基礎資料結構 in C 電子書
深入淺出掌握資料結構概念與 C 語言應用
目錄
- 序言
- 陣列
- 連結串列
- 堆疊
- 佇列
- 樹狀結構
- 圖形
- 雜湊表
- 排序演算法
- 搜尋演算法
1. 序言
資料結構是儲存資料的方式，在程式設計領域中扮演著至關重要的角色。掌握基礎資料結構的概念對於建立高效且可維護的程式至關緊要。
這本電子書將帶領你深入了解 C 語言中常用的基礎資料結構，並提供詳細的範例和程式碼，讓你輕鬆理解這些結構的原理和應用。
2. 陣列
陣列是一種最基本的資料結構，它將相同資料型態的元素儲存在連續的記憶體位置中。
範例：
c
int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
優點：
- 存取元素快速且高效
- 記憶體分配簡單
缺點：
- 尺寸固定，無法動態調整
- 插入或刪除元素需要重新分配記憶體
3. 連結串列
連結串列是一種動態資料結構，使用指標將元素串聯在一起。每個元素包含資料和指向下一個元素的指標。
範例：
c
struct node {
int data;
struct node *next;
};
struct node *head = NULL;
優點：
- 動態調整尺寸
- 插入或刪除元素容易
缺點：
- 存取元素需要線性搜尋
- 每個元素需要額外的記憶體儲存指標
4. 堆疊
堆疊是一種線性資料結構，遵循「後進先出」（LIFO）原則。元素只能從堆疊的頂端存取和刪除。
範例：
c
struct stack {
int *elements;
int top;
int capacity;
};
優點：
- 存取元素快
- 記憶體分配簡單
缺點：
- 容量固定
- 無法插入或刪除中間元素
5. 佇列
佇列是一種線性資料結構，遵循「先進先出」（FIFO）原則。元素只能從佇列的尾端加入，並從頭端移除。
範例：
c
struct queue {
int *elements;
int front;
int rear;
int capacity;
};
優點：
- 處理資料流有效率
- 記憶體分配簡單
缺點：
- 容量固定
- 無法插入或刪除中間元素
6. 樹狀結構
樹狀結構是一種分層式資料結構，每個節點可以有多個子節點。樹狀結構可用於表示階層關係或資料分類。
範例：
c
struct node {
int data;
struct node *left;
struct node *right;
};
優點：
- 高效率的搜尋和排序
- 適合儲存階層式資料
缺點：
- 建立和維護複雜
- 插入或刪除元素可能導致重新平衡
7. 圖形
圖形是一種非線性資料結構，表示由節點和邊組成的關係。圖形可用於表示資料之間的連接或網路拓撲。
範例：
c
struct graph {
int num_nodes;
int adj_matrix;
};
優點：
- 表示複雜關係有效率
- 進行圖形演算法，例如最短路徑搜尋
缺點：
- 記憶體消耗量大，尤其是稀疏圖形
- 查找邊緣需要線性搜尋
8. 雜湊表
雜湊表是一種資料結構，將資料元素映射到一個鍵。它使用雜湊函式將鍵轉換為唯一的索引值，從而實現高效的存取。
範例：
c
struct hash_table {
int *table;
int size;
};
優點：
- 快速查詢和插入
- 處理大資料集有效率
缺點：
- 可能發生雜湊衝突，導致效能下降
- 資料無序
9. 排序演算法
排序演算法將資料元素排列成特定順序（例如遞增或遞減）。C 語言中提供了多種排序演算法，例如：
| 演算法 | 時間複雜度 |
|---|---|
| 泡沫排序 | O(n^2) |
| 選擇排序 | O(n^2) |
| 插入排序 | O(n^2) |
| 快速排序 | O(n log n) |
| 歸併排序 | O(n log n) |
| 堆排序 | O(n log n) |
10. 搜尋演算法
搜尋演算法在資料結構中查找特定元素。C 語言中提供了多種搜尋演算法，例如：
| 演算法 | 時間複雜度 |
|---|---|
| 線性搜尋 | O(n) |
| 二分搜尋 | O(log n) |
| 跳表搜尋 | O(log n) |
外部推薦連結：
常見問題 (FAQ)
Q：資料結構有哪些種類？
A：陣列、連結串列、堆疊、佇列、樹狀結構、圖形、雜湊表等。
Q：如何選擇正確的資料結構？
A：根據資料特徵和應用需求選擇，考慮存取模式、儲存限制和時間複雜度。
Q：資料結構在程式設計中有多重要？
A：資料結構對於高效且可維護的程式至關重要，它允許我們有效組織和處理資料。
Q：如何在 C 語言中實作資料結構？
A：本文書提供了詳細的範例和程式碼，說明如何在 C 語言中使用常見的資料結構。
Q：資料結構演算法的效能如何衡量？
A：使用時間複雜度和空間複雜度，以評估執行時間和記憶體使用量。
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