阅读:0       作者:解学武

逻辑结构和存储结构(物理结构)详解

数据结构教我们有效地存储数据,既要存储数据本身,还要存储数据之间的关系。

存储数据本身,也就是将数据存储到内存里。数据在内存中的存储状态,就称为数据的存储结构,也叫物理结构

数据结构中,将数据之间的关系称为数据的逻辑结构。以下所示的家谱图为例,数据之间存在很多关系,比如张亮是张平的父辈、是张静的祖辈等,所有这些关系就构成了数据的逻辑结构。


图 1 数据的逻辑结构

数据的存储结构

在内存中,数据的存储结构无非有以下两种情况:
1) 集中存储:所有数据存储在一整块内存空间中,数据之间紧挨着存放,如下图所示:


图 2 数据集中存储

2) 分散存储:各个数据随机存储在内存空间中,如下图所示:


图 3 数据分散存储

两种存储结构各有优势,将数据集中存储,方便后续查找数据;将数据分散存储,方便后续增加或者删除数据。

数据结构中,用顺序存储结构(顺序表)实现数据的集中存储,用链式存储结构(链表)实现数据的分散存储。有关这两种存储结构,我们会在后续章节中做详细讲解。

数据的逻辑结构

数据之间可能存在的关系,有以下 4 种情况:

1) 无关系


图 4“无关系”的逻辑结构

所谓“无关系”,即数据之间不存在任何关系。例如上图中,{1,2,3,4} 中各个数据之间就没有任何关系。

2) 一对一


图 5“一对一”的逻辑结构

上图的数据集中,每个数据的左侧有且仅有一个数据与其相邻(除 1 外);同样,每个数据的右侧也只有一个数据与其相邻(除 n 外),所有的数据都是如此,数据之间就是“一对一”的逻辑结构;

3) 一对多

图 1 所示的“家谱图”中,数据之间就是“一对多”的逻辑结构。

以“张平”为例,他的父辈是“张亮”;他有两个孩子,分别是“张晶”和“张磊”。“张平”和其它数据之间就是“一对多”的关系,整个数据集呈现“一对多”的逻辑结构。

4) 多对多


图 6“多对多”的逻辑结构

{V1,V2,V3,V4} 数据之间就具有“多对多”的逻辑结构。

例如,从 V1 出发可以到达 V2、V3、V4;同样,从 V2、V3、V4 也可以到达 V1。V1 和其它数据之间就是“多对多”的逻辑关系。

多对多关系和一对多关系的区别在于:一对多关系中不存在环路,而多对多关系中存在环路,比如V1->V3->V2->V1就是一个环路。

针对每一种逻辑结构的数据,数据结构都提供了存储它们的方案:
  • 查找表存储结构:专门存储无逻辑结构的数据;
  • 线性存储结构:专门存储具有“一对一”逻辑结构的数据;
  • 存储结构:专门存储具有“一对多”逻辑结构的数据;
  • 图存储结构:专门用来存储具有“多对多”关系的数据;

以上这些存储结构,后续会一一做详细地讲解。

总结

关于数据结构,与其说它是一门研究存储数据以及数据之间关系的学科,还可以这样概括:它是一门研究数据存储结构和逻辑结构的学科。通过研究数据的物理结构,可以掌握存储数据的方法;通过研究数据的逻辑结构,可以掌握存储数据之间关系的方法。

数据的存储结构有 2 种,分别是集中存储和分散存储。如果想集中存储数据,就选择顺序存储结构;如果想分散存储数据,就择链式存储结构。

数据的逻辑结构有 4 种,分别是“无关系”、“一对一”、“一对多”和“多对多”。无逻辑关系的数据可以选用查找表存储结构;具有“一对一”关系的数据可以选用线性存储结构;具有“一对多”关系的数据可以选用树存储结构;具有“多对多”关系的数据可以选用图存储结构

实际场景中,确定了数据的存储结构和逻辑结构,就可以敲定数据的存储方案。比如,数据呈现“一对多”关系,想分散存储,那么就选用【树的链式存储结构】。