最新《数据结构》讲义资料
02331 数据结构资料
02331数据结构第一章概论1.数据是信息的载体。
2.数据元素是数据的基本单位。
3.一个数据元素可以由若干个数据项组成。
4.数据结构指的是数据之间的相互关系,即数据的组织形式。
5.数据结构一般包括以下三方面内容:数据的逻辑结构、数据的存储结构、数据的运算①数据元素之间的逻辑关系,也称数据的逻辑结构,数据的逻辑结构是从逻辑关系上描述数据,与数据的存储无关,是独立于计算机的。
②数据元素及其关系在计算机存储器内的表示,称为数据的存储结构。
数据的存储结构是逻辑结构用计算机语言的实现,它依赖于计算机语言。
③数据的运算,即对数据施加的操作。
最常用的检索、插入、删除、更新、排序等。
6.数据的逻辑结构分类:线性结构和非线性结构①线性结构:若结构是非空集,则有且仅有一个开始结点和一个终端结点,并且所有结点都最多只有一个直接前趋和一个直接后继。
线性表是一个典型的线性结构。
栈、队列、串等都是线性结构。
②非线性结构:一个结点可能有多个直接前趋和直接后继。
数组、广义表、树和图等数据结构都是非线性结构。
7.数据的四种基本存储方法:顺序存储方法、链接存储方法、索引存储方法、散列存储方法(1)顺序存储方法:该方法把逻辑上相邻的结点存储在物理位置上相邻的存储单元里,结点间的逻辑关系由存储单元的邻接关系来体现。
通常借助程序语言的数组描述。
(2)链接存储方法:该方法不要求逻辑上相邻的结点在物理位置上亦相邻,结点间的逻辑关系由附加的指针字段表示。
通常借助于程序语言的指针类型描述。
(3)索引存储方法:该方法通常在储存结点信息的同时,还建立附加的索引表。
索引表由若干索引项组成。
若每个结点在索引表中都有一个索引项,则该索引表称之为稠密索引,稠密索引中索引项的地址指示结点所在的存储位置。
若一组结点在索引表中只对应一个索引项,则该索引表称为稀疏索引稀疏索引中索引项的地址指示一组结点的起始存储位置。
索引项的一般形式是:(关键字、地址)关键字是能唯一标识一个结点的那些数据项。
数据结构大纲知识点
数据结构大纲知识点一、绪论。
1. 数据结构的基本概念。
- 数据、数据元素、数据项。
- 数据结构的定义(逻辑结构、存储结构、数据的运算)- 数据结构的三要素之间的关系。
2. 算法的基本概念。
- 算法的定义、特性(有穷性、确定性、可行性、输入、输出)- 算法的评价指标(时间复杂度、空间复杂度的计算方法)二、线性表。
1. 线性表的定义和基本操作。
- 线性表的逻辑结构特点(线性关系)- 线性表的基本操作(如初始化、插入、删除、查找等操作的定义)2. 顺序存储结构。
- 顺序表的定义(用数组实现线性表)- 顺序表的基本操作实现(插入、删除操作的时间复杂度分析)- 顺序表的优缺点。
3. 链式存储结构。
- 单链表的定义(结点结构,头指针、头结点的概念)- 单链表的基本操作实现(建立单链表、插入、删除、查找等操作的代码实现及时间复杂度分析)- 循环链表(与单链表的区别,操作特点)- 双向链表(结点结构,基本操作的实现及特点)三、栈和队列。
1. 栈。
- 栈的定义(后进先出的线性表)- 栈的基本操作(入栈、出栈、取栈顶元素等操作的定义)- 顺序栈的实现(存储结构,基本操作的代码实现)- 链栈的实现(与单链表的联系,基本操作的实现)- 栈的应用(表达式求值、函数调用栈等)2. 队列。
- 队列的定义(先进先出的线性表)- 队列的基本操作(入队、出队、取队头元素等操作的定义)- 顺序队列(存在的问题,如假溢出)- 循环队列的实现(存储结构,基本操作的代码实现,队空和队满的判断条件)- 链队列的实现(结点结构,基本操作的实现)- 队列的应用(如操作系统中的进程调度等)四、串。
