全國計(jì)算機(jī)等級考試二級公共基礎(chǔ)知識(shí)速學(xué)教程

1、第1章 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法1.1算法的復(fù)雜度1. 算法的基本概念利用計(jì)算機(jī)算法為計(jì)算機(jī)解題的過程實(shí)際上是在實(shí)施某種算法。1) 算法一般具有4個(gè)基本特征：可行性、確定性、有窮性、擁有足夠的情報(bào)。2) 算法的基本運(yùn)算與操作包括：算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸。3) 算法的3種基本控制結(jié)構(gòu)是：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)。4) 算法基本設(shè)計(jì)方法：列舉法、歸納法、遞推、遞歸、減半遞推技術(shù)、回溯法。5) 所謂指令系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能執(zhí)行的所有指令的集合。2. 算法的復(fù)雜度算法復(fù)雜度包括時(shí)間復(fù)雜度與空間復(fù)雜度。注意兩者的區(qū)別，無混淆，見表1-1。表1-1 算法復(fù)雜性名稱描述時(shí)間復(fù)雜度執(zhí)行算法所需要的

2、計(jì)算工作量空間復(fù)雜度執(zhí)行這個(gè)算法所需要的內(nèi)存空間1.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1.2.1邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念(1) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指相互有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)元素的集合。(2) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究的3個(gè)方面i) 數(shù)據(jù)集合中各數(shù)據(jù)元素之間所固有的邏輯關(guān)系，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。ii) 在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，各數(shù)據(jù)元素在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)關(guān)系，即數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。iii) 對各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)算。2. 邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是對數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系的描述，它可以用一個(gè)數(shù)據(jù)元素的集合與定義在此集合中的若干關(guān)系來表示。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)有兩個(gè)要素：一是數(shù)據(jù)元素的集合，通常記為D；二是D上的關(guān)系，它反映D中各數(shù)據(jù)元素之間的

3、前后件關(guān)系，通常記為R。一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以表示成：B=（D，R）其中，B表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。為了反映D中各數(shù)據(jù)元素之間的前后件關(guān)系，一般用二元組來表示。例如，如果把一年四季看作一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則可表示成：B=（D，R）D=春季，夏季，秋季，冬季R=（春季，夏季），（夏季，秋季），（秋季，冬季）3. 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間中的存放形式稱為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)也稱數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)。一種數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)根據(jù)需要可以表示成多種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，常用存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有順序、鏈?zhǔn)降却鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)。順序存儲(chǔ)方式主要用于線性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它把邏輯上相鄰的數(shù)據(jù)元素存儲(chǔ)在物理上相鄰的存儲(chǔ)單元里，結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系由存儲(chǔ)單元的鄰接關(guān)系來表達(dá)。鏈?zhǔn)?/p>

4、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)就是在每個(gè)結(jié)點(diǎn)中至少包含一個(gè)指針域，用指針來表達(dá)數(shù)據(jù)元素之間邏輯上的聯(lián)系。1.2.2線性結(jié)構(gòu)與非線性結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中各數(shù)據(jù)之間前后件關(guān)系的復(fù)雜程度，一般將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為兩大類型：線性結(jié)構(gòu)與非線性結(jié)構(gòu)。1) 如果一個(gè)非空的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)滿足下列兩個(gè)條件：a) 有且只有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)b) 每一個(gè)結(jié)點(diǎn)最多有一個(gè)前件，也最多有一個(gè)后件。則稱該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為線性結(jié)構(gòu)。又稱線性表。2) 線性表的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)具有以下兩個(gè)基本特點(diǎn)：a) 線性表中所有元素所占的存儲(chǔ)空間是連續(xù)的；b) 線性表中各數(shù)據(jù)元素在存儲(chǔ)空間中是按邏輯順序依次存放的。元素ai的存儲(chǔ)地址為：ADR(ai)=ADR(a1)+(i-1)k，ADR(a1

5、)為第一個(gè)元素的地址，k代表每個(gè)元素占的字節(jié)數(shù)。3) 順序表的運(yùn)算有查找、插入、刪除3種。1.3棧1. 棧（stack）的基本概念棧是一種特殊的線性表，是限定只在一端進(jìn)行插入與刪除的線性表。在棧中，一端是封閉的，既不允許進(jìn)行插入元素，也不允許刪除元素；另一端是開口的，允許插入與刪除元素。通常稱插入、刪除的這一端為棧頂，另一端為棧底。當(dāng)表中沒有元素時(shí)稱為空棧。棧頂元素總是最后被插入的元素，從而也是最先被刪除的元素；棧底元素總是最先被插入的元素，從而也是最后才能被刪除的元素。棧是按照“先進(jìn)后出”或“后進(jìn)先出”的原則組織數(shù)據(jù)的。例如槍械的子彈匣就可以用來形象的表示棧的結(jié)構(gòu)。子彈匣的一端是完全封閉的，

6、最后被壓入彈匣的子彈總是最先被彈出，而最先被壓入的子彈最后才能被彈出。2. 棧的順序存儲(chǔ)與其運(yùn)算棧的基本運(yùn)算有3種：入棧、退棧與讀棧頂元素。1) 入棧運(yùn)算：在棧頂位置插入一個(gè)新元素；2) 退棧運(yùn)算：取出棧頂元素并賦給一個(gè)指定的變量；3) 讀棧頂元素：將棧頂元素賦給一個(gè)指定的變量。1.4 隊(duì)列1. 隊(duì)列的基本概念隊(duì)列是只允許在一端進(jìn)行刪除，在另一端進(jìn)行插入的順序表，通常將允許刪除的一端稱為隊(duì)頭，允許插入的一端稱為隊(duì)尾。當(dāng)表中沒有元素時(shí)稱為空隊(duì)列。隊(duì)列的修改是依照“先進(jìn)先出”或“后進(jìn)后出”的原則進(jìn)行的，因此隊(duì)列也稱為先進(jìn)先出的線性表，或者后進(jìn)后出的線性表。例如：火車進(jìn)遂道，最先進(jìn)遂道的是火車頭，最

