1.数据结构与算法开篇

简介: 1.数据结构与算法开篇


数据结构与算法是编程的基本功,当你算法掌握越来越深的时候你会发现写代码的时候,会不由自主考虑很多性能方面的问题。写出时间复杂度高、空间复杂度高的垃圾代码越来越少了,算法能力提升了很多,编程能力也有了质的飞跃。

首先一个三连问。

  • 是不是从学校开始,你就觉得数据结构难学,然后一直没认真学?
  • 工作中,一遇到数据结构这个坑,你又发自本能地迅速避让,因为你觉得自己不懂,所以也不想深究,反正看起来无关大局?
  • 当你想换工作面试,或者研究某个开源项目源码,亦或者和团队讨论某个非框架层面的高可用难题的时候,你又发现,自己的基础跟不上别人的节奏?

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如果你有这种情况,其实你并不孤独。这不是你一个人遇到的问题。工作十间,见过许多程序员。他们有着各种各样的背景,有很多既有潜力又非常努力,但始终无法在自己现有水平上更进一步。少年不要慌,青叶带你跨越算法这道坎。

在技术圈里,我们经常喜欢谈论高大上的架构,比如高可用、微服务、服务治理等等。鲜有人关注代码层面的编程能力,而愿意沉下心来,花几个月时间啃一啃计算机基础知识、认认真真夯实基础的人,简直就是凤毛麟角。

基础知识就像是一座大楼的地基,它决定了我们的技术高度。而要想快速做出点事情,前提条件一定是基础能力过硬,“内功”要到位

那技术人究竟都需要修炼哪些“内功”呢?我觉得,无外乎就是大学里的那些基础课程,操作系统、计算机网络、编译原理等等,当然还有数据结构和算法。

发车了,算法专栏现在开始。伙计们快上车!!

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深入浅出

入门篇

时间、空间复杂度分析是数据结构和算法中非常重要的知识点,贯穿整个专栏的学习过程。但同时也是比较难掌握的。

基础篇

这部分是专栏中篇幅最大的内容,也是我们学习的重点,计划共有 26 节内容,涵盖了最基础、最常用的数据结构和算法。针对每种数据结构和算法,我都会结合具体的软件开发实例,由浅入深进行讲解

高级篇

这部分我会讲一些不是那么常用的数据结构和算法。虽然不常用,但是这些内容你也需要知道。设置这一部分的目的,是为了开拓视野。

实战篇

我会拿一些开源项目、框架或者系统设计问题,剖析它们背后的数据结构和算法,让你有一个更加直观的感受。

学习数据结构与算法的意义

你是不是觉得数据结构和算法,跟操作系统、计算机网络一样,是脱离实际工作的知识?可能除了面试,这辈子也用不着?

还有一些人也只听说过数组、链表、快排这些最最基本的数据结构和算法,稍微复杂一点的就完全没概念。

当然,也有很多人说,自己实际工作中根本用不到数据结构和算法。所以,就算不懂这块知识,只要 Java API、开发框架用得熟练,照样可以把代码写得“飞”起来。事实真的是这样吗?

很多大公司,比如 BAT、Google、Facebook,面试的时候都喜欢考算法、让人现场写代码。有些人虽然技术不错,但每次去面试都会“跪”在算法上,很是可惜。那你有没有想过,为什么这些大公司都喜欢考算法呢?

业务开发工程师,你真的愿意做一辈子 CRUD boy 吗?

是的,对于大部分业务开发来说,我们平时可能更多的是利用已经封装好的现成的接口、类库来堆砌、翻译业务逻辑,很少需要自己实现数据结构和算法。但是,不需要自己实现,并不代表什么都不需要了解

作为业务开发,我们会用到各种框架、中间件和底层系统,比如 Spring、RPC 框架、消息中间件、Redis 等等。在这些基础框架中,一般都揉和了很多基础数据结构和算法的设计思想。

比如,我们常用的 Key-Value 数据库 Redis 中,里面的有序集合是用什么数据结构来实现的呢?为什么要用跳表来实现呢?为什么不用二叉树呢?

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我觉得,高手之间的竞争其实就在细节。这些细节包括:你用的算法是不是够优化,数据存取的效率是不是够高,内存是不是够节省等等。这些累积起来,决定了一个框架是不是优秀。所以,如果你还不懂数据结构和算法,没听说过大 O 复杂度分析,不知道怎么分析代码的时间复杂度和空间复杂度,那肯定说不过去了,赶紧来补一补吧!

对编程还有追求?不想被行业淘汰?那就不要只会写凑合能用的代码!

你可能会说,我在小公司工作,用户量很少,需要处理的数据量也很少,开发中不需要考虑那么多性能的问题,完成功能就可以,用什么数据结构和算法,差别根本不大。但是你真的想“十年如一日”地做一样的工作吗?

我们学习数据结构和算法,并不是为了死记硬背几个知识点。我们的目的是建立时间复杂度、空间复杂度意识,写出高质量的代码,能够设计基础架构,提升编程技能,训练逻辑思维,积攒人生经验,以此获得工作回报。

算法真的很难么?

你是否曾跟我一样,因为看不懂数据结构和算法,而一度怀疑是自己太笨?实际上,很多人在第一次接触这门课时,都会有这种感觉,觉得数据结构和算法很抽象,晦涩难懂,宛如天书。正是这个原因,让很多初学者对这门课望而却步。

真正的原因是没有找到好的学习方法没有抓住学习的重点。实际上,数据结构和算法的东西并不多,常用的、基础的知识点更是屈指可数。只要掌握了正确的学习方法,学起来并没有看上去那么难,更不需要什么高智商、厚底子。

什么是数据结构?什么是算法?

大部分数据结构和算法教材,在开篇都会给这两个概念下一个明确的定义。但是,这些定义都很抽象,对理解这两个概念并没有实质性的帮助,反倒会让你陷入死抠定义的误区。毕竟,我们现在学习,并不是为了考试,所以,概念背得再牢,不会用也就没什么用。

虽然我们说没必要深挖严格的定义,但是这并不等于不需要理解概念。

从广义上讲,数据结构就是指一组数据的存储结构。算法就是操作数据的一组方法。

数据结构是为算法服务的,算法要作用在特定的数据结构之上。 因此,我们无法孤立数据结构来讲算法,也无法孤立算法来讲数据结构。

比如,因为数组具有随机访问的特点,常用的二分查找算法需要用数组来存储数据。但如果我们选择链表这种数据结构,二分查找算法就无法工作了,因为链表并不支持随机访问。

数据结构是静态的,它只是组织数据的一种方式。如果不在它的基础上操作、构建算法,孤立存在的数据结构就是没用的。

数据结构和算法解决的是如何更省、更快地存储和处理数据的问题,因此,我们就需要一个考量效率和资源消耗的方法,这就是复杂度分析方法。所以,如果你只掌握了数据结构和算法的特点、用法,但是没有学会复杂度分析,那就相当于只知道操作口诀,而没掌握心法。只有把心法了然于胸,才能做到无招胜有招!

为了让你对数据结构和算法能有个全面的认识,我画了一张图,里面几乎涵盖了所有数据结构和算法书籍中都会讲到的知识点。

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这里面有 10 个数据结构:数组、链表、栈、队列、散列表、二叉树、堆、跳表、图、Trie 树;10 个算法:递归、排序、二分查找、搜索、哈希算法、贪心算法、分治算法、回溯算法、动态规划、字符串匹配算法。

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话不多说不服就干,关注公众号持续更新。在这里问大家一个问题,对于 HashMap 的时间复杂度是多少呢?并发拓容场景下 HashMap 会有什么问题呢?


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