1. 串的定义和基本操作。
- 串的概念(字符序列)- 串的基本操作(如连接、求子串、比较等操作的定义)2. 串的存储结构。
- 顺序存储结构(定长顺序存储和堆分配存储)- 链式存储结构(块链存储结构)3. 串的模式匹配算法。
- 简单的模式匹配算法(Brute - Force算法)的实现及时间复杂度分析。
(2024年)《数据结构》全套课件
30
树形数据结构的查找算法
二叉排序树的查找
从根节点开始,若查找值小于当前节点 值,则在左子树中查找;若大于当前节 点值,则在右子树中查找。
VS
平衡二叉树的查找
在保持二叉排序树特性的基础上,通过旋 转操作使树保持平衡,提高查找效率。
2024/3/26
31
散列表的查找算法
散列函数的设计
将关键字映射为散列表中位置的函数。
过指针来表示。
链式存储的特点
逻辑上相邻的元素在物理位置上 不一定相邻;每个元素都包含数
据域和指针域。
链式存储的优缺点
优点是插入和删除操作不需要移 动元素,只需修改指针;缺点是
存储密度小、空间利用率低。
2024/3/26
11
线性表的基本操作与实现
插入元素
在线性表的指定位 置插入一个元素。
查找元素
在线性表中查找指 定元素并返回其位 置。
自然语言处理的应用
在自然语言处理中,需要处理大量的文本数据,数据结构中的字符 串、链表、树等可以很好地支持文本的处理和分析。
41
数据结构在计算机网络中的应用
2024/3/26
路由算法的实现
计算机网络中的路由算法需要大量的数据结构支持,如最短路径 树、距离向量等。
网络流量的控制
在计算机网络中,需要对网络流量进行控制和管理,数据结构中的 队列、缓冲区等可以很好地支持流量的控制。
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06
数据结构的应用与拓展
2024/3/26
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数据结构在算法设计中的应用
01
作为算法设计的基 础
数据结构为算法提供了基本操作 和存储方式,是算法实现的重要 基础。
02
提高算法效率
《数据结构教程》第一章 绪论
《数据结构教程》第一章绪论数据结构教程第一章绪论数据结构是计算机科学中的重要概念之一,它是计算机程序设计的基础。
本教程的第一章将介绍数据结构的基本概念和作用。
一、什么是数据结构?在计算机科学中,数据结构用于存储和组织数据,以便在计算机程序中进行高效的操作。
数据结构可以分为两种基本类型:线性数据结构和非线性数据结构。
1.1 线性数据结构线性数据结构是最简单的数据结构之一,它将数据元素按照线性顺序组织,可以使用一对一的关系连接数据元素。
常见的线性数据结构有数组、链表和栈。
1.2 非线性数据结构非线性数据结构是指数据元素之间存在多对多的关系,不是简单的一对一关系。
常见的非线性数据结构有树和图。
二、数据结构的作用数据结构的设计和选择对于程序的效率和性能具有重要影响。
合理选择数据结构可以提高算法的执行速度,降低计算机资源的占用。
2.1 提高数据的存储效率通过选择适当的数据结构可以减少内存的占用,提高数据的存储效率。
例如,链表数据结构可以动态地分配内存空间,减少内存的浪费。
2.2 提高数据的访问效率不同的数据结构在数据的访问效率上有所差异。
例如,对于需要频繁插入和删除操作的场景,链表数据结构比数组数据结构更加高效。
2.3 优化算法的执行速度数据结构和算法是相辅相成的,通过选择合适的数据结构可以优化算法的执行速度。
