數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和程序之間關(guān)系分析

范玉紅

【摘要】 在電子計算機(jī)技術(shù)中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是將其與信息連接在一起的一個重要部分，也是很多從事電子科技研究人員進(jìn)行學(xué)習(xí)所必須掌握的一門基礎(chǔ)性課程。在實(shí)際教學(xué)中，多數(shù)學(xué)生對于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法以及程序之間的關(guān)系并不很了解，在國內(nèi)的相關(guān)教材上的講解也不深入，導(dǎo)致學(xué)生對其關(guān)系較為困惑。本文基于對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和程序之間的關(guān)系進(jìn)行一定的了解，就實(shí)現(xiàn)算法設(shè)計和算法實(shí)現(xiàn)這兩個方面的講解對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和程序之間的關(guān)系進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 算法 程序

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究內(nèi)容

1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法已經(jīng)成為軟件開發(fā)工程師必備的程序設(shè)計是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方法。數(shù)據(jù)是人們將文字符號、數(shù)字符號和其他規(guī)定符號表述為現(xiàn)實(shí)中發(fā)生的事情和產(chǎn)生的活動的一種描述。在生活中，我們所使用的文字和數(shù)字來表示我們的世界，例如商品的價格會用貨幣數(shù)量來表示。在計算機(jī)的世界里，數(shù)據(jù)就扮演了這個角色，將數(shù)據(jù)輸入到電腦中，電腦就能自動的識別信息，完成工作。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對于數(shù)據(jù)來說是表述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系的一種集合，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全可以只講數(shù)據(jù)的存儲方法和算法的邏輯邏輯過程，可以不涉及具體實(shí)現(xiàn)過程，在實(shí)現(xiàn)一種數(shù)據(jù)的存儲和一個算法的求解過程時。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中，可以選擇應(yīng)用不同的程序設(shè)計語言來達(dá)到目的，同一個算法，既可以使用VB實(shí)現(xiàn)，也可以選擇C、C++、JAVA、或者C#來實(shí)現(xiàn)，而在選定某一工具來實(shí)現(xiàn)算法時，程序設(shè)計的具體指令和方法是由所選擇的程序設(shè)計語言的語法決定。

2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分類。在進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究時，一般來說包括下面的幾個部分：1）數(shù)據(jù)元素間的邏輯關(guān)系；2）數(shù)據(jù)元素的儲存關(guān)系；3）數(shù)據(jù)元素的儲存方式；4）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的運(yùn)算方法。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，較為常見的結(jié)構(gòu)有集合、線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、圖形結(jié)構(gòu)幾種，常見的數(shù)據(jù)儲存結(jié)構(gòu)有順序存儲結(jié)構(gòu)、索引存儲結(jié)構(gòu)等等。

二、算法分析

1、算法的意義。算法是研究實(shí)際問題中按照一定的編寫步驟得到結(jié)果的過程，一般來說分為有解和無解兩種結(jié)果形式，算法在計算機(jī)技術(shù)中占有重要的地位，是計算機(jī)解決問題時必不可少的過程。當(dāng)我們進(jìn)行某個實(shí)際問題的計算時，通過計算機(jī)進(jìn)行對實(shí)際問題的解決辦法、解決思路的理清，需要通過算法來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。在解決問題時，算法中包含的等待執(zhí)行的命令和運(yùn)算過程是解決問題的基本，計算機(jī)在進(jìn)行計算時通過對算法中各步驟的要求遵循算法的計算過程和方法，計算機(jī)不需要對操作進(jìn)行理解就能夠?qū)崿F(xiàn)解決問題得出相應(yīng)的結(jié)果。

2、算法的構(gòu)成。一般來說，算法中包含有操作、控制結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這三個部分，算法在執(zhí)行命令時經(jīng)過這三部分的計算得出正確的結(jié)果。

3、算法分析。算法分析的應(yīng)用是為了進(jìn)行設(shè)計具體的算法，在數(shù)學(xué)工具的輔助下，算法分析對每一種算法的復(fù)雜程度、計算過程、計算結(jié)果進(jìn)行一定的分析，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)分析出這種算法在實(shí)際應(yīng)用中的綜合能力，包括其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的具體分析結(jié)果和解決問題的實(shí)際能力、效率。

算法分析中對算法的定義和評估一般有三個部分：1）算法進(jìn)行的時間，是評估中最為重要的一部分；2）算法的存儲空間大小，主要是輔助儲存空間的大??；3）算法實(shí)際應(yīng)用中的能力，主要是算法是否容易理解和調(diào)整。

