基于C語言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)課件-第1章緒論

基于c語言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)課件-第1章緒論目錄緒論線性表棧和隊列串和數(shù)組樹和二叉樹圖和網(wǎng)01緒論數(shù)據(jù)元素是組成數(shù)據(jù)的、有一定意義的基本單位，在計算機中通常作為整體處理。數(shù)據(jù)是描述客觀事物的符號，是計算機中可以操作的對象，是能被計算機識別，并輸入給計算機處理的符號集合。數(shù)據(jù)項一個數(shù)據(jù)元素可以由若干個數(shù)據(jù)項組成。數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)不可分割的最小單位。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。數(shù)據(jù)對象是性質(zhì)相同的數(shù)據(jù)元素的集合，是數(shù)據(jù)的子集。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念邏輯結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)對象中數(shù)據(jù)元素之間的相互關(guān)系。物理結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計算機中的存儲形式。數(shù)據(jù)的運算施加在數(shù)據(jù)上的運算包括運算的定義和實現(xiàn)。運算的定義是針對邏輯結(jié)構(gòu)的，指出運算的功能；運算的實現(xiàn)是針對物理結(jié)構(gòu)的，指出運算的具體操作步驟。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性01數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門研究非數(shù)值計算的程序設(shè)計問題中計算機的操作對象以及它們之間的關(guān)系和操作等的學(xué)問。02數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是介于數(shù)學(xué)、計算機硬件和計算機軟件三者之間的一門核心課程。03數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是高級程序設(shè)計語言的基礎(chǔ)，充分體現(xiàn)了數(shù)據(jù)與程序的結(jié)合。04數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是設(shè)計和實現(xiàn)編譯程序、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其他系統(tǒng)程序和大型應(yīng)用程序的重要基礎(chǔ)。C語言是一種面向過程的計算機程序設(shè)計語言，它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。C語言中的函數(shù)可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的各種操作，包括數(shù)據(jù)的輸入、輸出、存儲、排序、查找等。C語言中的指針可以方便地實現(xiàn)動態(tài)內(nèi)存分配，使得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的元素個數(shù)可以動態(tài)地變化。C語言中的數(shù)據(jù)類型豐富，包括基本類型、構(gòu)造類型、指針類型等，可以方便地實現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。C語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)系02線性表03線性表的抽象數(shù)據(jù)類型定義通過數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義線性表，并給出相應(yīng)的操作函數(shù)。01線性表的定義線性表是具有n個數(shù)據(jù)元素的有限序列。02線性表的基本操作包括初始化、插入、刪除、查找、遍歷等。