例如,在查找操作中使用二叉搜索树可以降低时间复杂度。
三、数据结构的分类根据数据结构的存储方式和操作特性,可以将数据结构分为线性数据结构和非线性数据结构。
3.1 线性数据结构线性数据结构是最常用的数据结构之一,它将数据元素按照线性顺序排列,每个元素有一个直接前驱和直接后继。
常见的线性数据结构有数组、链表和栈。
3.1.1 数组数组是一种最简单的数据结构,它将数据元素存储在连续的内存空间中。
数组的访问速度很快,但是插入和删除操作的效率较低。
3.1.2 链表链表是一种动态数据结构,它通过指针将数据元素链接在一起。
数据结构(第1章)讲义
树
01
02
03
树的定义
树是一种递归定义的数据 结构,其中每个节点可以 有多个子节点,但只有一 个父节点。
树的性质
树具有层次性、有序性和 无环性等性质。
树的表示方法
树可以使用多种方式表示, 如嵌套结构、邻接矩阵等。
森林
森林的定义
森林是由若干棵树组成的集合, 其中每棵树都是一个独立的数据
结构。
森林的性质
社交网络
社交网络中需要处理大量的用户关系和信息,数 据结构在其中发挥着重要的作用。例如,使用图 数据结构可以表示用户之间的关系,使用哈希表 可以快速查找用户信息。
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05 排序与查找
排序算法
• 冒泡排序:通过重复地遍历待排序的数列,比较相邻的两个元素,若它们的顺 序错误则交换它们,直到没有需要交换的元素为止。
• 选择排序:在未排序的序列中找到最小(或最大)的元素,存放到排序序列的 起始位置,然后再从剩余未排序的元素中继续寻找最小(或最大)元素,然后 放到已排序序列的末尾。以此类推,直到所有元素均排序完毕。
的中间元素开始,如果中间元素正好是目标值,则搜索过程结束;如果目标值 大于或小于中间元素,则在数组大于或小于中间元素的那一半中查找,而且同 样从中间元素开始比较。 • 哈希查找:通过哈希函数将关键字转化为数组下标,然后在对应的数组下标位 置上进行查找。 • 二叉查找树查找:在二叉查找树中进行查找,从根节点开始,如果当前节点的 关键字等于目标值,则查找成功;如果当前节点的关键字大于目标值,则在左 子树中继续查找;如果当前节点的关键字小于目标值,则在右子树中继续查找 。
• 插入排序:将一个数据插入到已经排好序的有序数据中,从而得到一个新的、 个数加一的有序数据。
数据结构讲义精品PPT课件
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…
数据元素
数据结构 具有结构的数据元素的集合。它包 括数据元素的逻辑结构、存储结构和相适应的 运算。
逻辑结构
数据元素之间的逻辑关系,与计算机无关。 可用一个二元组表示:Data_Structure = (D,R) D:数据元素的有穷集合,R:集合D上关系的有穷集合。
《The Art of Computer Programming》
Art Evans
数据结构在计算机科学中是一门综合性的专业基础课, 也是计算机专业的必修课,是其它许多课程的先修课程, 是设计编译程序、操作系统、数据库系统等系统程序和 大型应用程序的重要基础。
1.2 基本概念和术语
基本术语
数据 被计算机加工处理的对象。 数据元素(记录、表目) 数据的基本单位,
几种常用的运算有: (1)建立数据结构 (2)清除数据结构 (3)插入数据元素 (4)删除数据元素 (5)排序
(6)检索* (7)更新 (8)判空和判满* (9)求长*
*操作为引用型操作,即数据值不发生变化; 其它为加工型操作。