三、算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

1、二者之間的聯(lián)系。我們現(xiàn)在普遍認(rèn)為，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法之間的結(jié)合就等于程序，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在一定層面上來說就相當(dāng)于是算法的基礎(chǔ)，算法要依附于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，實(shí)現(xiàn)解決實(shí)際問題。在算法的研發(fā)中，往往先要進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和搭建，以保證算法對其有充分的適應(yīng)性。算法的應(yīng)用對象是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在算法中是其進(jìn)行整合的一部分，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計時要進(jìn)行存儲方式的選擇，例如一個問題的信息確定存儲途徑是數(shù)組存儲或者是較為普通的變量存儲，需要進(jìn)行選擇后才能進(jìn)行算法的進(jìn)一步設(shè)計。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以說是算法的基石，沒有較為合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就無法使算法很好地應(yīng)用，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同會導(dǎo)致算法之間也有非常大的差異性，算法的設(shè)計可以說是不能脫離數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在的。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計時要充分為算法的設(shè)計進(jìn)行考慮，不能只對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一方面進(jìn)行設(shè)計而忽略了算法的重要性，否則數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就會失去它的存在價值。在進(jìn)行算法設(shè)計時，工程師一般都會對較為典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有一定的了解，在這個基礎(chǔ)上設(shè)計師才能將二者之間緊密的聯(lián)系在一起，使算法得到更好的應(yīng)用。

2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法之間的差別。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)側(cè)重點(diǎn)在數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)以及存儲結(jié)構(gòu)的關(guān)系是否合理上，算法的側(cè)重點(diǎn)則是在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際問題的解決。算法較為偏重的是整體的結(jié)果和結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則是這些結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成部分，是完成計算的基礎(chǔ)。

四、程序與算法之間的關(guān)系

算法是解決問題的實(shí)際步驟，要求其滿足有效、有窮、確定、0個或者多個輸入、1個或多個輸入的特性。程序需要有專業(yè)的計算機(jī)編程人員來進(jìn)行編寫，需要較高的水平和技術(shù)，程序和算法之間的不同點(diǎn)在于程序不受約束，算法則受到有窮性約束。算法的定義的使用上對其有窮性有一定的影響，使得二者之間存在差異。

五、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法間的關(guān)系案例

假如：現(xiàn)有若干學(xué)生數(shù)據(jù)，每個學(xué)生數(shù)據(jù)包括學(xué)號、姓名、班級及若干門成績（每名學(xué)生選擇的科目數(shù)可能不同，假設(shè)最多六門），要求設(shè)計一個程序輸出每個學(xué)生的學(xué)號、姓名、平均分和每門課的平均分。下面我們有兩種存儲方案：

第一種方案是把學(xué)生的所有數(shù)據(jù)都存放在一個大的表格中，每個學(xué)生相對應(yīng)的全部數(shù)據(jù)為一個記錄。根據(jù)題意，每名學(xué)生假設(shè)所選的課程數(shù)不超過六門，那么所產(chǎn)生的成績數(shù)也不多于六門。下面進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的編寫。

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{

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………Char…name[10]；

………Int…classno；

………Int…deg1；

………Int…deg2；

………Int…deg3；

…Int…deg4；

…Int…deg5；

………Int…deg6；

}；

第二個方案就是把學(xué)生的所有數(shù)據(jù)都放入到一個表格中，每一名學(xué)生的一門課程對應(yīng)一條記錄，這樣的編寫出的成績項(xiàng)只需要一個，我們?yōu)榱藢⒚恳婚T課程區(qū)分開來，對每一門課程都增加了一個編號。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下。

Struct…stud

{

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………Char…name[10]；

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………Int…deg；

}；

進(jìn)行分析比較發(fā)現(xiàn)，第一種方案相對來說可行性較大。

結(jié)束語：時代的發(fā)展催生出來的新型軟件的開發(fā)離不開程序，在通過計算機(jī)進(jìn)行實(shí)際問題的解決過程中，一定會對實(shí)際問題的各種信息和處理方式進(jìn)行發(fā)硬，信息的表示中包含兩個部分，信息的邏輯表示和信息的存儲表示，這兩個部分占非常重要的部分。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、程序之間的關(guān)系是相互依存、相互作用的，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為其基礎(chǔ)，必須要做好相應(yīng)的檢查和調(diào)整，使算法和程序能夠得到較好的應(yīng)用。我們在進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的編寫時應(yīng)該注意數(shù)據(jù)選擇上的合理性，通過不同的編寫方法所達(dá)到的效果差異也是非常大的。在進(jìn)行學(xué)習(xí)時，掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法與程序間的關(guān)系和內(nèi)容能夠快速的提升學(xué)習(xí)水平，達(dá)到進(jìn)一步的提升。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]…劉曉靜，王曉英，張玉安，黃建強(qiáng)，劉志強(qiáng).以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].…實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.…2014（11）endprint