數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)專升本01引論

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)專升本01引論CATALOGUE目錄課程介紹與目標數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念線性表及其操作棧和隊列及其應(yīng)用串、數(shù)組和廣義表樹和二叉樹及其應(yīng)用01課程介紹與目標培養(yǎng)算法設(shè)計能力通過學(xué)習(xí)和實踐，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計、分析和應(yīng)用算法的能力，提高學(xué)生的計算機編程能力和解決實際問題的能力。掌握基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、原理和算法，使學(xué)生掌握線性表、棧、隊列、串、數(shù)組、樹、圖等基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點、存儲方式及基本運算。提高程序效率了解不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，能夠在實際問題中選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提高程序的執(zhí)行效率。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的目的承上啟下的作用01數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)的核心課程之一，它既是計算機程序設(shè)計的重要理論技術(shù)基礎(chǔ)，也是后續(xù)操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)庫等課程的重要先修課程。理論與實踐相結(jié)合02數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程既有理論深度，又有實踐應(yīng)用廣度。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生抽象思維和創(chuàng)造性思維能力，提高分析問題和解決問題的能力。適應(yīng)社會發(fā)展需求03隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本知識和技能，對于適應(yīng)社會發(fā)展需求、提高個人競爭力具有重要意義。專升本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性課程目標與要求培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力；提高學(xué)生的團隊協(xié)作和溝通能力；培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力。素質(zhì)目標掌握基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)及其相關(guān)算法；理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、基本原理和基本方法；了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用。知識目標能夠運用所學(xué)知識分析和解決實際應(yīng)用問題；具備一定的算法設(shè)計和分析能力；能夠熟練使用至少一種編程語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本操作和相關(guān)算法。能力目標02數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念數(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)不僅僅包括整型、實型等數(shù)值類型，還包括字符及聲音、圖像、視頻等非數(shù)值類型。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。也被稱為記錄。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)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義是性質(zhì)相同的數(shù)據(jù)元素的集合，是數(shù)據(jù)的子集。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)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)類型是指一組性質(zhì)相同的值的集合及定義在此集合上的一些操作的總稱。數(shù)據(jù)類型是按照值的不同進行劃分的。在高級語言中，每個表達式都有確定的數(shù)據(jù)類型，類型明顯或隱含地規(guī)定了表達式其它方面的性質(zhì)。抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）抽象數(shù)據(jù)類型（AbstractDataType）是指一個數(shù)學(xué)模型及定義在該模型上的一組操作。抽象數(shù)據(jù)類型的定義僅取決于它的一組邏輯特性，而與其在計算機內(nèi)部如何表示和實現(xiàn)無關(guān)。數(shù)據(jù)類型與抽象數(shù)據(jù)類型算法設(shè)計的要求正確性、可讀性、健壯性、效率與低存儲量需求。算法效率的度量事后統(tǒng)計方法和事前分析估算方法。事后統(tǒng)計方法需要解決測試數(shù)據(jù)的獲取和測試環(huán)境的依賴性問題，因此比較片面；事前分析估算方法是通過分析某個算法的語義進而估算出它的執(zhí)行時間。算法與算法分析算法與算法分析給定兩個函數(shù)f(n)和g(n)，如果存在一個整數(shù)N，使得對于所有的n>N，f(n)總是比g(n)大，那么，我們說f(n)的增長漸近快于g(n)。函數(shù)的漸近增長在進行算法分析時，語句總的執(zhí)行次數(shù)T(n)是關(guān)于問題規(guī)模n的函數(shù)，進而分析T(n)隨n的變化情況并確定T(n)的數(shù)量級。算法的時間復(fù)雜度，也就是算法的時間量度，記作：T(n)=O(f(n))。