抽象数据类型
抽象数据类型 ADT( Abstract Data Type ): 数据类型概念的引伸。指一个数学模型以及在其上定义的操作集 合,与计算机无关。 数据类型:一组值的集合和定义在其上的一组操作的总称。
抽象数据类型的描述方法
ADT 抽象数据类型名 { 数据对象:〈数据对象的定义〉 数据关系:〈数据关系的定义〉 基本操作:〈基本操作的定义〉
} ADT 抽象数据类型名
其中基本操作的定义格式为:
基本操作名(参数表) 初始条件:〈初始条件描述〉 操作结果:〈操作结果描述〉
《数据结构》讲义
数据是描述客观事物的数值、字符以及能输入机器且能被处理的各种符号集合。
换句话说,数据是对客观事物采用计算机能够识别、存储和处理的形式所进行的描述;是计算机加工处理的对象。
包括数值、字符、声数据元素是组成数据的基本单位一个数据元素可由若干个数据项组成()数据对象是性质相同的数据元素的集合,是数据的一个子集。
…},字母字符数据对象是集合象。
由此可看出,不论数据元素集合是无限集(如整数集)Data Structure)数据元素相互之间的关系称为结构( Structure ),有四种基本结构。
集合结构:结构中的数据元素之间除了同属于一个集合的关系外,无任何其它关系。
线性结构:结构中的数据元素之间存在着一对一的线性关系。
图状结构或网状结构:结构中的数据元素之间存在着多对多的任意关系。
为数据结构的有限集,S是D上关系的有限集。
表示复数的虚部。
存储结构(又称物理结构)是逻辑结构在计算机中的存储映象,是逻辑结构在计算机中的实现,它包括据元素的表示和关系的表示形式化描述:要存入机器中,建立一从,使S(D逻辑结构与存储结构的关系为:数据结构的内容可归纳为三个部分:逻辑结构、存储结构和运算集合。
按某种逻辑关系组织起来的一批数据,按一定的映象方式把它存放在计算机的存储器中,并在这些数据上定义了一个运算的集合,(Data Type)数据类型是一组性质相同的值集合以及定义在这个值集合上的一组操作的总称合,即该类型的取值范围,以及该类型中可允许使用的一组运算。
例如高级语言中的数据类型就是已经实现的从这个意义上讲,数据类型是高级语言中允许的变量种类,计算机中使用的是二进制数,汇编语言中则可给出各种数据的十进制表示,如二进制数据的抽象; 使用者在编程时可以直接使用据抽象,出现了数据类型,(Abstract Data Type))是指基于一类逻辑关系的数据类型以及定义在这个类型之上的一组操作。
抽象数据类型的定义取决于客观存在的一组逻辑特性,而与其在计算机内如何表示和实现无关,即不论其内部结构如何变化,只要它的数学特性不变,都不影响其外部使用。
数据结构讲义
– 如果是数字(最小的子表达式),压栈 – 如果是运算符(和前面的子表达式一起,组成一个较大的子表达
式),从栈中弹出相应的分量,并计算结果。将结果压栈。
• 例如:3 5 + 2 *
– 首先3,5入栈 – 然后处理+,3、5出栈,得到结果8(3 5 +),再入栈 – 2入栈 – 处理*,8,2出栈,得到结果(3 5 + 2 *)16,再入栈,完成。
表达式示例
• 中缀表达式 a + b * ( c - d ) - e / f • 后缀表达式 a b c d - * + e f / • 前缀表达式 - + a * b – c d / e f
• 中缀表达式中相邻两个操作符的计算次序为: 优先级高的先计算 优先级相同的自左向右计算 当使用括号时从最内层括号开始计算 但是括号左边的值的计算可以先期进行
• 思考题
– 如果要把后缀表达式转成中缀表达式,怎么做? – 如果利用上面的算法的框架?