7、后是火車尾，而火車出遂道的時(shí)候也是火車頭先出，最后出的是火車尾。若有隊(duì)列：Q=（q1，q2，qn）那么，q1為隊(duì)頭元素（排頭元素），qn為隊(duì)尾元素。隊(duì)列中的元素是按照q1，q2，qn的順序進(jìn)入的，退出隊(duì)列也只能按照這個(gè)次序依次退出，即只有在q1，q2，qn-1都退隊(duì)之后，qn才能退出隊(duì)列。因最先進(jìn)入隊(duì)列的元素將最先出隊(duì)，所以隊(duì)列具有先進(jìn)先出的特性，表達(dá)“先來先服務(wù)”的原則。隊(duì)頭元素q1是最先被插入的元素,也是最先被刪除的元素，隊(duì)尾元素qn是最后被插入的元素，也是最后被刪除的元素。因此，與棧相反，隊(duì)列又稱為“先進(jìn)先出”（First In First Out，簡稱FIFO）或“后進(jìn)后出”（Last

8、 In Last Out，簡稱LILO）的線性表。2. 隊(duì)列運(yùn)算入隊(duì)運(yùn)算是往隊(duì)列隊(duì)尾插入一個(gè)數(shù)據(jù)元素；退隊(duì)運(yùn)算是從隊(duì)列的隊(duì)頭刪除一個(gè)數(shù)據(jù)的元素。隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)一般采用隊(duì)列循環(huán)的形式。循環(huán)隊(duì)列s=0表示隊(duì)列空；s=1且front=rear表示隊(duì)列滿。計(jì)算循環(huán)隊(duì)列的元素個(gè)數(shù)：“尾指針減頭指針”，若為負(fù)數(shù)，再加其容量即可。1.5 鏈表在鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)方式中，要求每個(gè)結(jié)點(diǎn)由兩部分組成：一部分用于存放數(shù)據(jù)元素值，稱為數(shù)據(jù)域；另一部分用于存放指針，稱為指針域。其中指針用于指向該結(jié)點(diǎn)的前一個(gè)或后一個(gè)結(jié)點(diǎn)（即前件或后件）。鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)方式既可用于表示線性結(jié)構(gòu)，也可用于非線性結(jié)構(gòu)。1) 線性鏈表線性鏈表的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)

9、稱為線性鏈表。在某些應(yīng)用中，對線性鏈表中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)指針，一個(gè)稱為左指針，用以指向其前件結(jié)點(diǎn)；另一個(gè)稱為右指針，用以指向其后件結(jié)點(diǎn)。這樣的表稱為雙向鏈表。在線性表中，各數(shù)據(jù)元素結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間可以是不連續(xù)的，且各數(shù)據(jù)元素的存儲(chǔ)順序與邏輯順序可以不一致。在線性鏈表中進(jìn)行插入與刪除，不需要移動(dòng)鏈表中的元素。線性單鏈表中，HEAD稱為頭指針，HEAD=NULL（或0）稱為空表。如果是雙向鏈表的兩指針：左指針（Llink）指向前件結(jié)點(diǎn)，右指針（Rlink）指向后件結(jié)點(diǎn)。線性鏈表的基本運(yùn)算：查找、插入、刪除。2) 帶鏈的棧棧也是線性表，也可以采用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)。帶鏈的?？梢杂脕硎占?jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間中所有

10、空閑的存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)，這種帶鏈的棧稱為可利用棧。1.6 二叉樹1.6.1 二叉樹的概念與其基本性質(zhì)1. 二叉樹與其基本概念二叉樹是一種很有用的非線性結(jié)構(gòu)，具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：1) 非空二叉樹只有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)；2) 每一個(gè)結(jié)點(diǎn)最多有兩棵子樹，且分別稱為該結(jié)點(diǎn)的左子樹與右子樹。在二叉樹中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的度最大為2，即所有子樹（左子樹或右子樹）也均為二叉樹。另外，二叉樹中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)的子樹被明顯地分為左子樹與右子樹。在二叉樹中，一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以只有左子樹而沒有右子樹，也可以只有右子樹而沒有左子樹。當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)既沒有左子樹也沒有右子樹時(shí)，該結(jié)點(diǎn)即為葉子結(jié)點(diǎn)。例如，一個(gè)家族中的族譜關(guān)系如圖1-1所示：A有后代B，C；B有后

11、代D，E；C有后代F。典型的二叉樹如圖1-1所示：詳細(xì)講解二叉樹的基本概念，見表1-2表1-2 二叉樹的基本概念父結(jié)點(diǎn)（根） 在樹結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)前件，稱為父結(jié)點(diǎn)，沒有前件的結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)，稱為樹的根結(jié)點(diǎn)，簡稱樹根。例如，在圖1-1中，結(jié)點(diǎn)A是樹的根結(jié)點(diǎn)子結(jié)點(diǎn)與葉子結(jié)點(diǎn) 在樹結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)后件，稱為該結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)。沒有后件的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn)。例如，在圖1-1中，結(jié)點(diǎn)D，D，F(xiàn)均為葉子結(jié)點(diǎn)度 在樹結(jié)構(gòu)中，一個(gè)結(jié)點(diǎn)所擁有的后件的個(gè)數(shù)稱為該結(jié)點(diǎn)的度，所有結(jié)點(diǎn)中最大的度稱為樹的度。例如，在圖1-1中，根結(jié)點(diǎn)A與結(jié)點(diǎn)B的度為2，結(jié)點(diǎn)C的度為1，葉子結(jié)點(diǎn)D，E，F(xiàn)的度為0。所以，該樹