它表示隨問題規(guī)模n的增大，算法執(zhí)行時間的增長率和f(n)的增長率相同，稱作算法的漸近時間復(fù)雜度，簡稱為時間復(fù)雜度。其中f(n)是問題規(guī)模n的某個函數(shù)。算法時間復(fù)雜度03線性表及其操作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。線性表的抽象數(shù)據(jù)類型定義了一個線性表的抽象數(shù)據(jù)類型，包括數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)關(guān)系和基本操作。線性表的基本操作包括初始化、插入、刪除、查找、遍歷等。線性表的定義與基本操作順序存儲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點可以隨機存取，即可以直接通過下標訪問任意元素。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，效率低下。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。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)點插入和刪除操作不需要移動大量元素，效率較高。鏈式存儲結(jié)構(gòu)的缺點不能隨機存取，只能通過從頭結(jié)點開始的鏈式訪問方式訪問元素。線性表的鏈式存儲結(jié)構(gòu)04棧和隊列及其應(yīng)用棧（Stack）是一種特殊的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其元素的插入和刪除操作只能在同一端進行，這一端稱為棧頂（Top），另一端稱為棧底（Bottom）。棧中沒有元素時，稱為空棧。棧的定義棧的基本操作包括入棧（Push）、出棧（Pop）、取棧頂元素（Top）和判斷棧是否為空（IsEmpty）。入棧操作將元素添加到棧頂，出棧操作將棧頂元素刪除并返回，取棧頂元素操作返回棧頂元素但不刪除，判斷棧是否為空操作返回一個布爾值表示棧是否為空。棧的基本操作棧的定義與基本操作隊列的定義隊列（Queue）也是一種特殊的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其元素的插入操作在一端進行，稱為隊尾（Rear），刪除操作在另一端進行，稱為隊頭（Front）。隊列中沒有元素時，稱為空隊列。隊列的基本操作隊列的基本操作包括入隊（Enqueue）、出隊（Dequeue）、取隊頭元素（Front）和判斷隊列是否為空（IsEmpty）。入隊操作將元素添加到隊尾，出隊操作將隊頭元素刪除并返回，取隊頭元素操作返回隊頭元素但不刪除，判斷隊列是否為空操作返回一個布爾值表示隊列是否為空。隊列的定義與基本操作在編譯器設(shè)計中，表達式求值是棧的一個典型應(yīng)用。編譯器在解析表達式時，可以使用兩個棧，一個用于保存操作數(shù)，另一個用于保存運算符。通過不斷從輸入中讀取字符并根據(jù)優(yōu)先級規(guī)則進行相應(yīng)的入棧和出棧操作，最終可以計算出表達式的值。在編程中經(jīng)常需要檢查代碼中的括號是否匹配正確。這可以通過使用一個棧來實現(xiàn)。當遇到一個左括號時將其壓入棧中，當遇到一個右括號時從棧中彈出一個元素并檢查它們是否匹配。如果最終棧為空，則括號匹配正確；否則括號匹配錯誤。在計算機操作系統(tǒng)中，CPU任務(wù)調(diào)度是一個重要的問題。隊列在這里可以發(fā)揮重要作用。操作系統(tǒng)可以將待執(zhí)行的任務(wù)按照優(yōu)先級放入不同的隊列中，然后按照優(yōu)先級從高到低的順序依次執(zhí)行隊列中的任務(wù)。這樣可以保證高優(yōu)先級的任務(wù)能夠優(yōu)先得到執(zhí)行。表達式求值括號匹配CPU任務(wù)調(diào)度棧和隊列的應(yīng)用舉例05串、數(shù)組和廣義表串的定義串（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)字或其他字符，i是串中字符的位置。要點一要點二串的基本操作串的基本操作包括串的賦值、串的復(fù)制、串的連接、串的比較、求串長、子串的查找、插入子串和刪除子串等。串的定義及基本操作數(shù)組的定義及基本操作數(shù)組的定義數(shù)組（Array）是有序元素的集合，數(shù)組中的每個元素都可以通過下標進行訪問。數(shù)組通常用于存儲同一類型的數(shù)據(jù)，如整數(shù)、浮點數(shù)或字符等。數(shù)組的基本操作數(shù)組的基本操作包括數(shù)組的創(chuàng)建、數(shù)組的初始化、數(shù)組的賦值、數(shù)組的訪問、數(shù)組的遍歷、數(shù)組的排序和數(shù)組的查找等。廣義表（GeneralizedList）是線性表的擴展，它允許列表的元素可以是原子（即基本數(shù)據(jù)元素），也可以是另一個廣義表。廣義表通常用于表示具有層次結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。廣義表的定義廣義表的基本操作包括廣義表的創(chuàng)建、廣義表的深度計算、廣義表的長度計算、廣義表的遍歷、廣義表的查找和廣義表的修改等。廣義表的基本操作廣義表的定義及基本操作06樹和二叉樹及其應(yīng)用樹的基本概念與性質(zhì)樹是一種非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由節(jié)點和邊組成，具有層次結(jié)構(gòu)?；拘g(shù)語根節(jié)點、子節(jié)點、父節(jié)點、葉子節(jié)點、度、深度、層次等。樹的性質(zhì)樹中節(jié)點數(shù)等于所有節(jié)點度數(shù)加1；葉子節(jié)點數(shù)等于總節(jié)點數(shù)減去非葉子節(jié)點數(shù)；樹的高度等于最大層次減1。樹的定義二叉樹是一種特殊的樹，每個節(jié)點最多有兩個子節(jié)點，分別稱為左子節(jié)點和右子節(jié)點。二叉樹的定義二叉樹的性質(zhì)二叉樹的基本操作二叉樹中第i層最多有2^(i-1)個節(jié)點；深度為k的二叉樹最多有2^k-1個節(jié)點；對于任何一棵二叉樹，葉子節(jié)點數(shù)等于度為2的節(jié)點數(shù)加1。創(chuàng)建二叉樹、遍歷二叉樹（前序遍歷、中序遍歷、后序遍歷）、查找節(jié)點、插入節(jié)點、刪除節(jié)點等。二叉樹的定義及基本操作VS孩子表示法、孩子兄弟表示法。森林的存儲結(jié)構(gòu)將森林中的每棵樹轉(zhuǎn)換為二叉樹進行存儲，通過添加虛擬節(jié)點實現(xiàn)多棵樹的連接。樹的存儲結(jié)構(gòu)樹和森林的