學習Python基礎文法的過程中，在分析一個問題并試圖寫出實際解決問題的代碼時，我常常發現寫出的代碼比較混亂，解決問題的過程并不是很清晰。是以，我希望通過學習一些資料結構與算法的知識來解決這個問題，并在這個過程中練習Python語言的使用、加深對Python語言的認識。
這個系列中我們将簡單介紹一些資料結構與算法的基礎概念，通過代碼實作來更好的加深了解，為其它複雜的資料結構與算法的學習打好基礎。
資料結構的基本概念與表示方式
- 資料結構：有互相關聯的資料元素的集合，包含“資料”與“結構”兩個要素。
- 資料：需要處理的資料元素的集合，一般來說具有某個共同的特征。
- 結構：集合中各個資料元素間存在的某種關系，具體包括邏輯結構與存儲結構。
- 邏輯結構：通過兩兩元素之間的前後件關系（即直接前驅與直接後繼關系）來反映資料元素間的邏輯結構。
- 存儲結構：又稱資料的實體結構，是資料的邏輯結構在計算機中的存放方式。
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資料結構的表示：
（1）. 通過二進制組B = （D，R）表示。其中B表示資料結構，D是資料元素的集合，R是資料元素間的前後件關系構成的集合，其中資料元素間的前後件關系也用二進制組表示。
（2）.通過由方框與箭頭構成的圖表示。其中标有元素值的方框用來表示資料元素，一般稱之為資料節點。由前件指向後件的箭頭用來表示資料元素間的邏輯結構。
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由前後件關系引出的節點的基本概念：
（1）.根節點：沒有前件的節點。
（2）.葉子節點：沒有後件的節點。
（3）.内部節點：除了根節點與葉子節點以外的全部節點。
- 線性結構與非線性結構： 線性結構指滿足有且隻有一個根節點、每一個節點最多隻有一個前件也最多隻有一個後件的非空資料結構。不滿足這些特點的資料結構稱為非線性結構。常見的非線性結構包括樹形結構與網狀結構。
簡單的線性結構：棧、隊列、線性連結清單以及循環連結清單
注：我們不讨論空的線性表。
a. 線性表：
線性結構常稱為線性表。可以用元組
來表示，節點個數n稱為線性表的長度。
線性表具有以下結構特點：
- 隻有一個根節點。
- 有且隻有一個終端節點（葉子節點）。
- 除根節點與終端節點外，其他所有節點有且隻有一個前件，也有且隻有一個後件。
b. 順序表：采用順序存儲的線性表
線性表可以采用順序存儲與連結存儲兩種存儲結構。其中順序存儲的特點為
- 線性表中所有元素所占的存儲結構是連續的。
- 線性表中各資料元素在存儲空間中是按照邏輯順序依次存放的。
在順序表中，其前後件在存儲空間中是緊鄰的，且前件元素一定在後件元素之後。
c. 棧（Stack）
棧是一種特殊的線性表，其原則是“Last In First Out”，即棧的插入與删除都限定在表的同一端進行，允許插入與删除的一端稱為棧頂、不允許的一端稱為棧底。當棧中沒有元素時，稱此時的棧為空棧。我們可以用圖示
來表示棧，其中有兩個指針分别指向棧頂元素與棧底元素，指向棧頂元素的指針反映棧的狀态變化，a1為棧底元素，an為棧頂元素，棧中所有元素按照a1、a2、… 、an的順序進入，相應的，退棧的第一個元素為棧頂元素an。
棧的基本運算包括
- 入棧
- 退棧
- 讀取棧頂元素
d. 隊列（Queue）
隊列是一種First In First Out 的線性表，即允許在表的一端（隊頭或排頭）進行删除、在表的另一端（隊尾）進行插入。我們可以用圖示
來表示隊列，其中a1稱為隊頭元素，an稱為隊尾元素，隊列中的元素按照a1、a2、… 、an的順序進入隊列，也按照這個順序依次退出隊列。隊列的狀态由隊頭指針front和隊尾指針rear來反映。
e. 循環隊列
在實際中，隊列的順序存儲結構一般采用循環隊列形式，即将隊列存儲空間的最後一個位置繞到第一個位置，形成邏輯上的環狀空間。在循環隊列中，指針front = rear時無法判斷是空隊列還是滿隊列，所有常增加一個标志來區分空隊列與滿隊列。
關于循環隊列，在此系列第四、五期進行了介紹并使用Python進行了實作，具體可以閱讀後續内容。
f. 線性連結清單
與順序表不同，線性連結清單是線性表的鍊式存儲結構。由于此類連結清單每個節點隻有一個指針域，是以又稱單連結清單。線性連結清單的存儲單元是任意的，節點在存儲空間的位置關系與邏輯關系并不一緻。各節點的前後件關系通過節點的指針來表示，通過一個特殊指針指向清單中第一個節點，稱之為頭指針（HEAD），當其為NULL或0時，連結清單為空。由于沒有後件，是以線性連結清單最後一個節點的指針域為空（即值為NULL或0）。
g. 雙向連結清單
為了更友善的從某個節點出發找到其它節點，我們對線性連結清單的每個節點設定兩個指針，稱之為左指針與右指針，分别存放前件與後件的位址。這樣的連結清單稱為雙向連結清單，其示意圖為
i. 循環連結清單
在單連結清單的第一個節點前增加一個表頭節點，HEAD指向表頭節點且最後一個節點的指針域由空改為指向表頭節點，這樣的連結清單中所有節點構成了環狀鍊，我們稱之為循環連結清單。
表頭節點是循環連結清單中固定的，是以即使表中沒有資料元素，也至少存在一個表頭節點。在循環連結清單中，隻要指出任何一個節點的位置，就可以從它出發通路表中所有的節點。