构造算符优先关系队列表
示例
以3*(5-2)+7@为例,操作过程如下,构造操作符和操作数栈
算法框架
Function exp_reduced: oprandtype; inistack(optr);push(optr,’@’); inistack(opnd) read(w); while not ((w=‘@’) and (gettop(optr)=‘@’)) do If not w in op then [push(opnd,w);read(w)] else case predede(gettop(optr),w) of
主要目的是节约空间:
两个独立栈,预期的最大空间max(size of stack1)+max(size of stack2)。
最新《数据结构》讲义资料
数据是描述客观事物的数值、字符以及能输入机器且能被处理的各种符号集合。
换句话说,数据是对客观事物采用计算机能够识别、存储和处理的形式所进行的描述;是计算机加工处理的对象。
包括数值、字符、声数据元素是组成数据的基本单位一个数据元素可由若干个数据项组成()数据对象是性质相同的数据元素的集合,是数据的一个子集。
…},字母字符数据对象是集合象。
由此可看出,不论数据元素集合是无限集(如整数集)Data Structure)数据元素相互之间的关系称为结构( Structure ),有四种基本结构。
集合结构:结构中的数据元素之间除了同属于一个集合的关系外,无任何其它关系。
线性结构:结构中的数据元素之间存在着一对一的线性关系。
图状结构或网状结构:结构中的数据元素之间存在着多对多的任意关系。
为数据结构的有限集,S是D上关系的有限集。
表示复数的虚部。
存储结构(又称物理结构)是逻辑结构在计算机中的存储映象,是逻辑结构在计算机中的实现,它包括据元素的表示和关系的表示形式化描述:要存入机器中,建立一从,使S(D逻辑结构与存储结构的关系为:数据结构的内容可归纳为三个部分:逻辑结构、存储结构和运算集合。
按某种逻辑关系组织起来的一批数据,按一定的映象方式把它存放在计算机的存储器中,并在这些数据上定义了一个运算的集合,(Data Type)数据类型是一组性质相同的值集合以及定义在这个值集合上的一组操作的总称合,即该类型的取值范围,以及该类型中可允许使用的一组运算。
例如高级语言中的数据类型就是已经实现的从这个意义上讲,数据类型是高级语言中允许的变量种类,计算机中使用的是二进制数,汇编语言中则可给出各种数据的十进制表示,如二进制数据的抽象; 使用者在编程时可以直接使用据抽象,出现了数据类型,(Abstract Data Type))是指基于一类逻辑关系的数据类型以及定义在这个类型之上的一组操作。
抽象数据类型的定义取决于客观存在的一组逻辑特性,而与其在计算机内如何表示和实现无关,即不论其内部结构如何变化,只要它的数学特性不变,都不影响其外部使用。
《数据结构》讲义
《数据结构》讲义数据结构是计算机科学和编程中非常重要的概念之一。
它是指在计算机中存储和组织数据的方法和原则。
一、介绍数据结构在计算机科学领域中具有重要的地位。
它涉及到如何存储和组织数据,以便于对其进行检索和操作。
数据结构可以分为两种基本类型:线性结构和非线性结构。
线性结构包括数组、链表、栈和队列,而非线性结构包括树和图。
二、线性结构1. 数组数组是一种用来存储多个相同类型的元素的数据结构。
它具有固定长度和连续的内存空间。
数组可以通过索引访问元素,可以快速地插入和删除元素,但是其长度固定不变。
2. 链表链表是一种由节点组成的数据结构,每个节点都包含一个值和指向下一个节点的指针。
链表可以在任意位置插入和删除节点,但是访问节点的时间复杂度较高。
3. 栈栈是一种具有特定操作限制的线性结构。
它遵循“先进后出”的原则,即最后插入的元素最先被访问和删除。
栈可以用来实现递归、回溯和表达式求值等功能。
4. 队列队列也是一种具有特定操作限制的线性结构。
它遵循“先进先出”的原则,即最先插入的元素最先被访问和删除。
队列可以用来实现任务调度、缓冲区等功能。
三、非线性结构1. 树树是一种由节点组成的非线性结构。
它包含一个根节点和多个子节点,每个节点可以有任意数量的子节点。
树可以用来表示层次关系、排序和搜索等功能。
