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数据结构如何自学?

自从数据结构教程发布以来,很多读者向我询问应该如何自学数据结构,或者怎么才能学好数据结构和算法?本节将结合我的个人经验,给读者介绍一些学习数据结构和算法的方法,帮大家规避一些学习数据结构和算法过程中可能会踩的坑。

首先我认为,学习数据结构和算法有一个很重要的前提,就是至少熟练掌握一门编程语言。学习数据结构和算法,实践是非常重要的,如果仅仅是空有理论而不实践,反复学多少遍都没用。

本教程以 C 语言作为教学语言,当然读者也可以在掌握 C++、Java、Python 等语言的基础上学习数据结构和算法。因为无论是数据结构还是算法,它教会我们的是解决问题的思想,并不挂靠某一门具体的编程语言。换句话说,在掌握任何一门编程语言的基础上,都可以学习数据结构和算法。

其次对于初学者来说,好的学习资源是非常重要的。要知道,学习数据结构需要读者有一定的空间想象能力,所以强烈建议读者在看文字资料的同时,再找一套相应的视频资料,两者结合来学习,往往会事半功倍。

那么,有哪些不错的学习资源呢?我个人强烈推荐严蔚敏老师的《数据结构(C语言版)》以及她录制的一整套数据结构视频资料。如果读者刚刚接触数据结构和算法,可以跟随本教程学习,同时配以严蔚敏老师录制的视频资料。

本教程就是以严蔚敏老师的数据结构为原型进行编写的,和后者相比,本教程的语言通俗易懂,同时配有完整的 C 语言代码,非常适合初学者入门使用。

另外,市面上还有很多不错的学习资料,例如《大话数据结构》、《数据结构与算法分析》等,同时慕课(mooc)上也有很多讲解数据结构和算法的视频资料,这里不再一一举例。

除了熟练精通一门编程语言、有一套不错的学习资料之外,最重要的是找到一个好的学习方法。其实数据结构和算法并不难,之所以有读者认为它很难,是因为你的学习方法不对。

在这里,我把自己的学习方法推荐给大家,可以总结为 6 个字:多动笔、多动手。

所谓“多动笔”,在学习数据结构和算法的过程中,要边学习边画图。因为,对于数据结构中的存储结构来说,尤其是树结构和图结构,存储结构确实比较复杂,仅靠空间想象难免会有纰漏,而通过亲手画图往往能避免很多“坑”。

以学习链表(后续章节会做详细讲解)为例,如果我们想象不到它是怎样存储数据,就应该尝试动手将它画出来,如图 1 所示:

画链表
图 1 画链表

上图是用画图工具制作的,读者在实际画图时,只需要做到心中有数即可。

由此,我们就画了一个存有 {1,2,3,4} 数据的链表。

不仅如此,假设在图 1 的基础上想删除存储元素 3 的结点,也可以先通过画图来实现:

删除某个结点
图 2 删除某个结点

如上图所示,整个画图的过程,也是我们思考如何通过程序实现删除指定节点的过程:
  1. 为了删除存有元素 3 的结点,先要找到它的前驱结点,也就是结点 2,并用一个指针 p 来标记;
  2. 借助指针 p,可以顺利找到结点 3,因为它最终要被摘除,考虑到该结点占用的空间要手动释放,因此还要用一个指针 q 来标记它;
  3. 借助指针 p 和 q(也就是图中的第 3 步),就可以成功将目标结点摘下来;
  4. 最后借助指针 q,可以释放被删除节点所占用的存储空间。
以上就是为了删除存储元素 3 的结点,整个画图的流程。

再次强调,画图的过程是思考如何用程序实现的过程,并不是随意勾画。

除此之外,在学习某些算法时,也可以借助画图来加深自己的理解。甚至在阅读它人实现的代码时,可以边阅读代码边画图,这样可以更快理清代码的实现逻辑。

在通过“多动手”实现理解存储结构和实现逻辑的基础上,初学者还要“多动手”编写实现代码。注意,对于某一种存储结构或者算法,没有 3 遍以上自己独立的实现过程,是很难做到融会贯通的。

另外,很多初学者都存在“当时搞清楚了,过段时间又忘了”的情况。其原因大致有 2 个,一个是当时学的时候就没有彻底搞懂,或者处于“似懂非懂”的状态;另一个原因就是长时间没有再接触过它,所以淡忘了。其中如果是第一种原因导致的,那只能从头再学;对于第二种情况,读者不需要过度懊恼,只要我们再回顾一遍,通常是可以快速回忆起来的。

总之,数据结构确实是一门比较难理解的学科,而且学习过程没有任何捷径可走。这意味着,想要学好数据结构,除了找一套适合自己的学习资料和学习方法外,更要有一种“死磕”的精神,有句话说的很好,“不逼自己一把,永远不知道自己有多大的潜力”。

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