About the Author . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv
About the Technical Reviewer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxi
Acronyms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxv
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Introduction 2
1.1.1 What Are Data Structures and Algorithms? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 Interplay Between Data Structures and Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.3 The Significance of Data Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.4 Selecting the Appropriate Data Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Types of Data Structures 5
1.3 Fundamentals of Algorithms 6
1.3.1 Distinguishing Programming and Algorithmic Problems . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.2 Algorithm Design Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.3 Common Algorithmic Problem Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4 Analyzing Algorithm Efficiency 8
1.4.1 Understanding Algorithm Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4.2 Evaluating Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4.3 Analyzing Time Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4.4 Understanding Growth Orders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4.5 Evaluating Algorithm Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4.6 Asymptotic Growth Orders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 Summary 11
Problems 11
2 Primary Building Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1 Principles of Software Design 16
2.2 Data Structure Interfaces 16
2.2.1 Benefits of Using Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.2 Interface vs. Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.3 Interface Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 Templates 19
2.3.1 Templates and Type Abstraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.2 Template Usage in Practical Scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.3 Templates in Interface Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3.4 Considerations and Best Practices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 Core Data Structure and Interfaces 21
2.4.1 List Data Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4.2 Sets Data Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.5 Advanced Data Structure Interfaces 26
2.5.1 Tree Data Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6 Summary 30
Problems 31
3 Arrays and Dynamic Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1 Arrays and Pointers 34
3.1.1 Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.2 Pointers to Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.3 Stack vs. Heap Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.4 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1.5 Advantages and Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.2 Dynamic Arrays 41
3.2.1 Resizable Array . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.2 Advantages and Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.3 Dynamic Array Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.4 Resizing Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3 Optimization 48
3.3.1 An Optimized Copy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.2 Optimized Dynamic Array Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.4 Summary 50
Problems 50
4 Linked List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.1 Introduction to Linked Pointers 58
4.1.1 Pointers to Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.1.2 Creating Linked Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.1.3 Memory Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.1.4 Why Pointers Matter in Linked Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.2 A Singly-Linked List (SLList) 63
4.2.1 Anatomy of a Singly-Linked List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.2.2 Creating a Singly-Linked List Without Tail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.2.3 Creating a Singly-Linked List with a Tail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.2.4 Accessing Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2.5 Traversing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.3 A Doubly-Linked List (DLList) 80
4.3.1 Anatomy of a Doubly-Linked List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.3.2 A Circular Doubly-Linked List with Dummy Node . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.3.3 Implementing Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.3.4 Insert and Remove . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3.5 Accessing Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.3.6 Traversing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.4 Performance Analysis 90
4.4.1 Linked Lists vs. Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.4.2 Linked List Performance Comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.4.3 Best Practices and Common Use Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.5 Summary 93
Problems 95
5 Stack and Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.1 Stack 100
5.1.1 Introduction to Stack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.1.2 Array-Based Stack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.1.3 Linked List Stack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.2 Queue (Single-Ended Queue) 103
5.2.1 Introduction to Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2.2 Array-Based Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2.3 Linked List Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.3 Deque (Double-Ended Queue) 114
5.3.1 Introduction to Deque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.3.2 Array-Based Deque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.3.3 Linked List Deque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.4 Performance Analysis 121
5.4.1 Stack Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.4.2 Queue Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.4.3 Deque Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.4.4 Choosing the Right Data Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.5 Summary 122
Problems 122
6 Hash Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.1 Hashing Introduction 130
6.1.1 Array vs. Linked List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.1.2 Introducing Hash Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.1.3 Applications of Hashing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.1.4 Usage Example: Management and Analysis of Access Logs . . . . . . . . . 131
6.2 Hash Functions 133
6.2.1 Use of Hash Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.2.2 Multiplicative Hash Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.2.3 Generating Hash Codes for Various Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.2.4 Collisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.3 Hash Table Techniques 140
6.3.1 Chaining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
6.3.2 Open Addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.3.3 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.4 Hash Table Implementation 147
6.4.1 Chaining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
6.4.2 Linear Probing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.4.3 Hash Table Performance Comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
6.5 Summary 159
Problems 159
7 Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
7.1 Binary Trees 166
7.1.1 Introduction to Binary Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
7.1.2 Properties of Binary Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
7.1.3 Types of Binary Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
7.1.4 Representation of Binary Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.1.5 Computing Size, Height, and Depth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
7.1.6 Destroying a Binary Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7.1.7 Binary Tree Traversal Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
7.1.8 Implementation of Traversal Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7.1.9 Traversing Binary Trees – Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.1.10 Comparison of Tree Traversal Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.2 Binary Search Trees (BSTs) 179
7.2.1 Introduction to Binary Search Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.2.2 Properties of Binary Search Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.2.3 Basic Operations in BST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.2.4 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.2.5 Class Implementation of BST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.3 Balanced Binary Trees 187
7.3.1 Unbalanced Binary Search Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.3.2 Self-Balancing Binary Search Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.4 AVL Trees 190
7.4.1 Introduction to AVL Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.4.2 AVL Property . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.4.3 Balanced and Unbalanced AVL Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
7.4.4 Rotations in AVL Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
7.4.5 Implementation of AVL Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
7.4.6 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
7.5 Summary 201
Problems 203
8 Graphs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8.1 Introduction to Graphs 208
8.1.1 What Is a Graph? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
8.1.2 Graph Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.1.3 Types of Graphs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.1.4 Examples and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.1.5 Difference Between Graph and Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
8.2 Graph Representations 212
8.2.1 Basic Graph Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
8.2.2 Abstract Interface for Graph Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.2.3 Adjacency Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.2.4 Adjacency List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
8.2.5 Other Representations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
8.2.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
8.3 Graph Traversals and Advanced Operations 236
8.3.1 Depth-First Traversal (DFS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
8.3.2 Breadth-First Traversal (BFS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
8.3.3 Advanced Graph Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
8.3.4 Graph Traversal Class Updates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
8.4 Performance Considerations 243
8.4.1 Time Complexity of Graph Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
8.4.2 Space Complexity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
8.4.3 Choosing the Right Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
8.5 Summary 244
Problems 246
9 Specialized Data Structures and Techniques . . . . . . 249
9.1 Introduction 250
9.2 Heaps 250
9.2.1 Introduction to Heaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
9.2.2 Binary Heaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
9.2.3 Optimizing Binary Heap Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
9.2.4 Customizing Binary Heaps with HeapType . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
9.3 Priority Queues 267
9.3.1 Introduction to Priority Queues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
9.3.2 Implementing a Priority Queue with a Heap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
9.3.3 Priority Queue Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
9.3.4 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
9.4 Maps 272
9.4.1 Introduction to Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
9.4.2 Key-Value Pairs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
9.4.3 Map Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
9.4.4 Implementing a Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
9.5 A Space-Efficient Linked List 279
9.5.1 Structure of a Space-Efficient Linked List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
9.5.2 Node Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
9.5.3 Implementation of Space-Efficient Linked List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
9.5.4 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
9.5.5 Advantages and Trade-Offs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
9.6 Skip Lists 294
9.6.1 Introduction to Skip Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
9.6.2 Skip List Structure and Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
9.6.3 Node Structure Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
9.6.4 Skip List Class Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
9.6.5 Implementing Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
9.6.6 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
9.7 Summary 306
Problems 307
10 Applications and Real-World Examples . . . . . . . . . . . . 311
10.1 Task Scheduling System 312
10.1.1 Solution and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
10.1.2 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
10.1.3 Method Implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
10.1.4 Example Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
10.1.5 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
10.1.6 Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
10.2 Social Network Friend Recommendations 324
10.2.1 Solution and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
10.2.2 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
10.2.3 Method Implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
10.2.4 Example Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
10.2.5 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
10.2.6 Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
10.3 Library Management System 338
10.3.1 Solution and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
10.3.2 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
10.3.3 Method Implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
10.3.4 Example Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
10.3.5 Performance Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
10.3.6 Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
10.4 Summary 352
10.5 Book Summary 352
Problems 353
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