2. 图图是一种由节点和边组成的非线性结构。
节点表示实体,边表示节点之间的关系。
图可以用来表示网络、关系和路径等信息。
四、常用数据结构在实际编程中,还有一些常用的数据结构:1. 哈希表:通过哈希函数将元素映射到不同的位置,实现快速的查找和插入操作。
2. 堆:一种特殊的树结构,可以快速找到最大或最小的元素。
3. 二叉搜索树:一种有序的二叉树,可以高效地进行搜索和插入操作。
五、应用场景数据结构在实际开发中有广泛的应用场景,包括但不限于以下几个方面:1. 数据库系统中的索引结构:为了快速检索数据,数据库系统使用各种数据结构来组织数据。
数据结构讲义第一章绪论
注:一个抽象数据类型确定了一个模型,但将模型的实 现细节隐藏起来;它定义了一组运算,但将运算 的实现过程隐藏起来。
用抽象数据类型的概念来指导问题的求解过程:
数学模型 非形式算法
抽象数据模型 伪语言程序
数据结构 可执行程序
§ 1.3 抽象数据类型
ADT的定义格式 ADT <ADT名> { 数据对象:<数据对象的定义> 结构关系:<结构关系的定义> 基本操作:<基本操作的定义> }ADT <ADT名>
初始化数据结构;
Destroy( )
销毁数据结构;
Get (i )
查找第 i 个元素;
Insert (i , b ) 在第 i 个位置插入元素 b ;
Delete( i )
删除第 i 个元素;
Traverse( )
遍历整个数据结构
§ 1.3 抽象数据类型
用C语言实现抽象数据类型ADT 用标准C语言表示和实现ADT描述时,主要
§ 1.2 数据结构的基本概念
数 据:描述客观事物的数字、字符以及一切 能够输入到计算机中,并且能够被计 算机程序处理的符号的集合。
数据是一个广义的概念,可以指普通的数据 (可参加算术运算),也可以指符号(源程序、 产品名称等)或数字化了的声音、图形、图像等。
§ 1.2 数据结构的基本概念
数据元素:数据(集合)中的一个个"个体",是组 成数据的"基本单位"。
a2 d4 d1
a1 d1 d2
list
a1
a2
a4 d5 d3
a3 d3 … d4
a3
…
a30 ∧
§ 1.3 抽象数据类型
数据结构基础讲义
数据结构基础讲义在计算机科学领域中,数据结构是一门极其重要的基础课程。
它就像是一座桥梁,连接着程序设计和算法分析,为我们解决各种实际问题提供了有力的工具。
接下来,让我们一起走进数据结构的世界,探索其中的奥秘。
一、什么是数据结构简单来说,数据结构就是数据的组织方式和存储结构。
我们在编程中处理的数据,比如整数、字符串、数组等,都需要以某种特定的方式进行组织和存储,以便能够高效地进行操作和处理。
打个比方,我们要整理一个书架上的书籍。
如果随意摆放,找书的时候就会很麻烦。
但如果按照一定的规则,比如按照作者的姓氏字母顺序或者书籍的类别进行排列,那么找书就会变得容易很多。
同样的道理,在计算机中,合理的数据结构可以让我们更快地访问、修改和处理数据。
二、常见的数据结构类型1、数组数组是一种最简单、最常见的数据结构。
它是一组具有相同数据类型的元素的有序集合。
在内存中,数组的元素是连续存储的,这使得我们可以通过索引快速访问到特定位置的元素。
例如,如果我们有一个整数数组`int arr5 ={10, 20, 30, 40, 50}`,要访问第三个元素,只需要使用`arr2` 就可以得到 30。
然而,数组也有它的局限性。
一旦数组的大小被定义,就很难动态地改变。
而且,插入和删除元素的操作可能会比较复杂,因为需要移动大量的元素。
2、链表链表则是一种动态的数据结构。
它由一系列节点组成,每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
链表的优点是插入和删除操作相对简单,只需要修改指针即可。
但访问特定位置的元素就没有数组那么高效了,因为需要从头节点开始逐个遍历。
3、栈栈是一种特殊的线性表,它遵循“后进先出”(Last In First Out,LIFO)的原则。
想象一下叠盘子,最后放上去的盘子总是最先被拿走,这就是栈的工作方式。
在程序中,栈常用于函数调用、表达式求值等场景。
4、队列与栈相反,队列遵循“先进先出”(First In First Out,FIFO)的原则。
数据结构讲义(new)