線性表的定義和基本操作順序存儲結(jié)構(gòu)的定義用一段地址連續(xù)的存儲單元依次存儲線性表的數(shù)據(jù)元素。順序存儲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點可以隨機存取表中任一元素，且邏輯上相鄰的元素物理上也相鄰。順序存儲結(jié)構(gòu)的缺點插入和刪除操作需要移動大量元素，且預(yù)先分配存儲空間可能造成空間浪費。線性表的順序存儲結(jié)構(gòu)鏈式存儲結(jié)構(gòu)的定義用一組任意的存儲單元存儲線性表的數(shù)據(jù)元素，這組存儲單元可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。鏈式存儲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點插入和刪除操作只需修改指針，不需要移動元素，且存儲空間可以動態(tài)分配。鏈式存儲結(jié)構(gòu)的缺點只能順序存取元素，且每個元素需要額外存儲一個指向后繼元素的指針，增加了存儲空間。線性表的鏈式存儲結(jié)構(gòu)03棧和隊列棧的定義棧（Stack）是一種特殊的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其操作只能在一端（稱為棧頂）進行，遵循后進先出（LIFO）的原則。入棧在棧頂插入一個元素。初始化棧創(chuàng)建一個空棧，為棧分配內(nèi)存空間。出棧刪除棧頂元素并返回其值。判斷棧是否為空檢查棧內(nèi)是否有元素。獲取棧頂元素返回棧頂元素的值但不刪除該元素。棧的定義和基本操作使用一維數(shù)組來表示棧，棧底固定在數(shù)組的一端，棧頂隨著入棧和出棧操作而移動。順序棧具有空間利用率高、存取速度快等優(yōu)點，但需要預(yù)先分配內(nèi)存空間，且可能出現(xiàn)棧溢出問題。順序棧使用鏈表來表示棧，鏈表的頭結(jié)點即為棧頂。鏈式棧無需預(yù)先分配內(nèi)存空間，可以動態(tài)地分配和釋放內(nèi)存，但存取速度相對較慢。鏈式棧棧的存儲結(jié)構(gòu)隊列的定義入隊出隊獲取隊頭元素判斷隊列是否為空初始化隊列隊列（Queue）是一種特殊的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其操作在兩端進行，一端為隊頭（front），另一端為隊尾（rear），遵循先進先出（FIFO）的原則。創(chuàng)建一個空隊列，為隊列分配內(nèi)存空間。檢查隊列內(nèi)是否有元素。在隊尾插入一個元素。刪除隊頭元素并返回其值。返回隊頭元素的值但不刪除該元素。隊列的定義和基本操作要點三順序隊列使用一維數(shù)組來表示隊列，隊頭和隊尾分別指向隊列的首尾元素。順序隊列具有空間利用率高、存取速度快等優(yōu)點，但需要預(yù)先分配內(nèi)存空間，且可能出現(xiàn)假溢出問題（即數(shù)組空間未滿但隊尾指針已達到數(shù)組末端）。要點一要點二循環(huán)隊列對順序隊列進行優(yōu)化，將數(shù)組視為一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，當(dāng)隊尾指針達到數(shù)組末端時，可以從數(shù)組起始位置繼續(xù)插入元素。循環(huán)隊列解決了假溢出問題，提高了空間利用率。鏈式隊列使用鏈表來表示隊列，鏈表的頭結(jié)點為隊頭，尾結(jié)點為隊尾。鏈式隊列無需預(yù)先分配內(nèi)存空間，可以動態(tài)地分配和釋放內(nèi)存，但存取速度相對較慢。要點三隊列的存儲結(jié)構(gòu)04串和數(shù)組串的定義串（string）是由零個或多個字符組成的有限序列。一般記為s='a1a2…an'(n>=0)，其中，s是串的名稱，用單引號（或雙引號）括起來的字符序列是串的值；ai(1≤i≤n)可以是字母、數(shù)字或其它字符；串中字符的數(shù)目n稱為串的長度。零個字符的串稱為空串（emptystring），它的長度為零，可以直接用兩雙引號表示，也可以用希臘字母“Φ”來表示。串的基本操作串的基本操作包括賦值、比較、連接、求長度、子串、插入、刪除等。串的定義和基本操作將串分配在一個定長的字符數(shù)組中，一般是靜態(tài)的。定長順序存儲以一組地址連續(xù)的存儲單元存放串值的字符序列。堆分配存儲為串分配一個頭結(jié)點，單鏈表中的結(jié)點存儲一個字符。塊鏈存儲串的存儲結(jié)構(gòu)數(shù)組（Array）是有序的元素序列。若將有限個類型相同的變量的集合命名，那么這個名稱為數(shù)組名。