每個(gè)開(kāi)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(shí)間的蟲子TK
如果你是一名軟件開(kāi)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(jì)的基本構(gòu)建模塊。無(wú)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(shí)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(kāi)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(jiàn)，而且對(duì)于在實(shí)際應(yīng)用中編寫高效且可擴(kuò)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(chǔ)元素，并允許通過(guò)索引進(jìn)行快速訪問(wèn)。數(shù)組中的每個(gè)元素位于一個(gè)索引編號(hào)處，該索引提供了直接訪問(wèn)以檢索或更新一個(gè)元素。
場(chǎng)景：數(shù)組非常適合存儲(chǔ)需要恒定時(shí)間訪問(wèn)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(dòng)元素。
示例：存儲(chǔ)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(wèn)任何值，比如數(shù)組[2]來(lái)訪問(wèn) 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(chǎng)景：二維數(shù)組的常見(jiàn)應(yīng)用包括表示圖像、游戲棋盤以及數(shù)學(xué)運(yùn)算中的矩陣。

3. 隊(duì)列（Queue）隊(duì)列是一種先進(jìn)先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在隊(duì)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(lái)處理任務(wù)的場(chǎng)景。
場(chǎng)景：隊(duì)列在諸如任務(wù)調(diào)度、服務(wù)器中處理請(qǐng)求或圖中的廣度優(yōu)先搜索等場(chǎng)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)景中被使用。
示例：當(dāng)你在文本編輯器中點(diǎn)擊“撤銷”時(shí)，最后一個(gè)操作會(huì)從操作棧中移除。

5. 圖（Graph）一個(gè)圖由頂點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）和邊（節(jié)點(diǎn)之間的連接）組成。圖被用于表示關(guān)系或網(wǎng)絡(luò)，其中實(shí)體之間的連接很重要。
場(chǎng)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(duì)于涉及關(guān)系的問(wèn)題是必不可少的，比如找到兩點(diǎn)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(gè)圖，其中用戶作為節(jié)點(diǎn)，友誼作為邊。

6. 樹(shù)（Tree）一棵樹(shù)是一個(gè)由節(jié)點(diǎn)組成的分層結(jié)構(gòu)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)值并且可以有子節(jié)點(diǎn)，形成分支。最頂層的節(jié)點(diǎn)是根節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有子節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)是葉子節(jié)點(diǎn)。
場(chǎng)景：樹(shù)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(shù)可以代表一個(gè)家族層級(jí)結(jié)構(gòu)，樹(shù)根是祖先，樹(shù)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(gè)元素（稱為節(jié)點(diǎn)）包含一個(gè)值以及對(duì)序列中下一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(dòng)態(tài)地增長(zhǎng)或收縮。
場(chǎng)景：鏈表對(duì)于那些你預(yù)期會(huì)有頻繁插入或刪除的場(chǎng)景是有用的，尤其是在一個(gè)列表的中間。
示例：想象一個(gè)音樂(lè)播放列表，在那里你可以動(dòng)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(shù)是一種類似樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)字符串。它常用于需要高效檢索前綴或單詞的場(chǎng)景中，比如在搜索引擎和字典中。
場(chǎng)景：特里結(jié)構(gòu)對(duì)于自動(dòng)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(dòng)完成功能中，當(dāng)用戶輸入“貓”時(shí)，字典樹(shù)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(chǔ)鍵值對(duì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它使用一個(gè)哈希函數(shù)來(lái)計(jì)算一個(gè)到存儲(chǔ)桶數(shù)組的索引，從該索引可以找到所需的值。
場(chǎng)景：哈希映射非常適合通過(guò)鍵進(jìn)行快速查找，例如在緩存、數(shù)據(jù)庫(kù)索引或計(jì)算元素出現(xiàn)的次數(shù)方面。
示例：想象存儲(chǔ)一個(gè)字典，其中單詞是鍵，它們的定義是值。一個(gè)哈希映射允許你快速找到任何單詞的定義。

10. HashSet一個(gè)哈希集合是獨(dú)特元素的一個(gè)集合。就像一個(gè)哈希映射一樣，它使用一個(gè)哈希函數(shù)將元素映射到桶中，但只存儲(chǔ)值，確保不存在重復(fù)項(xiàng)。
場(chǎng)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(gè)項(xiàng)目是否存在時(shí)，哈希集合非常出色。
示例：一個(gè)應(yīng)用程序的一組獨(dú)特用戶 ID 可以存儲(chǔ)在一個(gè)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(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)父節(jié)點(diǎn)都大于它的子節(jié)點(diǎn)。最大的元素總是在根節(jié)點(diǎn)。最大堆通常用于優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。
場(chǎng)景：最大堆對(duì)于那些你需要將最大（或最高優(yōu)先級(jí)）元素保持在頂部的場(chǎng)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(duì)于每個(gè)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的，無(wú)論你是在為編碼面試做準(zhǔn)備還是在構(gòu)建高效軟件。對(duì)這些概念的精通將幫助你編寫更優(yōu)化和有效的代碼。
end

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