插入排序,快速排序,冒泡排序和合并排序。
  2.链表
  链表是一种顺序结构,由相互链接的线性顺序项目序列组成。因此,您必须顺序访问数据,并且无法进行随机访问。链接列表提供了动态集的简单灵活的表示形式。 让我们考虑以下有关链表的术语。您可以通过参考图2来获得一个清晰的主意。 · 链表中的元素称为节点。 · 每个节点都包含一个密钥和一个指向其后继节点(称为next)的指针。 · 名为head的属性指向链接列表的个元素。 · 链表的一个元素称为尾。
   

Fig 2. VisualizaTIon of basic Terminology of Linked LiSTs
  以下是可用的各种类型的链表。 · 单链列表—只能沿正向遍历项目。 · 双链表-可以在前进和后退方向上遍历项目。节点由一个称为上一个的附加指针组成,指向上一个节点。 · 循环链接列表—链接列表,其中头的上一个指针指向尾部,尾号的下一个指针指向头。
  链表操作
  · 搜索:通过简单的线性搜索在给定的链表中找到键为k的个元素,并返回指向该元素的指针 · 插入:在链接列表中插入一个密钥。插入可以通过3种不同的方式完成;在列表的开头插入,在列表的末尾插入,然后在列表的中间插入。 · 删除:从给定的链表中删除元素x。您不能单步删除节点。删除可以通过3种不同方式完成;从列表的开头删除,从列表的末尾删除,然后从列表的中间删除。
  链表的应用
  · 用于编译器设计中的符号表管理。 · 用于在使用Alt Tab(使用循环链表实现)的程序之间进行切换。
  3.堆栈
  堆栈是一种LIFO(后进先出-放置的元素可以首先访问)结构,该结构通常在许多编程语言中都可以找到。该结构被称为"堆栈",因为它类似于真实世界的堆栈-板的堆栈。
  堆栈操作
  下面给出了可以在堆栈上执行的2个基本操作。请参考图3,以更好地了解堆栈操作。 · Push 推送:在堆栈顶部插入一个元素。 · Pop 弹出:删除上面的元素并返回。
  

  Fig 3. VisualizaTIon of basic OperaTIons of Stacks
  此外,为堆栈提供了以下附加功能,以检查其状态。 · Peep 窥视:返回堆栈的顶部元素而不删除它。 · isEmpty:检查堆栈是否为空。 · isFull:检查堆栈是否已满。
  堆栈的应用
  · 用于表达式评估(例如:用于解析和评估数学表达式的调车场算法)。 · 用于在递归编程中实现函数调用。
  4.队列
  队列是一种FIFO(先进先出-首先放置的元素可以首先访问)结构,该结构通常在许多编程语言中都可以找到。该结构被称为"队列",因为它类似于现实世界中的队列-人们在队列中等待。
  队列操作
  下面给出了可以在队列上执行的2个基本操作。请参考图4,以更好地了解堆栈操作。 · 进队:将元素插入队列的末尾。 · 出队:从队列的开头删除元素。
  

  Fig 4. Visualization of Basic Operations of Queues
  队列的应用
  · 用于管理多线程中的线程。 · 用于实施排队系统(例如:优先级队列)。
  5.哈希表
  哈希表是一种数据结构,用于存储具有与每个键相关联的键的值。此外,如果我们知道与值关联的键,则它有效地支持查找。因此,无论数据大小如何,插入和搜索都非常有效。 当存储在表中时,直接寻址使用值和键之间的一对一映射。但是,当存在大量键值对时,此方法存在问题。该表将具有很多记录,并且非常庞大,考虑到典型计算机上的可用内存,该表可能不切实际甚至无法存储。为避免此问题,我们使用哈希表。关于哈希表的详细介绍可以在python入门与进阶公众号领取算法电子
  哈希函数
  名为哈希函数(h)的特殊函数用于克服直接寻址中的上述问题。 在直接访问中,带有密钥k的值存储在插槽k中。使用哈希函数,我们可以计算出每个值都指向的表(插槽)的索引。使用给定键的哈希函数计算的值称为哈希值,它表示该值映射到的表的索引。 · h:哈希函数 · k:应确定其哈希值的键 · m:哈希表的大小(可用插槽数)。一个不接近2的乘方的素数是m的一个不错的选择。
  