《数据结构》讲义(new)第1章C程序设计程序设计=数据描述+算法设计,即程序=数据结构+算法。
用计算机去解决问题过程:首先用数据结构的知识表示出问题,然后设计出解决问题的算法,最后写出程序在计算机上运行输出问题解决的结果。
本章我们将对C的主要知识作回顾,为学习数据结构奠定基础。
1.1 表达式算术运算:5/3 值为1,2.5/5 值为0.5,10%3 值为1,'A'+1 值为66赋值运算:a=3+5 a值为8,式值为8。
b=a=3+5 a,b值均为8,式值为8。
a+=3 即a=a+3; a-=3; a*=3; a/=3;a%=3.i++ ,++i,即i=i+1;i...,...i.区别:x=i++;与x=++i;关系运算:3==2,式值为0,3!=2,式值为1。
逻辑运算:0<x&&x<=1, x<=0||x>1,!(x<0). 注:“非零”为1。
条件运算:b>=0?a+b:a-b,即a+︱b︱逗号运算: a=6,a*3,a+3 式值为91.2 函数与参数1.2.1传值参数例1.1 输入四个数,输出其中的最大数。
int max(int x,int y) /*x,y是形参*/{int t;if(x>y) t=x; else t=y;return t;}main(){int a,b,c,d,m;scanf(“%d%d%d%d”,&a,&b,&c,&d);m=max(max(a,b),max(c,d)); /*a,b,c,d,max(a,b),max(c,d)是实参,传值调用*/ printf(“%d”,m);}1.2.1传址参数例1.2输入二个数到变量a与b,交换变量a与b的值后输出。
swap(int *x,int *y) /*x,y为传址参数*/{int t;t=*x;*x=*y;*y=t;}main(){int a,b;scanf("%d%d",&a,&b);swap(&a,&b); /*传址调用*/printf("%d %d",a,b);}例1.3 输入n 个数,升序排列后输出。
绪论 数据结构讲义
性别 男 女 女 男 男 男 女
班号 9901 9902 9901 9902 9901 9902 9901
表中的记录顺序反映了数据元素之间的逻辑关 系, 用学号标识每个学生记录,这种逻辑关系可以表 示为:
<1,8>,<8,34>,<34,20>,<20,12>,
<12,26>,<26,5>
其中,尖括号<ai,ai+1>表示。 元素ai和ai+1之间是相邻的,即ai在ai+1之前,ai+1 在ai之后。
对于head为首结点指针的链表,从head所指结 点开始比较,head->no不等于20,从它的next得到 下 一 个 结 点 的 地 址 , 再 与 下 一 个 结 点 的 no 域 比 较,…,直到某结点的no域等于20,返回其name域。
数据结构的二元组表示
为了更确切地描述一种数据结构,通常采 用二元组表示:
优点:
便于修改,在进行插入、删除运算时,仅需修 改相应结点的指针域,不必移动结点。
缺点:
存储空间的利用率较低。
只能对结点进行顺序存取。
(3)索引存储方法
在存储结点信息的同时,还建立附加的索引表。 索引表中索引项的形式:(关键字,地址),关键字惟 一标识一个结点,地址作为指向结点的指针。 优点:
这种带有索引表的存储结构可以大大提高数据查 找的速度。
} ADT Complex
1.2 算法及其描述
1 什么是算法 2 算法描述
1.2.1 什么是算法
数据元素之间的关系有逻辑关系和物 理关系,对应的操作有逻辑结构上的操作 功能和具体存储结构上的操作实现。
数据结构讲义
【考查目标】1. 理解数据结构的基本概念;掌握数据的逻辑结构、存储结构及其差异,以及各种基本操作的实现。
2. 掌握基本的数据处理原理和方法的基础上,能够对算法进行设计与分析。
3. 能够选择合适的数据结构和方法进行问题求解。
一、线性表大纲要求:(一)线性表的定义和基本操作(二)线性表的实现1. 顺序存储结构2. 链式存储结构3. 线性表的应用知识点:1.深刻理解数据结构的概念,掌握数据结构的“三要素”:逻辑结构、物理(存储)结构及在这种结构上所定义的操作“运算”。
2.时间复杂度和空间复杂度的定义,常用计算语句频度来估算算法的时间复杂度。