 Understand and implement data structures and bridge the gap between theory and application. This book covers a wide range of data structures, from basic arrays and linked lists to advanced trees and graphs, providing readers with in-depth insights into their implementation and optimization in C++.

 You’ll explore crucial topics to optimize performance and enhance their careers in software development. In today's environment of growing complexity and problem scale, a profound grasp of C++ data structures, including efficient data handling and storage, is more relevant than ever. This book introduces fundamental principles of data structures and design, progressing to essential concepts for high-performance application.

 Finally, you’ll explore the application of data structures in real-world scenarios, including case studies and use in machine learning and big data. This practical, step-by-step approach, featuring numerous code examples, performance analysis and best practices, is written with a wide range of C++ programmers in mind. So, if you’re looking to solve complex data structure problems using C++, this book is your complete guide.

What You Will Learn

• Write robust and efficient C++ code.

• Apply data structures in real-world scenarios.

• Transition from basic to advanced data structures

• Understand best practices and performance analysis.

• Design a flexible and efficient data structure library.

Who This Book is For

 Software developers and engineers seeking to deepen their knowledge of data structures and enhanced coding efficiency, and ideal for those with a foundational understanding of C++ syntax. Secondary audiences include entry-level programmers seeking deeper dive into data structures, enhancing their skills, and preparing them for more advanced programming tasks. Finally, computer science students or programmers aiming to transition to C++ may find value in this book.