12、的度為2深度 定義一棵樹的根結(jié)點(diǎn)所在的層次為1，其他結(jié)點(diǎn)所在的層次等于它的父結(jié)點(diǎn)所在的層次加1。樹的最大層次稱為樹的深度。例如，在圖1-1中，根結(jié)點(diǎn)A在第1層，結(jié)點(diǎn)B，C在第2層，結(jié)點(diǎn)D，E，F(xiàn)在第3層。該樹的深度為3子樹 在樹中，以某結(jié)點(diǎn)的一個(gè)子結(jié)點(diǎn)為根構(gòu)成的樹稱為該結(jié)點(diǎn)的一棵子樹2. 二叉樹的基本性質(zhì)二叉樹具有以下幾個(gè)性質(zhì)：性質(zhì)1：在二叉樹的第k層上，最多有2(k-1)個(gè)結(jié)點(diǎn)。 (k>=1)性質(zhì)2：深度為m的二叉樹最多有2m-1個(gè)結(jié)點(diǎn)。性質(zhì)3：在任意一棵二叉樹中，度為0的結(jié)點(diǎn)（即葉子結(jié)點(diǎn)，記為n0）總是比度為2（記為n2）的結(jié)點(diǎn)多一個(gè)。 n0=n2+1性質(zhì)4：具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的二叉樹，其

13、深度至少為log2n+1，其中l(wèi)og2n表示取log2n的整數(shù)部分。3. 滿二叉樹與完全二叉樹滿二叉樹是指這樣的一種二叉樹：除最后一層外，每一層上的所有結(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)子結(jié)點(diǎn)。在滿二叉樹中，每一層上的結(jié)點(diǎn)數(shù)都達(dá)到最大值，即在滿二叉樹的第K層上有2(k-1)個(gè)結(jié)點(diǎn)。完全二叉樹是指這樣的二叉樹：除最后一層外，每一層上的結(jié)點(diǎn)數(shù)均達(dá)到最大值；在最后一層上只缺少右邊的若干結(jié)點(diǎn)。對于完全二叉樹來說，葉子結(jié)點(diǎn)只可能在層次最大的兩層上出現(xiàn)；對于任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)，若其右分支下的子孫結(jié)點(diǎn)最大層為P，則其左分支下的子孫結(jié)點(diǎn)的最大層次或?yàn)镻，或?yàn)镻+1。完全二叉樹具有以下兩個(gè)性質(zhì)：性質(zhì)5：具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的完全二叉樹的深度為lo

14、g2n+1。性質(zhì)6：設(shè)完全二叉樹共有n個(gè)結(jié)點(diǎn)。如果從根結(jié)點(diǎn)開始，按層次（每一層從左到右）用自然數(shù)1，2，n 給結(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，則對于編號(hào)為k(k=1，2，n)的結(jié)點(diǎn)下結(jié)論：1) 若k=1,則該結(jié)點(diǎn)為根結(jié)點(diǎn)，它沒有父結(jié)點(diǎn)；若k>1，則該結(jié)點(diǎn)的父結(jié)點(diǎn)編號(hào)為INT(k/2)；2) 若2k<=n，則編號(hào)為k的結(jié)點(diǎn)的左子結(jié)點(diǎn)編號(hào)為2k；否則該結(jié)點(diǎn)無左子結(jié)點(diǎn)（顯然也沒有右子結(jié)點(diǎn)）；3) 若2k+1<=n，則編號(hào)為k的結(jié)點(diǎn)的右子結(jié)點(diǎn)編號(hào)為2k+1；否則該結(jié)點(diǎn)無右子結(jié)點(diǎn)。1.6.2 二叉樹的遍歷在遍歷二叉樹的過程中，一般先遍歷左子樹，再遍歷右子樹。在先左后右的原則下，根據(jù)訪問根節(jié)點(diǎn)的次序，二叉

15、樹的遍歷分為三類：前序遍歷、中序遍歷與后序遍歷。1) 前序遍歷先訪問根結(jié)點(diǎn)，然后遍歷左子樹，最后遍歷右子樹；并且在遍歷左、右子樹時(shí)，仍需先訪問根結(jié)點(diǎn)，然后遍歷左子樹，最后遍歷右子樹。例如，對圖1-1中的二叉樹進(jìn)行前序遍歷的結(jié)果（或稱為該二叉樹的前序序列）為：A，B，D，E，C，F(xiàn)。2) 中序遍歷先遍歷左子樹、然后訪問根結(jié)點(diǎn)，最后遍歷右子樹；并且，在遍歷左、右子樹時(shí)，仍然先遍歷左子樹，然后訪問根結(jié)點(diǎn)，最后遍歷右子樹。例如，對圖1-1中的二叉樹進(jìn)行中序遍歷的結(jié)果（或稱為該二叉樹的中序序列）為：D，B，E，A，C，F(xiàn)。3) 后序遍歷先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后訪問根結(jié)點(diǎn)；并且，在遍歷左、右子樹

16、時(shí)，仍然先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后訪問根結(jié)點(diǎn)。例如，對圖1-1中的二叉樹進(jìn)行后序遍歷的結(jié)果（或稱為該二叉樹的后序序列）為：D，E，B，F(xiàn)，C，A。1.7 查找1.7.1 順序查找查找是指在一個(gè)給定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中查找某個(gè)指定的元素。從線性表的第一個(gè)元素開始，依次將線性表中的元素與被查找的元素相比較，若相等則表示查找成功；若線性表中所有的元素都與被查找元素進(jìn)行了比較但都不相等地，則表示查找失敗。例如，在一維數(shù)組21,46,24,99,57,86中，查找數(shù)據(jù)元素99，首先從第1個(gè)元素21開始進(jìn)行比較，比較結(jié)果與要查找的數(shù)據(jù)不相等地，接著與第2個(gè)元素46進(jìn)行比較，以此類推，當(dāng)進(jìn)行到與第4個(gè)元素比

