數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(嚴(yán)蔚敏)課件第1章

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(嚴(yán)蔚敏)課件第1章

制作人：PPt創(chuàng)作者時間：2024年X月目錄第1章數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概述第2章線性表第3章棧與隊列第4章串第5章樹第6章圖第7章數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)綜合應(yīng)用第8章數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程總結(jié)01第1章數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)概述

什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)元素以及數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系的集合。在計算機科學(xué)中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種組織和存儲數(shù)據(jù)的方式，能夠更高效地訪問和修改數(shù)據(jù)。包括邏輯結(jié)構(gòu)（如數(shù)組、鏈表）和物理結(jié)構(gòu)（如順序存儲、鏈?zhǔn)酱鎯Γ?/p>

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念描述客觀事物的符號，是計算機能夠操作的對象。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的基本單位，在計算機中通常作為一個整體進行考慮。數(shù)據(jù)元素數(shù)據(jù)元素中的最小單位。數(shù)據(jù)項

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)元素之間的關(guān)系和存儲方式可以分為線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)。線性結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)元素之間存在一對一的關(guān)系，如數(shù)組和鏈表；非線性結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)元素之間存在一對多或多對多的關(guān)系，如樹和圖。另外，存儲結(jié)構(gòu)指數(shù)據(jù)在計算機中的存儲方式，如順序存儲和鏈?zhǔn)酱鎯Φ取?/p>

刪除從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中刪除指定數(shù)據(jù)元素。修改對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)元素進行修改。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本操作插入向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中插入新的數(shù)據(jù)元素。數(shù)據(jù)庫中的索引結(jié)構(gòu)以及查詢優(yōu)化都依賴于合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)用0103游戲中的場景、物品、角色等數(shù)據(jù)都需要合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行存儲和操作。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在游戲開發(fā)中的應(yīng)用02不同的算法需要不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來支持其實現(xiàn)，如哈希表、棧、隊列等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在算法中的應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為計算機科學(xué)的基礎(chǔ)，對于算法、程序設(shè)計以及系統(tǒng)優(yōu)化都有著重要的影響。掌握好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠幫助程序員更加高效地解決問題，提高代碼的質(zhì)量和性能。02第2章線性表

線性表的定義線性表是n個具有相同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)元素的有限序列。包括線性表的順序存儲結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)。

線性表的基本操作根據(jù)關(guān)鍵字查找指定數(shù)據(jù)元素。查找向線性表中插入新的數(shù)據(jù)元素。插入從線性表中刪除指定數(shù)據(jù)元素。刪除

線性表的順序存儲結(jié)構(gòu)使用一組地址連續(xù)的存儲單元依次存儲線性表的數(shù)據(jù)元素。連續(xù)存儲支持高效的隨機訪問，但插入和刪除操作效率較低。隨機訪問

線性表的鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)通過指針將數(shù)據(jù)元素連接起來形成一個鏈表。支持動態(tài)分配內(nèi)存，插入和刪除操作效率較高。

鏈?zhǔn)酱鎯Σ迦牒蛣h除操作效率高需要動態(tài)分配內(nèi)存..................線性表操作比較順序存儲隨機訪問效率高插入和刪除操作效率低總結(jié)是n個具有相同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)元素的有限序列。線性表可以采用順序存儲或鏈?zhǔn)酱鎯Α４鎯Y(jié)構(gòu)包括查找、插入、刪除等基本操作。操作

03第3章棧與隊列

棧的定義與基本操作棧是一種特殊的線性表，具有先進后出的特點?；静僮靼ㄈ霔：统鰲?。棧在計算機科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，是遞歸算法和表達式求值中的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

棧的應(yīng)用使用棧來實現(xiàn)遞歸函數(shù)的調(diào)用和跟蹤遞歸算法的實現(xiàn)利用棧來解析和計算數(shù)學(xué)表達式表達式求值

隊列的定義與基本操作隊列是一種特殊的線性表，具有先進先出的特點?；静僮靼ㄈ腙牶统鲫?。在操作系統(tǒng)中，隊列被廣泛應(yīng)用于作業(yè)調(diào)度，而在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，隊列也用于數(shù)據(jù)包的排隊傳輸。

隊列的應(yīng)用使用隊列來按照任務(wù)的優(yōu)先級進行調(diào)度操作系統(tǒng)中的作業(yè)調(diào)度利用隊列來管理數(shù)據(jù)包的傳輸順序網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中的數(shù)據(jù)包排隊

操作復(fù)雜度棧：入棧和出棧均為O(1)隊列：入隊和出隊均為O(1)應(yīng)用場景棧：遞歸、表達式求值隊列：作業(yè)調(diào)度、數(shù)據(jù)包傳輸數(shù)據(jù)存儲方式棧：順序存儲、鏈?zhǔn)酱鎯﹃犃校喉樞虼鎯Α㈡準(zhǔn)酱鎯Ｅc隊列比較數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)棧：先進后出隊列：先進先出棧的特性使得遞歸算法的實現(xiàn)更加高效遞歸算法0103隊列用于作業(yè)調(diào)度，按照一定規(guī)則管理任務(wù)執(zhí)行順序操作系統(tǒng)調(diào)度02隊列在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中起到關(guān)鍵作用，保證數(shù)據(jù)包有序傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸04第4章串