  Fig 5. Representation of a Hash Function · 1→1→1 · 5→5→5 · 23→23→3 · 63→63→3 从上面给出的两个示例中,我们可以看到,当哈希函数为多个键生成相同的索引时,就会发生冲突。我们可以通过选择合适的哈希函数h并使用链接和开放式寻址等技术来解决冲突。
  哈希表的应用
  · 用于实现数据库索引。 · 用于实现关联数组。 · 用于实现"设置"数据结构。
  6.树
  树是一种层次结构,其中数据按层次进行组织并链接在一起。此结构与链接列表不同,而在链接列表中,项目以线性顺序链接。 在过去的几十年中,已经开发出各种类型的树木,以适合某些应用并满足某些限制。一些示例是二叉搜索树,B树,红黑树,展开树,AVL树和n元树。
  二叉搜索树
  顾名思义,二进制搜索树(BST)是一种二进制树,其中数据以分层结构进行组织。此数据结构按排序顺序存储值,我们将在本课程中详细研究这些值。 二叉搜索树中的每个节点都包含以下属性。 · key:存储在节点中的值。 · left:指向左孩子的指针。 · 右:指向正确孩子的指针。 · p:指向父节点的指针。 二叉搜索树具有独特的属性,可将其与其他树区分开。此属性称为binary-search-tree属性。 令x为二叉搜索树中的一个节点。 · 如果y是x左子树中的一个节点,则y.key≤x.key · 如果y是x的右子树中的节点,则y.key≥x.key
    Fig 6. Visualization of Basic Terminology of Trees.
  树的应用
  · 二叉树:用于实现表达式解析器和表达式求解器。 · 二进制搜索树:用于许多不断输入和输出数据的搜索应用程序中。 · 堆:由JVM(Java虚拟机)用来存储Java对象。 · Trap:用于无线网络。
  7.堆
  堆是二叉树的一种特殊情况,其中将父节点与其子节点的值进行比较,并对其进行相应排列。 让我们看看如何表示堆。堆可以使用树和数组表示。图7和8显示了我们如何使用二叉树和数组来表示二叉堆。
  

  Fig 7. Binary Tree Representation of a Heap
    Fig 8. Array Representation of a Heap   堆可以有2种类型。 · 堆-父项的密钥小于或等于子项的密钥。这称为min-heap属性。根将包含堆的值。 · 堆数-父项的密钥大于或等于子项的密钥。这称为max-heap属性。根将包含堆的值。
  堆的应用
  · 用于实现优先级队列,因为可以根据堆属性对优先级值进行排序。 · 可以在O(log n)时间内使用堆来实现队列功能。 · 用于查找给定数组中k个(或)的值。 · 用于堆排序算法。
  8.图
  一个图由一组有限的顶点或节点以及一组连接这些顶点的边组成。 图的顺序是图中的顶点数。图的大小是图中的边数。 如果两个节点通过同一边彼此连接,则称它们为相邻节点。
  有向图
  如果图形G的所有边缘都具有指示什么是起始顶点和什么是终止顶点的方向,则称该图形为有向图。 我们说(u,v)从顶点u入射或离开顶点u,然后入射到或进入顶点v。 自环:从顶点到自身的边。
  无向图
  如果图G的所有边缘均无方向,则称其为无向图。它可以在两个顶点之间以两种方式传播。 如果顶点未连接到图中的任何其他节点,则称该顶点为孤立的。
  

  Fig 9. Visualization of Terminology of Graphs
  图的应用
  · 用于表示社交媒体网络。每个用户都是一个顶点,并且在用户连接时会创建一条边。 · 用于表示搜索引擎的网页和链接。互联网上的网页通过超链接相互链接。每页是一个顶点,两页之间的超链接是一条边。用于Google中的页面。 · 用于表示GPS中的位置和路线。位置是顶点,连接位置的路线是边。用于计算两个位置之间的短路径。

关键词:嵌入式

版权与免责声明

凡本网注明“出处:维库电子市场网”的所有作品,版权均属于维库电子市场网,转载请必须注明维库电子市场网,https://www.dzsc.com,违反者本网将追究相关法律责任。

本网转载并注明自其它出处的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品出处,并自负版权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

扫码下载APP,
一键连接广大的电子世界。

在线人工客服

买家服务:
卖家服务:

0571-85317607

客服在线时间周一至周五
9:00-17:30

关注官方微信号,
第一时间获取资讯。

建议反馈

联系人:

联系方式:

按住滑块,拖拽到最右边
>>
感谢您向阿库提出的宝贵意见,您的参与是维库提升服务的动力!意见一经采纳,将有感恩红包奉上哦!