17、較時(shí)，它們相等地，所以查找成功。如果查找數(shù)據(jù)元素100，則整個(gè)線性表掃描完畢，仍未找到與100相等的元素，表示線性表中沒有要查找的元素。在下列兩種情況下也只能采用順序查找：1) 如果線性表為無序表，則不管是順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)還是鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，只能用順序查找；2) 即使是有序線性表，如果采用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，也只能用順序查找。1.7.2 二分法查找二分法查找，也稱拆半查找，是一種高效的查找方法。能使用二分法查找的線性表必須滿足用順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與線性表是有序表兩個(gè)條件?！坝行颉笔翘刂冈匕捶沁f減排列，即從小到大排列，但允許相鄰元素相等。下一節(jié)排序中，有序的含義也是如此。 對于長度為n的有序線性表，利用二分法查

18、找元素X的過程如下：步驟1：將X與線性表的中間項(xiàng)比較；步驟2：如果X的值與中間項(xiàng)的值相等，則查找成功，結(jié)束查找。步驟3：如果X小于中間項(xiàng)的值，則在線性表的前半部分以二分法繼續(xù)查找；步驟4：如果X大于中間項(xiàng)的值，則在線性表的后關(guān)部分以二分法繼續(xù)查找；順序查找法每一次去比較，只將查找范圍減少1，而二分法查找，每比較一次，可將查找范圍減少為原來的一半，效率大大提高。對于長度為n的有序線性表，在最壞的情況下，二分法查找只需要比較log2n次，而順序查找需要比較n次。1.8 排序1. 交換類排序法1) 冒泡排序法，最壞情況需要n(n-1)/2次比較。2) 快速排序法2. 插入類排序法1) 簡單插入排序法

19、，最壞情況需要n(n-1)/2次比較；2) 希爾排序法，最壞情況需要O(n1.5)次比較。3. 選擇類排序法1) 簡單選擇排序法，最壞情況需要n(n-1)/2次比較；2) 堆排序法，最壞情況需要O(nlog2n)次比較。相比以上幾種（除希爾排序法外），堆排序法的時(shí)間復(fù)雜度最小。第2章 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.1 程序設(shè)計(jì)的方法與風(fēng)格養(yǎng)成良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，主要考慮下述因素：1) 源程序文檔化i) 符號(hào)名的命名：符號(hào)名的命名應(yīng)具有一定的實(shí)際含義，以便于對程序功能的理解；ii) 程序注釋：在源程序中添加正確的注釋可幫助人們理解程序。程序注釋分為序言性注釋與功能性注釋。語句結(jié)構(gòu)清晰第一、效率第二。iii)

20、視覺組織：通過在程序中添加一些空格、空行與縮進(jìn)等，使人們在視覺上對程序的結(jié)構(gòu)一目了然。2) 數(shù)據(jù)說明的方法為使程序中的數(shù)據(jù)說明易于理解與維護(hù)，可采用下列數(shù)據(jù)說明的風(fēng)格，見表2-1。表2-1 數(shù)據(jù)說明風(fēng)格數(shù)據(jù)說明風(fēng)格詳細(xì)說明次序應(yīng)規(guī)范化使數(shù)據(jù)說明次序固定，使數(shù)據(jù)的屬性容易查找，也有利于測試、排錯(cuò)與維護(hù)變量安排有序化當(dāng)多個(gè)變量出現(xiàn)在同一個(gè)說明語句中時(shí)，變量名應(yīng)按字母順序排序，以便于查找使用注釋在定義一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)通過注解來說明該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)3) 語句的結(jié)構(gòu)程序語句的結(jié)構(gòu)程序應(yīng)該簡單易懂，語句構(gòu)造應(yīng)該簡單直接。4) 輸入與輸出輸入與輸出比較簡單，這里就不作介紹2.2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)1.

21、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的原則結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法引入了工程思想與結(jié)構(gòu)化思想，使大型軟件的開發(fā)與編程得到了極大的改善。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的主要原則為：自頂向下、逐步求精、模塊化與限制使用goto語句。1) 自頂向上：先考慮整體，再考慮細(xì)節(jié)；先考慮全局目標(biāo)，再考慮局部目標(biāo)；2) 逐步求精：對復(fù)雜問題應(yīng)設(shè)計(jì)一些子目標(biāo)作為過渡，逐步細(xì)化；3) 模塊化：把程序要解決的總目標(biāo)分解為分目標(biāo)，再進(jìn)一步分解為具體的小目標(biāo)，把每個(gè)小目標(biāo)稱為一個(gè)模塊。4) 限制使用goto語句：在程序開發(fā)過程中要限制使用goto語句。2. 結(jié)構(gòu)化程序的基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化程序的基本結(jié)構(gòu)有三種類型：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)與循環(huán)結(jié)構(gòu)。1) 順序結(jié)構(gòu)：是最

22、基本、最普通的結(jié)構(gòu)形式，按照程序中的語句行的先后順序執(zhí)行；2) 選擇結(jié)構(gòu)：又稱為分支結(jié)構(gòu)，它包括簡單選擇與多分支選擇結(jié)構(gòu)；3) 循環(huán)結(jié)構(gòu)：根據(jù)給定的條件，判斷是否要重復(fù)執(zhí)行某一相同的或類似的程序段。循環(huán)結(jié)構(gòu)對應(yīng)兩類循環(huán)語句：先判斷后執(zhí)行的循環(huán)體稱為當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)；先執(zhí)行循環(huán)體后判斷的稱為直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)。2.3 面向?qū)ο蠓椒嫦驅(qū)ο蠓椒êw對象屬性與方法、類、繼承、多態(tài)性幾個(gè)基本要素。1 對象通常把對象的操作也稱為方法或服務(wù)。屬性即對象所包含的信息，它在設(shè)計(jì)對象時(shí)確定，一般只能通過執(zhí)行對象的操作來改變。屬性值應(yīng)該指的是純粹的數(shù)據(jù)值，而不能指對象。操作描述了對象執(zhí)行的功能，若通過信息的傳遞，還可以為