串的定義與基本操作串是由零個或多個字符組成的有限序列?；静僮靼ù倪B接、截取、替換等。

將串中的字符順序存儲在一塊連續(xù)的存儲區(qū)中。順序存儲結(jié)構(gòu)0103

02采用鏈表存儲串中的字符。鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)串匹配算法從主串的第一個字符開始與模式串逐個比較。暴力匹配算法通過預(yù)處理模式串，實現(xiàn)快速匹配。KMP算法利用壞字符規(guī)則和好后綴規(guī)則，提高匹配效率。Boyer-Moore算法

鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)非連續(xù)存儲插入刪除方便暴力匹配算法簡單直接效率低KMP算法預(yù)處理模式串提高匹配速度串的特點比較順序存儲結(jié)構(gòu)連續(xù)存儲插入刪除復(fù)雜度高串的應(yīng)用領(lǐng)域串作為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在字符串匹配、文本處理、編譯原理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。了解串的存儲結(jié)構(gòu)和匹配算法，對于程序設(shè)計和算法實現(xiàn)至關(guān)重要。05第5章樹

樹的基本概念樹是n(n>0)個結(jié)點的有限集合，滿足任意兩個結(jié)點之間只有一條路徑。樹的結(jié)構(gòu)類似于自然界中的樹木，具有層次性和分支性。樹結(jié)構(gòu)在計算機科學(xué)中被廣泛應(yīng)用，可以用來表示數(shù)據(jù)的層次關(guān)系，如文件系統(tǒng)、組織結(jié)構(gòu)等。

樹的表示方法每個結(jié)點記錄其父結(jié)點的信息。雙親表示法每個結(jié)點記錄其孩子結(jié)點的信息。孩子表示法每個結(jié)點記錄其第一個孩子和下一個兄弟的信息。孩子兄弟表示法

常見樹結(jié)構(gòu)每個結(jié)點最多有兩個子結(jié)點。二叉樹左子樹上所有結(jié)點的值均小于根結(jié)點的值，右子樹上所有結(jié)點的值均大于根結(jié)點的值。二叉搜索樹左右子樹的高度差不超過1。平衡二叉樹

先訪問根結(jié)點，再遍歷左子樹，最后遍歷右子樹。前序遍歷0103先遍歷左子樹，再遍歷右子樹，最后訪問根結(jié)點。后序遍歷02先遍歷左子樹，再訪問根結(jié)點，最后遍歷右子樹。中序遍歷總結(jié)樹是一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過樹的層次性和分支性，可以高效地組織和管理數(shù)據(jù)。不同的樹結(jié)構(gòu)有不同的應(yīng)用場景，合理選擇和使用樹結(jié)構(gòu)可以提高程序的效率和準(zhǔn)確性。掌握樹的基本概念和表示方法，以及樹的遍歷算法，對于理解和應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。06第6章圖

邊有方向有向圖0103邊上帶有權(quán)值帶權(quán)圖02邊沒有方向無向圖鄰接表用鏈表表示每個頂點的鄰接頂點十字鏈表綜合鄰接表和逆鄰接表優(yōu)點適用于稀疏圖鄰接多重表解決無向圖的存儲問題圖的存儲結(jié)構(gòu)鄰接矩陣用矩陣表示圖中各個頂點之間的關(guān)系圖的遍歷算法深度優(yōu)先搜索（DFS）以一條路徑進行遍歷，直到該路徑最后一個頂點沒有鄰接頂點。廣度優(yōu)先搜索（BFS）以一層一層的方式進行遍歷，先遍歷完一層再遍歷下一層。

最短路徑算法解決單源最短路徑問題Dijkstra算法解決多源最短路徑問題Floyd算法

分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖的建立0103快速找到最短路徑路徑規(guī)劃02挖掘好友關(guān)系社交網(wǎng)絡(luò)分析07第7章數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)綜合應(yīng)用

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在信息管理中的應(yīng)用在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，索引結(jié)構(gòu)可以提高數(shù)據(jù)檢索的效率，加快查詢速度。而在文件系統(tǒng)中，目錄結(jié)構(gòu)可以幫助用戶組織管理文件，快速定位所需資源。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在算法設(shè)計中的應(yīng)用常見的排序算法有冒泡排序、快速排序等，不同場景下需要選擇合適的算法進行優(yōu)化。排序算法的選擇與優(yōu)化查找算法包括順序查找、二分查找等，設(shè)計高效的查找算法可以提高搜索效率。查找算法的設(shè)計與實現(xiàn)

圖像壓縮可以減少存儲空間、傳輸帶寬，常見的算法有JPEG、PNG等。圖像壓縮算法的實現(xiàn)0103

02為了高效處理圖像數(shù)據(jù)，需要設(shè)計合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲和處理圖像信息。圖像識別與分析中的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計決策樹的構(gòu)建與優(yōu)化決策樹算法原理剪枝與優(yōu)化技巧隨機森林算法

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在人工智能中的應(yīng)用智能搜索算法的設(shè)計深度學(xué)習(xí)中的搜索算法遺傳算法的優(yōu)化模擬退火算法應(yīng)用總結(jié)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，無論是信息管理、算法設(shè)計、圖像處理還是人工智能，都離不開對數(shù)據(jù)的組織和存儲。對于學(xué)習(xí)者來說，理解這些應(yīng)用場景可以更好地掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心概念，提高問題解決能力。08第8章數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程總結(jié)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識點回顧在第29頁，我們回顧了線性表、棧、隊列、串、樹、圖等基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念和操作。同時，我們深入探討了不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系與區(qū)別，加深了對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解和應(yīng)用。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用實例分析分析某一實際問題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程實際問題分析總結(jié)其中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇和實