每個開發(fā)者都應(yīng)該知道的11種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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作者：吃時間的蟲子TK
如果你是一名軟件開發(fā)人員，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是你的核心。它們是高效算法和系統(tǒng)設(shè)計的基本構(gòu)建模塊。無論你是在為編碼面試做準(zhǔn)備，優(yōu)化你的代碼，還是在處理復(fù)雜的應(yīng)用程序，理解如何使用和實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的。
在這篇博客文章中，我們將剖析每一位開發(fā)人員都應(yīng)該熟悉的 11 種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)不僅在面試中很常見，而且對于在實際應(yīng)用中編寫高效且可擴展的代碼也至關(guān)重要。


1. 數(shù)組（Array）數(shù)組是最基本且常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一。它在連續(xù)的內(nèi)存塊中存儲元素，并允許通過索引進(jìn)行快速訪問。數(shù)組中的每個元素位于一個索引編號處，該索引提供了直接訪問以檢索或更新一個元素。
場景：數(shù)組非常適合存儲需要恒定時間訪問和修改的元素列表。然而，調(diào)整數(shù)組大小可能成本很高，并且從數(shù)組中間插入或刪除元素需要移動元素。
示例：存儲在數(shù)組中的數(shù)字列表[48, 2, 79, 100, 88, 77]允許你使用其索引快速訪問任何值，比如數(shù)組[2]來訪問 79。

2. 二維數(shù)組（2D Array）二維數(shù)組，也被稱為矩陣，是數(shù)組的數(shù)組。它用于以網(wǎng)格格式表示數(shù)據(jù)，有行和列。
場景：二維數(shù)組的常見應(yīng)用包括表示圖像、游戲棋盤以及數(shù)學(xué)運算中的矩陣。

3. 隊列（Queue）隊列是一種先進(jìn)先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在隊列中，元素在尾部插入，并從頭部移除。它非常適合于需要按照任務(wù)到達(dá)的順序來處理任務(wù)的場景。
場景：隊列在諸如任務(wù)調(diào)度、服務(wù)器中處理請求或圖中的廣度優(yōu)先搜索等場景中是有用的。
示例：在任務(wù)調(diào)度器中，任務(wù)被添加到隊列的后端，并且調(diào)度器從前端處理它們。

4. 棧（Stack）棧是一種后進(jìn)先出（LIFO）結(jié)構(gòu)，元素從頂部添加和移除。它就像一摞書，你只能從頂部拿取或添加。
場景：棧在諸如文本編輯器中的撤銷操作、表達(dá)式解析，或在編程中管理函數(shù)調(diào)用（調(diào)用棧）等場景中被使用。
示例：當(dāng)你在文本編輯器中點擊“撤銷”時，最后一個操作會從操作棧中移除。

5. 圖（Graph）一個圖由頂點（節(jié)點）和邊（節(jié)點之間的連接）組成。圖被用于表示關(guān)系或網(wǎng)絡(luò)，其中實體之間的連接很重要。
場景：圖在網(wǎng)絡(luò)、社交媒體和路由算法中被廣泛使用。它們對于涉及關(guān)系的問題是必不可少的，比如找到兩點之間的最短路徑或?qū)θ伺c人之間的聯(lián)系進(jìn)行建模。
示例：社交網(wǎng)絡(luò)可以被建模為一個圖，其中用戶作為節(jié)點，友誼作為邊。

6. 樹（Tree）一棵樹是一個由節(jié)點組成的分層結(jié)構(gòu)。每個節(jié)點有一個值并且可以有子節(jié)點，形成分支。最頂層的節(jié)點是根節(jié)點，沒有子節(jié)點的節(jié)點是葉子節(jié)點。
場景：樹在表示層次關(guān)系方面很有用，比如文件目錄、組織結(jié)構(gòu)圖等等。
示例：一棵樹可以代表一個家族層級結(jié)構(gòu)，樹根是祖先，樹枝通向后代。

7. 鏈表（Linked List）鏈表是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中每個元素（稱為節(jié)點）包含一個值以及對序列中下一個節(jié)點的引用（或指針）。與數(shù)組不同，鏈表不需要連續(xù)的內(nèi)存，并且可以動態(tài)地增長或收縮。
場景：鏈表對于那些你預(yù)期會有頻繁插入或刪除的場景是有用的，尤其是在一個列表的中間。
示例：想象一個音樂播放列表，在那里你可以動態(tài)地添加或移除歌曲，并且每首歌曲都與下一首相連接。

8. Trie字典樹是一種類似樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲字符串。它常用于需要高效檢索前綴或單詞的場景中，比如在搜索引擎和字典中。
場景：特里結(jié)構(gòu)對于自動完成系統(tǒng)或搜索建議很有用，在那里你需要快速找到具有共同前綴的單詞。
示例：在自動完成功能中，當(dāng)用戶輸入“貓”時，字典樹可以快速地給出像“彈射器”或“目錄”這樣的詞的建議。

9. 哈希表（HashMap）哈希映射（或哈希表）是一種存儲鍵值對的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它使用一個哈希函數(shù)來計算一個到存儲桶數(shù)組的索引，從該索引可以找到所需的值。
場景：哈希映射非常適合通過鍵進(jìn)行快速查找，例如在緩存、數(shù)據(jù)庫索引或計算元素出現(xiàn)的次數(shù)方面。
示例：想象存儲一個字典，其中單詞是鍵，它們的定義是值。一個哈希映射允許你快速找到任何單詞的定義。

10. HashSet一個哈希集合是獨特元素的一個集合。就像一個哈希映射一樣，它使用一個哈希函數(shù)將元素映射到桶中，但只存儲值，確保不存在重復(fù)項。
場景：當(dāng)你需要維護(hù)一組不同元素的集合，并確�？焖俨檎乙詸z查一個項目是否存在時，哈希集合非常出色。
示例：一個應(yīng)用程序的一組獨特用戶 ID 可以存儲在一個哈希集合中，以確保不存在重復(fù)。

11. Max Heap最大堆是一種特殊的基于樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中每個父節(jié)點都大于它的子節(jié)點。最大的元素總是在根節(jié)點。最大堆通常用于優(yōu)先級隊列。
場景：最大堆對于那些你需要將最大（或最高優(yōu)先級）元素保持在頂部的場景是理想的，比如作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)或在數(shù)據(jù)集中找到第 k 大的元素。

理解這些基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對于每個開發(fā)人員來說都是至關(guān)重要的，無論你是在為編碼面試做準(zhǔn)備還是在構(gòu)建高效軟件。對這些概念的精通將幫助你編寫更優(yōu)化和有效的代碼。
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