23、其他對象使用。對象具有如下特征：標(biāo)識(shí)惟一性、分類性、多態(tài)性、封裝性、模塊獨(dú)立性。2 類與實(shí)例類是具有共同屬性、共同方法的對象的集合。它描述了屬于該對象類型的所有對象的性質(zhì)，而一個(gè)對象則是其對應(yīng)類的一個(gè)實(shí)例。類是關(guān)于對象性質(zhì)的描述，它同對象一樣，包括一組數(shù)據(jù)屬性與在數(shù)據(jù)上的一組合法操作。3 消息消息是實(shí)例之間傳遞的信息民，它請求對象執(zhí)行某一處理或回答某一要求的信息，它統(tǒng)一了數(shù)據(jù)流與控制流。一個(gè)消息由三部分組成：接收消息的對象名稱、消息標(biāo)識(shí)符（消息名）與零個(gè)或多個(gè)參數(shù)。4 繼承廣義地說，繼承是指能夠直接獲得已有的性質(zhì)與特征，而不必重復(fù)定義它們。繼承分為單繼承與多重繼承。單繼承是指，一個(gè)類只允許有一

24、個(gè)父類，即類等級為樹形結(jié)構(gòu)。多重繼承是指，一個(gè)類允許有多個(gè)父類。5 多態(tài)性對像根據(jù)所接受的消息而做出動(dòng)作，同樣的消息被告不同的對象接受時(shí)可導(dǎo)致完全不同的行動(dòng)，該現(xiàn)象稱為多態(tài)性。第3章 軟件工程基礎(chǔ)3.1 軟件工程基本概念1. 軟件定義與軟件特點(diǎn)軟件指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件相互依存的另一部分，包括程序、數(shù)據(jù)與相關(guān)文檔的完整集合。程序是軟件開發(fā)人員根據(jù)用戶需求開發(fā)的、用程序設(shè)計(jì)語言描述的、適合計(jì)算機(jī)執(zhí)行的指令序列。數(shù)據(jù)是使程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。文檔是與程序的開發(fā)、維護(hù)與使用有關(guān)的圖文資料?？梢?，軟件由兩部分組成：l 機(jī)器可執(zhí)行的程序與數(shù)據(jù)；l 機(jī)器不可執(zhí)行的，與軟件開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)、使用等

25、有關(guān)的文檔。根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)的不同，軟件可分應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件與支撐軟件（或工具軟件），見表3-1。表3-1 軟件的分類 名稱描述應(yīng)用軟件為解決特定領(lǐng)域的應(yīng)用而開發(fā)的軟件系統(tǒng)軟件計(jì)算機(jī)管理自身資源，提高計(jì)算機(jī)使用效率并為計(jì)算機(jī)用戶提供各種服務(wù)的軟件支撐軟件（或工具軟件）支撐軟件是介于兩者之間，協(xié)助用戶開發(fā)軟件的工具性軟件2. 軟件工程為了擺脫軟件危機(jī)，提出了軟件工程的概念。軟件工程學(xué)是研究軟件開發(fā)與維護(hù)的普遍原理與技術(shù)的一門工程學(xué)科。所謂軟件工程是指采用工程概念、原理、技術(shù)與方法指導(dǎo)軟件的開發(fā)與維護(hù)。軟件工程學(xué)的主要研究對象包括軟件開發(fā)與維護(hù)技術(shù)、方法、工具與管理等方面。軟件工程包括3個(gè)

26、要素：方法、工具與過程，見表3-2。表3-2 軟件工程三要素名稱描述方法方法是完成軟件工程項(xiàng)目的技術(shù)手段工具工具支持軟件的開發(fā)、管理、文檔生成過程過程支持軟件開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)的控制、管理3.2 軟件生命周期1. 軟件生命周期概念軟件產(chǎn)品從提出、實(shí)現(xiàn)、使用維護(hù)到停止使用退役的過程稱為軟件生命周期。軟件生命周期分為3個(gè)時(shí)期共8個(gè)階段，l 軟件定義期：包括問題定義、可行性研究與需求分析3個(gè)階段；l 軟件開發(fā)期：包括概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與測試4個(gè)階段；l 運(yùn)行維護(hù)期：即運(yùn)行維護(hù)階段。軟件生命周期各個(gè)階段的活動(dòng)可以有重復(fù)，執(zhí)行時(shí)也可以有迭代，如圖3-1所示。2. 軟件生命周期各階段的主要任務(wù)在圖3-1

27、中的軟件生命周期各階段的主要任務(wù)，見表3-3表3-3軟件生命周期各階段的主要任務(wù)任務(wù)描述問題定義確定要求解決的問題是什么可行性研究與計(jì)劃制定決定該問題是否存在一個(gè)可行的解決辦法，指定完成開發(fā)任務(wù)的實(shí)施計(jì)劃需求分析對待開發(fā)軟件提出需求進(jìn)行分析并給出詳細(xì)定義。編寫軟件規(guī)格說明書與初步的用戶手冊，提交評審軟件設(shè)計(jì)通常又分為概要設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，給出軟件的結(jié)構(gòu)、模塊的劃分、功能的分配以與處理流程。這階段提交評審的文檔有概要設(shè)計(jì)說明書、詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書與測試計(jì)劃初稿軟件實(shí)現(xiàn)在軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上編寫程序。這階段完成的文檔有用戶手冊、操作手冊等面向用戶的文檔，以與為下一步作準(zhǔn)備而編寫的單元測試計(jì)劃軟件測試

28、在設(shè)計(jì)測試用例的基礎(chǔ)上，檢驗(yàn)軟件的各個(gè)組成部分。編寫測試分析報(bào)告運(yùn)行維護(hù)將已交付的軟件投入運(yùn)行，同時(shí)不斷的維護(hù)，進(jìn)行必要而且可行的擴(kuò)充與刪改3.3 軟件設(shè)計(jì)3.3.1 軟件設(shè)計(jì)基本概念1) 按技術(shù)觀點(diǎn)分從技術(shù)觀點(diǎn)上看，軟件設(shè)計(jì)包括軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)、過程設(shè)計(jì)。a) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定義軟件系統(tǒng)各主要部件之間關(guān)系；b) 數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)將分析時(shí)創(chuàng)建的模型轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義；c) 接口設(shè)計(jì)是描述軟件內(nèi)部、軟件與協(xié)作系統(tǒng)之間以與軟件與人之間如何通信；d) 過程設(shè)計(jì)則是把系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)換為軟件的過程性描述。2) 按工程管理角度分從工程管理角度來看，軟件設(shè)計(jì)分兩步完成：概要設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)。a) 概要設(shè)計(jì)