組成數(shù)組的各個變量稱為數(shù)組的分量，也稱為數(shù)組的元素，有時也稱為下標(biāo)變量。用于區(qū)分數(shù)組的各個元素的數(shù)字編號稱為下標(biāo)。數(shù)組是在程序設(shè)計中，為了處理方便，把具有相同類型的若干元素按無序的形式組織起來的一種形式。這些無序排列的同類數(shù)據(jù)元素的集合稱為數(shù)組。數(shù)組的定義數(shù)組的基本操作包括創(chuàng)建、初始化、訪問、修改、遍歷等。數(shù)組的基本操作數(shù)組的定義和基本操作數(shù)組的存儲結(jié)構(gòu)多維數(shù)組可以看作是多層嵌套的線性表或矩陣，同樣可以采用順序存儲結(jié)構(gòu)或鏈式存儲結(jié)構(gòu)進行表示和操作。多維數(shù)組的存儲結(jié)構(gòu)一維數(shù)組可視為一個線性表，采用順序存儲結(jié)構(gòu)。一維數(shù)組的存儲結(jié)構(gòu)二維數(shù)組可視為一個矩陣，采用順序存儲結(jié)構(gòu)或鏈式存儲結(jié)構(gòu)。在順序存儲結(jié)構(gòu)中，二維數(shù)組按行優(yōu)先或列優(yōu)先的方式進行存儲。二維數(shù)組的存儲結(jié)構(gòu)05樹和二叉樹樹的定義和基本操作樹（Tree）是n（n>=0）個結(jié)點的有限集。n=0時稱為空樹。在任意一棵非空樹中有且僅有一個特定的稱為根（Root）的結(jié)點。當(dāng)n>1時，其余結(jié)點可分為m（m>0）個互不相交的有限集T1、T2、...、Tm，其中每一個集合本身又是一棵樹，并且稱為根的子樹（SubTree）。樹的基本操作包括判斷一棵樹是否為空初始化一棵樹樹的定義和基本操作樹的定義和基本操作010203獲取樹的節(jié)點數(shù)獲取樹的深度獲取樹的根節(jié)點二叉樹（BinaryTree）是n（n>=0）個結(jié)點的有限集，它或者是空集（n=0），或者由一個根結(jié)點和兩棵互不相交的、分別稱為左子樹和右子樹的二叉樹組成。二叉樹的定義和基本操作03判斷一棵二叉樹是否為空01二叉樹的基本操作包括02初始化一棵二叉樹二叉樹的定義和基本操作二叉樹的定義和基本操作01獲取二叉樹的根節(jié)點02獲取二叉樹的左子樹和右子樹在二叉樹中插入一個節(jié)點03在二叉樹中刪除一個節(jié)點查找二叉樹中的某個節(jié)點二叉樹的定義和基本操作01中序遍歷（In-orderTraversal）：先中序遍歷左子樹，然后訪問根結(jié)點，最后中序遍歷右子樹。后序遍歷（Post-orderTraversal）：先后序遍歷左子樹，然后后序遍歷右子樹，最后訪問根結(jié)點。層序遍歷（Level-orderTraversal）：按照二叉樹的層次，逐層進行遍歷。前序遍歷（Pre-orderTraversal）：先訪問根結(jié)點，然后前序遍歷左子樹，最后前序遍歷右子樹。020304二叉樹的遍歷算法ABCD樹和二叉樹的應(yīng)用舉例表達式求值利用二叉樹來表示算術(shù)表達式，通過遍歷二叉樹來計算表達式的值。文件系統(tǒng)在文件系統(tǒng)中，目錄結(jié)構(gòu)通常采用樹形結(jié)構(gòu)來表示，方便管理和查找文件。排序算法如歸并排序（MergeSort）和堆排序（HeapSort）等排序算法都利用了二叉樹的結(jié)構(gòu)。決策樹在機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘中，決策樹是一種常用的分類和預(yù)測模型，它的結(jié)構(gòu)類似于二叉樹。06圖和網(wǎng)圖的定義由頂點集V和邊集E組成，記作G=(V,E)。頂點和邊的關(guān)系頂點表示對象，邊表示對象間的關(guān)系。圖的分類無向圖、有向圖、簡單圖、多重圖等?；静僮鲃?chuàng)建圖、添加頂點、添加邊、刪除頂點、刪除邊等。圖的定義和基本操作鄰接矩陣用鏈表表示頂點間關(guān)系，適用于稀疏圖。鄰接表十字鏈表鄰接多重表01020403用于無向圖的存儲，可以方便地找到任一頂點的所有鄰接點。用一個二維數(shù)組表示頂點間關(guān)系，適用于稠密圖。用于有向圖的存儲，可以方便地找到任一頂點的出度和入度。圖的存儲結(jié)構(gòu)深度優(yōu)先遍歷從某一頂點出發(fā)，盡可能深地訪問圖中的頂點，直到所有頂點都被訪問到。廣度優(yōu)先遍歷從某一頂點出發(fā)，逐層訪問圖中的頂點，直到所有頂點都被訪問到。圖的遍歷算法應(yīng)用求解最短路徑、最小生成樹等問題。圖的遍歷算法030201圖和網(wǎng)的應(yīng)用舉例最短路徑問題在圖中找到從起點到終點的最短路徑，如Dijkstr