学习Python基础语法的过程中，在分析一个问题并试图写出实际解决问题的代码时，我常常发现写出的代码比较混乱，解决问题的过程并不是很清晰。所以，我希望通过学习一些数据结构与算法的知识来解决这个问题，并在这个过程中练习Python语言的使用、加深对Python语言的认识。
这个系列中我们将简单介绍一些数据结构与算法的基础概念，通过代码实现来更好的加深理解，为其它复杂的数据结构与算法的学习打好基础。
数据结构的基本概念与表示方式
- 数据结构：有相互关联的数据元素的集合，包含“数据”与“结构”两个要素。
- 数据：需要处理的数据元素的集合，一般来说具有某个共同的特征。
- 结构：集合中各个数据元素间存在的某种关系，具体包括逻辑结构与存储结构。
- 逻辑结构：通过两两元素之间的前后件关系（即直接前驱与直接后继关系）来反映数据元素间的逻辑结构。
- 存储结构：又称数据的物理结构，是数据的逻辑结构在计算机中的存放方式。
- 数据结构的表示：
（1）. 通过二元组B = （D，R）表示。其中B表示数据结构，D是数据元素的集合，R是数据元素间的前后件关系构成的集合，其中数据元素间的前后件关系也用二元组表示。
（2）.通过由方框与箭头构成的图表示。其中标有元素值的方框用来表示数据元素，一般称之为数据节点。由前件指向后件的箭头用来表示数据元素间的逻辑结构。 - 由前后件关系引出的节点的基本概念：
（1）.根节点：没有前件的节点。
（2）.叶子节点：没有后件的节点。
（3）.内部节点：除了根节点与叶子节点以外的全部节点。 - 线性结构与非线性结构： 线性结构指满足有且只有一个根节点、每一个节点最多只有一个前件也最多只有一个后件的非空数据结构。不满足这些特点的数据结构称为非线性结构。常见的非线性结构包括树形结构与网状结构。
简单的线性结构：栈、队列、线性链表以及循环链表
注：我们不讨论空的线性表。
a. 线性表：
线性结构常称为线性表。可以用元组
来表示，节点个数n称为线性表的长度。
线性表具有以下结构特点：
- 只有一个根节点。
- 有且只有一个终端节点（叶子节点）。
- 除根节点与终端节点外，其他所有节点有且只有一个前件，也有且只有一个后件。
b. 顺序表：采用顺序存储的线性表
线性表可以采用顺序存储与链接存储两种存储结构。其中顺序存储的特点为
- 线性表中所有元素所占的存储结构是连续的。
- 线性表中各数据元素在存储空间中是按照逻辑顺序依次存放的。
在顺序表中，其前后件在存储空间中是紧邻的，且前件元素一定在后件元素之后。
c. 栈（Stack）
栈是一种特殊的线性表，其原则是“Last In First Out”，即栈的插入与删除都限定在表的同一端进行，允许插入与删除的一端称为栈顶、不允许的一端称为栈底。当栈中没有元素时，称此时的栈为空栈。我们可以用图示
来表示栈，其中有两个指针分别指向栈顶元素与栈底元素，指向栈顶元素的指针反映栈的状态变化，a1为栈底元素，an为栈顶元素，栈中所有元素按照a1、a2、… 、an的顺序进入，相应的，退栈的第一个元素为栈顶元素an。
栈的基本运算包括
- 入栈
- 退栈
- 读取栈顶元素
d. 队列（Queue）
队列是一种First In First Out 的线性表，即允许在表的一端（队头或排头）进行删除、在表的另一端（队尾）进行插入。我们可以用图示
来表示队列，其中a1称为队头元素，an称为队尾元素，队列中的元素按照a1、a2、… 、an的顺序进入队列，也按照这个顺序依次退出队列。队列的状态由队头指针front和队尾指针rear来反映。
e. 循环队列
在实际中，队列的顺序存储结构一般采用循环队列形式，即将队列存储空间的最后一个位置绕到第一个位置，形成逻辑上的环状空间。在循环队列中，指针front = rear时无法判断是空队列还是满队列，所有常增加一个标志来区分空队列与满队列。
关于循环队列，在此系列第四、五期进行了介绍并使用Python进行了实现，具体可以阅读后续内容。
f. 线性链表
与顺序表不同，线性链表是线性表的链式存储结构。由于此类链表每个节点只有一个指针域，所以又称单链表。线性链表的存储单元是任意的，节点在存储空间的位置关系与逻辑关系并不一致。各节点的前后件关系通过节点的指针来表示，通过一个特殊指针指向列表中第一个节点，称之为头指针（HEAD），当其为NULL或0时，链表为空。由于没有后件，所以线性链表最后一个节点的指针域为空（即值为NULL或0）。
g. 双向链表
为了更方便的从某个节点出发找到其它节点，我们对线性链表的每个节点设置两个指针，称之为左指针与右指针，分别存放前件与后件的地址。这样的链表称为双向链表，其示意图为
i. 循环链表
在单链表的第一个节点前增加一个表头节点，HEAD指向表头节点且最后一个节点的指针域由空改为指向表头节点，这样的链表中所有节点构成了环状链，我们称之为循环链表。
表头节点是循环链表中固定的，所以即使表中没有数据元素，也至少存在一个表头节点。在循环链表中，只要指出任何一个节点的位置，就可以从它出发访问表中所有的节点。