29、將軟件需求轉(zhuǎn)化為軟件體系結(jié)構(gòu)、確定系統(tǒng)級接口、全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫模式；b) 詳細(xì)設(shè)計(jì)確立每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)算法與局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用適當(dāng)方法表示算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。3.3.2 軟件設(shè)計(jì)的基本原理1. 軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循的基本原理與與軟件設(shè)計(jì)有關(guān)的概念(1) 抽象軟件設(shè)計(jì)中考慮模塊化解決方案時(shí)，可以定出多個(gè)抽象級別。抽象的層次從概要設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)逐步降低。(2) 模塊化模塊是指把一個(gè)待開發(fā)的軟件分解成若干小的簡單部分。模塊化是指解決一個(gè)復(fù)雜問題時(shí)自頂向下逐層把軟件劃分成若干模塊的過程。(3) 信息隱蔽信息隱蔽是指在一個(gè)模塊內(nèi)包含的信息（過程或數(shù)據(jù)），對于不需要這些信息的其他模塊來說是不能訪問的。(4

30、) 模塊獨(dú)立性模塊獨(dú)立性是指每個(gè)模塊只完成系統(tǒng)要求的獨(dú)立的子功能，并且與其他模塊的聯(lián)系最少且接口簡單。模塊的獨(dú)立程度是評價(jià)設(shè)計(jì)好壞的重要度量標(biāo)準(zhǔn)。衡量軟件的模塊獨(dú)立性用耦合性與內(nèi)聚性兩個(gè)定性的度量標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)聚性是信息隱蔽與局部化概念的自然擴(kuò)展。一個(gè)模塊的內(nèi)聚性越強(qiáng)則該模塊的模塊獨(dú)立性越強(qiáng)。一個(gè)模塊與其他模塊的耦合性越強(qiáng)則該模塊的模塊獨(dú)立性越弱。2. 衡量軟件模塊獨(dú)立性使用耦合性與內(nèi)聚性兩個(gè)定性的度量標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)聚性是度量一個(gè)模塊功能強(qiáng)度的一個(gè)相對指標(biāo)。內(nèi)聚是從功能角度來衡量模塊的聯(lián)系，它描述的是模塊內(nèi)的功能聯(lián)系。內(nèi)聚有如下種類，它們之間的內(nèi)聚度由弱到強(qiáng)排列：偶然內(nèi)聚、邏輯內(nèi)聚、時(shí)間內(nèi)聚、過程內(nèi)聚、通信

31、內(nèi)聚、順序內(nèi)聚、功能內(nèi)聚。耦合性是模塊之間互相連接的緊密程度的度量。耦合性取決于各個(gè)模塊之間接口的復(fù)雜度、調(diào)用方式以與哪些信息通過接口。耦合可以分為多種形式，它們之間的耦合度由高到低排列：內(nèi)容耦合、公共耦合、外部耦合、控制耦合、標(biāo)記耦合、數(shù)據(jù)耦合、非直接耦合。在程序結(jié)構(gòu)中，各模塊的內(nèi)聚性越強(qiáng)，則耦合性越弱。一般較優(yōu)秀的軟件設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量做到高內(nèi)聚，低耦合，即減弱模塊之間的耦合性與提高模塊內(nèi)的內(nèi)聚性，有利于提高模塊的獨(dú)立性。3.4 結(jié)構(gòu)化分析方法1. 結(jié)構(gòu)化分析方法的定義結(jié)構(gòu)化分析方法就是使用數(shù)據(jù)流圖（DFD）、數(shù)據(jù)字典（DD）、結(jié)構(gòu)化英語、判定表與判定樹的工具，來建立一種新的、稱為結(jié)構(gòu)化規(guī)格說明

32、的目標(biāo)文檔。結(jié)構(gòu)化分析方法的實(shí)質(zhì)是著眼于數(shù)據(jù)流、自頂向下、對系統(tǒng)的功能進(jìn)行逐層分解、以數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典為主要工具，建立系統(tǒng)的邏輯模型。2. 結(jié)構(gòu)化分析方法常用工具 (1) 數(shù)據(jù)流圖（DFD）數(shù)據(jù)流圖是系統(tǒng)邏輯模型的圖形表示，即使不是專業(yè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)人員也容易理解它，因此它是分析員與用戶之間極好的通信工具。(2) 數(shù)據(jù)字典（DD）數(shù)據(jù)字典是對數(shù)據(jù)流圖中所有元素的定義的集合，是結(jié)構(gòu)化分析的核心。數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典共同構(gòu)成系統(tǒng)的邏輯模型，沒有數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流圖就不嚴(yán)格，若沒有數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)字典也難于發(fā)揮作用。數(shù)據(jù)字典中有4種類型的條目：數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與加工。(3) 判定表有些加工的邏輯用語

33、言形式不容易表達(dá)清楚，而用表的形式則一目了然。如果一個(gè)加工邏輯有多個(gè)條件、多個(gè)操作，并且在不同的條件組合下執(zhí)行不同的操作，那么可以使用判定表來描述。(4) 判定樹判定樹與判定表沒有本質(zhì)的區(qū)別，可以用判定表表示的加工邏輯都能用判定樹表示。3. 軟件需求規(guī)格說明書軟件需求規(guī)格說明書是需求分析階段的最后成果，是軟件開發(fā)的重要文檔之一。它的特點(diǎn)是具有正確性、無歧義性、完整性、可驗(yàn)證性、一致性、可理解性、可修改性與可追蹤性。3.5 軟件測試3.5.1 軟件測試的目的與準(zhǔn)則1. 軟件測試的目的Grenford.J.Myers給出了軟件測試的目的：l 測試是為了發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤而執(zhí)行程序的過程；l 好的測試

