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线性结构是数据结构中最基础和重要的概念。在线性结构中，数据元素之间存在一对一的线性关系，每个元素最多只有一个前驱元素和一个后继元素。线性结构主要包括数组、链表、栈和队列四种基本类型。数组提供随机访问能力，链表支持动态插入删除，栈遵循后进先出原则，队列遵循先进先出原则。理解这些基础概念对于掌握更复杂的数据结构至关重要。
欢迎来到C++线性数据结构的教学视频。线性数据结构是计算机科学中最基础也是最重要的数据结构类型。在这种结构中，数据元素按照线性顺序排列，每个元素最多有一个前驱和一个后继。我们今天将学习四种主要的线性结构：数组、链表、栈和队列。
数组是最基础的线性数据结构，具有内存连续存储和支持随机访问的特点。在C++中，我们可以使用静态数组或动态数组vector。一维数组通过下标直接访问元素，时间复杂度为O(1)。二维数组可以表示矩阵等复杂数据结构。vector提供了动态扩容能力，支持push_back等便捷操作。数组的内存布局连续，有利于缓存性能，但插入删除操作需要移动大量元素，时间复杂度为O(n)。
链表是一种重要的线性数据结构，通过指针将节点连接起来。单链表中每个节点包含数据域和指向下一个节点的指针。双链表每个节点有前驱和后继两个指针，可以双向遍历。循环链表的尾节点指向头节点形成环形结构。链表的优点是可以动态分配内存，插入和删除操作时间复杂度为O(1)。但缺点是不支持随机访问，查找元素需要顺序遍历，时间复杂度为O(n)。
栈是一种后进先出的线性数据结构，就像一摞盘子，只能从顶部取放。在C++中可以使用STL的stack容器。栈的基本操作包括push入栈、pop出栈、top获取栈顶元素和empty判断是否为空。所有操作的时间复杂度都是O(1)。栈在计算机科学中有广泛应用，如函数调用时的活动记录管理、表达式求值中的运算符优先级处理、以及括号匹配等问题。
队列是先进先出的线性数据结构，类似于排队买票，先来的人先服务。在C++中可以使用STL的queue容器。队列在队尾进行插入操作，在队首进行删除操作。基本操作包括push入队、pop出队、front获取队首元素、back获取队尾元素。所有操作的时间复杂度都是O(1)。队列在算法中应用广泛，特别是广度优先搜索、任务调度系统、以及各种缓冲区的实现中都会用到队列这种数据结构。
链表是一种重要的动态数据结构，通过指针将节点连接起来。单链表中每个节点包含数据域和指向下一个节点的指针域，最后一个节点指向NULL。双链表每个节点有前驱和后继两个指针，可以双向遍历，但占用更多内存空间。循环链表的尾节点指向头节点形成环形结构，适合循环处理数据。链表的优点是可以动态分配内存，插入和删除操作时间复杂度为O(1)，但缺点是不支持随机访问，查找元素需要顺序遍历，时间复杂度为O(n)。在实际应用中，链表常用于实现其他数据结构如栈、队列等。
栈是一种后进先出的线性数据结构，就像一摞盘子，只能从顶部取放。栈的基本操作包括push入栈、pop出栈、top获取栈顶元素、empty判断是否为空和size获取栈大小。所有操作的时间复杂度都是O(1)。在C++中可以使用STL的stack容器，也可以基于数组或链表自己实现。栈在计算机科学中有广泛应用，如函数调用时的活动记录管理、表达式求值中的运算符优先级处理、括号匹配检查、以及深度优先搜索算法等。栈的后进先出特性使其成为处理嵌套结构和递归问题的理想工具。
队列是先进先出的线性数据结构，类似于排队买票，先来的人先服务。队列在队尾进行插入操作，在队首进行删除操作。基本操作包括push入队、pop出队、front获取队首元素、back获取队尾元素、empty判断是否为空和size获取大小。所有操作的时间复杂度都是O(1)。普通队列可能出现假溢出问题，循环队列通过环形结构有效解决了这个问题。队列在算法中应用广泛，特别是广度优先搜索、任务调度系统、打印队列、以及各种缓冲区的实现中都会用到队列这种数据结构。