《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二版》課件

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二版》PPT課件引言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)排序與查找數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用引言01課程簡(jiǎn)介課程名稱適用對(duì)象主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)本科生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、原理和應(yīng)用《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二版》數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心基礎(chǔ)，是解決實(shí)際問題的關(guān)鍵工具數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)直接影響程序的效率、可讀性和可維護(hù)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和算法分析的重要支撐數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性學(xué)習(xí)目標(biāo)01掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、原理和應(yīng)用02理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在解決實(shí)際問題中的作用和價(jià)值能夠運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實(shí)際問題，提高編程能力和算法分析能力03數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)02數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系的集合，它包括數(shù)據(jù)的表示和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、圖形結(jié)構(gòu)等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性包括數(shù)據(jù)的插入、刪除、查找等操作的時(shí)間復(fù)雜度，以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義03常見的數(shù)據(jù)類型常見的數(shù)據(jù)類型包括整型、實(shí)型、字符型等。01數(shù)據(jù)類型的概念數(shù)據(jù)類型是指一組性質(zhì)相同的值的集合以及定義在這個(gè)值集上的一組操作的總稱。02抽象數(shù)據(jù)類型的概念抽象數(shù)據(jù)類型是指一個(gè)數(shù)學(xué)模型以及定義在該模型上的一組操作。數(shù)據(jù)類型與抽象數(shù)據(jù)類型算法描述的概念算法描述是指使用某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來具體實(shí)現(xiàn)算法的過程。算法度量的概念算法度量是指對(duì)算法的性能進(jìn)行評(píng)估和比較的過程，主要包括時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。常見算法度量常見算法度量包括時(shí)間復(fù)雜度、空間復(fù)雜度、正確性、可讀性等。算法描述與度量線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)03一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由相同類型的元素按順序排列組成。數(shù)組二維數(shù)組，廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)、物理和工程領(lǐng)域。矩陣數(shù)組與矩陣由一系列節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)和指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。節(jié)點(diǎn)包含指向前一個(gè)和后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針，常用于需要頻繁插入和刪除的場(chǎng)景。鏈表雙向鏈表單向鏈表?xiàng)Ｗ裱筮M(jìn)先出（LIFO）原則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新元素總是添加到棧頂。隊(duì)列遵循先進(jìn)先出（FIFO）原則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新元素總是添加到隊(duì)列尾部，訪問時(shí)從隊(duì)列頭部開始。棧與隊(duì)列非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)04樹是一種非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由節(jié)點(diǎn)和邊組成，其中節(jié)點(diǎn)表示數(shù)據(jù)元素，邊表示節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。樹的概念樹的分類樹的遍歷根據(jù)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)，樹可以分為二叉樹、三叉樹、多叉樹等。樹的遍歷是指按照某種規(guī)律訪問樹中的節(jié)點(diǎn)，常見的遍歷方式有前序遍歷、中序遍歷和后序遍歷。030201樹圖的概念圖是由節(jié)點(diǎn)和邊組成的集合，其中節(jié)點(diǎn)表示對(duì)象，邊表示對(duì)象之間的關(guān)系。圖的表示圖可以用鄰接矩陣和鄰接表來表示。鄰接矩陣表示法適用于表示稀疏圖，而鄰接表表示法適用于表示稠密圖。圖的遍歷圖的遍歷是指按照某種規(guī)律訪問圖中的節(jié)點(diǎn)和邊，常見的遍歷方式有深度優(yōu)先遍歷和廣度優(yōu)先遍歷。圖論基礎(chǔ)最小生成樹問題圖論中的Prim算法和Kruskal算法可以用來解決最小生成樹問題。圖的著色問題圖的著色問題是一個(gè)經(jīng)典的NP完全問題，可以使用貪心算法或回溯算法來解決。最短路徑問題圖論中的Dijkstra算法和Floyd-Warshall算法可以用來解決最短路徑問題。圖的應(yīng)用排序與查找05冒泡排序通過重復(fù)地遍歷待排序序列，比較相鄰元素的大小，交換位置，直到?jīng)]有需要交換的元素為止。選擇排序在未排序序列中找到最小（或最大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后再?gòu)氖Ｓ辔磁判蛟刂欣^續(xù)尋找最小（或最大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此類推，直到所有元素均排序完畢。插入排序?qū)⒋判蛟夭迦氲揭雅判蛐蛄兄械倪m當(dāng)位置，使得插入后仍然保持有序。重復(fù)此過程，直到所有元素均插入到已排序序列中。排序算法從序列的第一個(gè)元素開始，逐個(gè)比較，直到找到目標(biāo)元素或遍歷完整個(gè)序列。線性查找在已排序的序列中，通過將待查找元素與中間元素比較，縮小查找范圍，直到找到目標(biāo)元素或查找范圍為空。二分查找利用哈希函數(shù)將待查找元素映射到哈希表中，通過直接訪問對(duì)應(yīng)的位置來查找目標(biāo)元素。哈希查找010203查找算法哈希表哈希函數(shù)沖突處理散列技術(shù)利用哈希函數(shù)將待查找元素映射到數(shù)組中，通過直接訪問數(shù)組元素來查找目標(biāo)元素。將待查找元素映射到數(shù)組下標(biāo)的函數(shù)。理想的哈希函數(shù)能夠?qū)⒋檎以鼐鶆虻赜成涞綌?shù)組中，以減小沖突的可能性。當(dāng)兩個(gè)不同的元素被哈希函數(shù)映射到同一個(gè)數(shù)組位置時(shí)，需要進(jìn)行沖突處理。常見的沖突處理方法有鏈地址法和開放地址法。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用06數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的哈希表、樹、圖等結(jié)構(gòu)可以用于設(shè)計(jì)高效的壓縮算法，如字典編碼、LZ77、LZ78等。這些算法能夠?qū)?shù)據(jù)壓縮成更小的空間，提高存儲(chǔ)效率。文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的鏈表、隊(duì)列、堆棧等結(jié)構(gòu)可以用于設(shè)計(jì)文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，如FAT、NTFS等文件系統(tǒng)。這些系統(tǒng)能夠?qū)⑽募?shù)據(jù)按照一定的邏輯結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在磁盤上，便于高效讀取和管理。數(shù)據(jù)壓縮與文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)模型通常采用關(guān)系模型或面向?qū)ο竽Ｐ?，這些模型需要用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的表、樹、圖等結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。查詢優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的查詢優(yōu)化器可以利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的圖算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等算法來優(yōu)化查詢語(yǔ)句的執(zhí)行計(jì)劃，提高查詢效率。123操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理等模塊需要用到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的鏈表、隊(duì)列、哈希表等結(jié)構(gòu)來管理系統(tǒng)的資源。操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的TCP