34、用例（test case）能發(fā)現(xiàn)迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤；l 一次成功的測試是能發(fā)現(xiàn)至今為止尚未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。測試的目的是發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤，但是，暴露錯(cuò)誤并不是軟件測試的最終目的，測試的根本目的是盡可能多地發(fā)現(xiàn)并排除軟件中隱藏的錯(cuò)誤。2. 軟件測試的準(zhǔn)則根據(jù)上述軟件測試的目的，為了能設(shè)計(jì)出有效的測試方案，以與好的測試用例，軟件測試人員必須深入理解，并正確運(yùn)用以下軟件測試的基本準(zhǔn)則：l 所有測試都應(yīng)追溯到用戶需求；l 在測試之前制定測試計(jì)劃，并嚴(yán)格執(zhí)行；l 充分注意測試中的群集現(xiàn)象；l 避免由程序的編寫者測試自己的程序；l 不可能進(jìn)行窮舉測試；l 妥善保存測試計(jì)劃、測試用例、出錯(cuò)統(tǒng)計(jì)與最終分析報(bào)告，

35、為維護(hù)提供方便。3.5.2 軟件測試的方法與實(shí)施1. 軟件測試方法軟件測試具有多種方法，依據(jù)軟件是否需要被執(zhí)行，可以分為靜態(tài)測試與動(dòng)態(tài)測試方法。如果依照功能劃分，可以分為白盒測試與黑盒測試方法。（1） 靜態(tài)測試與動(dòng)態(tài)測試a) 靜態(tài)測試包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量等。其中代碼檢查分為代碼審查、代碼走查、桌面檢查、靜態(tài)分析等具體形式；b) 動(dòng)態(tài)測試。靜態(tài)測試不實(shí)際運(yùn)行軟件，主要通過人工進(jìn)行分析。動(dòng)態(tài)測試就是通常所說的上機(jī)測試，是通過運(yùn)行軟件來檢驗(yàn)軟件中的動(dòng)態(tài)行為與運(yùn)行結(jié)果的正確性。動(dòng)態(tài)測試的關(guān)鍵是使用設(shè)計(jì)高效、合理的測試用例。測試用例就是為測試設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，由測試輸入數(shù)據(jù)與預(yù)期的輸出結(jié)果

36、兩部分組成。測試用例的設(shè)計(jì)方法一般分為兩類：黑盒測試方法與白盒測試方法。（2） 黑盒測試與白盒測試a) 白盒測試。白盒測試是把程序看成裝在一只透明的白盒子里，測試者完全了解程序的結(jié)構(gòu)與處理過程。它根據(jù)程序的內(nèi)部邏輯來設(shè)計(jì)測試用例，檢查程序中的邏輯通路是否都按預(yù)定的要求正確地工作；b) 黑盒測試。黑盒測試是把程序看成一只黑盒子，測試者完全不了解，或不考慮程序的結(jié)構(gòu)與處理過程。它根據(jù)規(guī)格說明書的功能來設(shè)計(jì)測試用例，檢查程序的功能是否符合規(guī)格說明的要求。2. 軟件測試的實(shí)施軟件測試過程分4個(gè)步驟，即單元測試、集成測試、驗(yàn)收測試與系統(tǒng)測試。單元測試是對軟件設(shè)計(jì)的最小單位模塊（程序單元）進(jìn)行正確性檢驗(yàn)測

37、試。單元測試的技術(shù)可以采用靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)測試。集成測試是測試與組裝軟件的過程，主要目的是發(fā)現(xiàn)與接口有關(guān)的錯(cuò)誤，主要依據(jù)是概要設(shè)計(jì)說明書。集成測試所設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：軟件單元的接口測試、全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)測試、邊界條件與非法輸入的測試等。集成測試時(shí)將模塊組裝成程序，通常采用兩種方式：非增量方式組裝與增量方式組裝。確認(rèn)測試的任務(wù)是驗(yàn)證軟件的功能與性能，以與其他特性是否滿足了需求規(guī)格說明中確定的各種需求，包括軟件配置是否完全、正確。確認(rèn)測試的實(shí)施首先運(yùn)用黑盒測試方法，對軟件進(jìn)行有效性測試，即驗(yàn)證被測軟件是否滿足需求規(guī)格說明確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)測試是通過測試確認(rèn)的軟件，作為整個(gè)基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)元素，與計(jì)算機(jī)硬

38、件、外設(shè)、支撐軟件、數(shù)據(jù)與人員等其他系統(tǒng)元素組合在一起，在實(shí)際運(yùn)行（使用）環(huán)境下對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一系列的集成測試與確認(rèn)測試。系統(tǒng)測試的具體實(shí)施一般包括：功能測試、性能測試、操作測試、配置測試、外部接口測試、安全性測試等。3.6 程序的調(diào)試在對程序進(jìn)行了成功的測試之后將進(jìn)入程序調(diào)試（通常稱Debug，即排錯(cuò)）。程序的調(diào)試任務(wù)是診斷與改正程序中的錯(cuò)誤。調(diào)試主要在開發(fā)階段進(jìn)行。程度調(diào)試活動(dòng)由兩部分組成，一是根據(jù)排錯(cuò)的跡象確定程序中錯(cuò)誤的確切性質(zhì)、原因與位置；二是對程序進(jìn)行修改，排除這個(gè)錯(cuò)誤。程序調(diào)試的基本步驟：1. 錯(cuò)誤定位。從錯(cuò)誤的外部表現(xiàn)形式入手，研究有關(guān)部分的程序，確定程序中出錯(cuò)位置，找出錯(cuò)誤

39、的內(nèi)在原因；2. 修改設(shè)計(jì)與代碼，以排除錯(cuò)誤；3. 進(jìn)行回歸測試，防止引進(jìn)新的錯(cuò)誤。軟件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試主要是指通過人的思維來分析源程序代碼與排錯(cuò)，是主要的設(shè)計(jì)手段，而動(dòng)態(tài)調(diào)試是輔助靜態(tài)調(diào)試的。主要的調(diào)試方法有：強(qiáng)行排錯(cuò)法、回溯法與原因排除法3種。第4章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4.1 數(shù)據(jù)庫的基本概念數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對象，它是描述事物的符號(hào)記錄。數(shù)據(jù)庫是長期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)集合，它具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式并存放于統(tǒng)一的存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)，是多種應(yīng)用數(shù)據(jù)的集成，并可被各個(gè)應(yīng)用程序所共享，所以數(shù)據(jù)庫技術(shù)的根本目標(biāo)是解決數(shù)據(jù)共享問題。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS，Dat

40、abase Management System）是數(shù)據(jù)庫的機(jī)構(gòu)，它是一種系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)維護(hù)、控制與保護(hù)與數(shù)據(jù)服務(wù)等。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)系統(tǒng)的核心。為完成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)語言：數(shù)據(jù)定義語言、數(shù)據(jù)操縱語言、數(shù)據(jù)控制語言。4.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展與基本特點(diǎn)1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段：人工管理階段、文件系統(tǒng)階段與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。關(guān)于數(shù)據(jù)管理三個(gè)階段中的軟硬件背景與處理特點(diǎn)，簡單概括見表4-1。表4-1 數(shù)據(jù)管理三個(gè)階段的比較人工管理階段文件管理階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理階段背景應(yīng)用目的科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算、管理大規(guī)模管

41、理硬件背景無直接存取設(shè)備磁盤、磁鼓大容量磁盤軟件背景無操作系統(tǒng)有文件系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理方式批處理聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理分布處理、聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理與批處理特點(diǎn)數(shù)據(jù)管理者人文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)面向的對象某個(gè)應(yīng)用程序某個(gè)應(yīng)用程序現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)的共享程度無共享，冗余度大共享性差，冗余度大共享性大，冗余度小數(shù)據(jù)的獨(dú)立性不獨(dú)立，完全依賴于程序獨(dú)立性差具有高度的物理獨(dú)立性與一定的邏輯獨(dú)立性數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化無結(jié)構(gòu)記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)，整體無結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)控制能力由應(yīng)用程序控制應(yīng)用程序控制由DBMS提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、并發(fā)控制與恢復(fù)2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)獨(dú)立性是數(shù)據(jù)與程序間的互不依賴性，即數(shù)據(jù)

42、庫中的數(shù)據(jù)獨(dú)立于應(yīng)用程序而不依賴于應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)的獨(dú)立性一般分為物理獨(dú)立性與邏輯獨(dú)立性兩種。(1) 物理獨(dú)立性：當(dāng)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方式等）改變時(shí)，如存儲(chǔ)設(shè)備的更換、物理存儲(chǔ)的更換、存取方式改變等，應(yīng)用程序都不用改變。(2) 邏輯獨(dú)立性：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，如修改數(shù)據(jù)模式、增加新的數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間聯(lián)系等，用戶程序都可以不變。4.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)1. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的3級模式(1) 概念模式，也稱邏輯模式，是對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述，是全體用戶（應(yīng)用）公共數(shù)據(jù)視圖。一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)概念模式；(2) 外模式，外模式也稱子模式，它是數(shù)據(jù)庫用戶能夠看見與使用

43、的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與特征的描述，它是由概念模式推導(dǎo)而出來的，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。一個(gè)概念模式可以有若干個(gè)外模式；(3) 內(nèi)模式，內(nèi)模式又稱物理模式，它給出了數(shù)據(jù)庫物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與物理存取方法。內(nèi)模式處于最底層，它反映了數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)物理結(jié)構(gòu)中的實(shí)際存儲(chǔ)形式，概念模式處于中間層，它反映了設(shè)計(jì)者的數(shù)據(jù)全局邏輯要求，而外模式處于最外層，它反映了用戶對數(shù)據(jù)的要求。2. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩級映射兩級映射保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。(1) 概念模式到內(nèi)模式的映射。該映射給出了概念模式中數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)到數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)間的對應(yīng)關(guān)系；(2) 外模式到概念模式的映射。概

44、念模式是一個(gè)全局模式而外模式是用戶的局部模式。一個(gè)概念模式中可以定義多個(gè)外模式，而每個(gè)外模式是概念模式的一個(gè)基本視圖。4.4 數(shù)據(jù)模型的基本概念數(shù)據(jù)模型從抽象層次上描述了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動(dòng)態(tài)行為與約束條件，因此數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作與數(shù)據(jù)約束三部分組成。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型分為3種：層次模型、網(wǎng)狀模型與關(guān)系模型。數(shù)據(jù)模型特點(diǎn)見表4-2。表4-2 各種數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)發(fā)展階段主要特點(diǎn)層次模型用樹形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體與其之間聯(lián)系的模型稱為層次模型，上級結(jié)點(diǎn)與下級結(jié)點(diǎn)之間為一對多的聯(lián)系網(wǎng)狀模型用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體與其之間聯(lián)系的模型稱為網(wǎng)狀模型，網(wǎng)中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)代表一個(gè)實(shí)體類型，允許結(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)的父結(jié)點(diǎn)，可以有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)沒有父結(jié)點(diǎn)關(guān)系模型用二維表結(jié)構(gòu)來表示實(shí)體以與實(shí)體之間聯(lián)系的模型稱為關(guān)系模型，在關(guān)系模型中把數(shù)據(jù)看成是二維表中元素，一張二維表就是一個(gè)關(guān)系4.5 E-R模型1. E-R模型的基本概念(1) 實(shí)體：現(xiàn)實(shí)世界中的事物可以抽象成為實(shí)體，實(shí)體是概念世界中的基本單位，它們是客觀存在的且又能相互區(qū)別的事物；(2) 屬性：現(xiàn)實(shí)世界中事物均有一些特性，這些特性可以用屬性來表示；