以下六种计算算法时间的多项式是最常用的。
其关系为:O(1)<O(logn)<O(n)<O(nlogn) <O(n2)<O(n3)指数时间的关系为: O(2n)<O(n!)<O(n n)3.线性表的逻辑结构,是指线性表的数据元素间存在着线性关系。
主要是指:除第一及最后一个元素外,每个结点都只有一个前趋和只有一个后继。
在顺序存储结构中,元素存储的先后位置反映出这种逻辑关系,而在链式存储结构中,是靠指针来反映这种逻辑关系的。
4.顺序存储结构用向量(一维数组)表示,给定下标,可以存取相应元素,属于随机存取的存储结构。
5.线性表的顺序存储方式及其在具体语言环境下的两种不同实现:表空间的静态分配和动态分配。
掌握顺序表上实现插入、删除、定位等运算的算法。
6.尽管“只要知道某结点的指针就可以存取该元素”,但因链表的存取都需要从头指针开始,顺链而行,故链表不属于随机存取结构。
要理解头指针、头结点、首元结点和元素结点的差别。
头结点是在插入、删除等操作时,为了算法的统一而设立的(若无头结点,则在第一元素前插入元素或删除第一元素时,链表的头指针总在变化)。
对链表(不包括循环链表)的任何操作,均要从头结点开始,头结点的指针具有标记作用,故头指针往往被称为链表的名字,如链表head是指链表头结点的指针是head。
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数据是描述客观事物的数值、字符以及能输入机器且能被处理的各种符号集合。
换句话说,数据是对客观事物采用计算机能够识别、存储和处理的形式所进行的描述;是计算机加工处理的对象。
包括数值、字符、声数据元素是组成数据的基本单位一个数据元素可由若干个数据项组成()数据对象是性质相同的数据元素的集合,是数据的一个子集。
…},字母字符数据对象是集合象。
由此可看出,不论数据元素集合是无限集(如整数集)Data Structure)数据元素相互之间的关系称为结构( Structure ),有四种基本结构。
集合结构:结构中的数据元素之间除了同属于一个集合的关系外,无任何其它关系。
线性结构:结构中的数据元素之间存在着一对一的线性关系。
图状结构或网状结构:结构中的数据元素之间存在着多对多的任意关系。
为数据结构的有限集,S是D上关系的有限集。
表示复数的虚部。
存储结构(又称物理结构)是逻辑结构在计算机中的存储映象,是逻辑结构在计算机中的实现,它包括据元素的表示和关系的表示形式化描述:要存入机器中,建立一从,使S(D逻辑结构与存储结构的关系为:数据结构的内容可归纳为三个部分:逻辑结构、存储结构和运算集合。
按某种逻辑关系组织起来的一批数据,按一定的映象方式把它存放在计算机的存储器中,并在这些数据上定义了一个运算的集合,(Data Type)数据类型是一组性质相同的值集合以及定义在这个值集合上的一组操作的总称合,即该类型的取值范围,以及该类型中可允许使用的一组运算。
例如高级语言中的数据类型就是已经实现的从这个意义上讲,数据类型是高级语言中允许的变量种类,计算机中使用的是二进制数,汇编语言中则可给出各种数据的十进制表示,如二进制数据的抽象; 使用者在编程时可以直接使用据抽象,出现了数据类型,(Abstract Data Type))是指基于一类逻辑关系的数据类型以及定义在这个类型之上的一组操作。
抽象数据类型的定义取决于客观存在的一组逻辑特性,而与其在计算机内如何表示和实现无关,即不论其内部结构如何变化,只要它的数学特性不变,都不影响其外部使用。
从某种意义上讲,抽象数据类型和数据类型实质上一个线性表的抽象数据类型的描述如下:-list所有属于同一数据对象,i=1,2,…,所有数据元素,…,n-1Linear-list:初始化空线性表求线性表的表长取线性表的第个元素;在线性表的第i个位置插入元素删除线性表的第i个元素。
的定义的定义格式不唯一抽象数据类型名数据对象: <其中数据对象和结构关系的定义采用数学符号和自然语言描述:初始条件描述>操作结果描述>关于参数传递参数表中的参数有两种:第一种参数只为操作提供待处理数据又能返回操作结果,作结果描述操作执行之后构成一个结构类型语言函数实现各操作。
在数据结构中的指定位置上增添新的数据元素;删去数据结构中某个指定数据元素;更新:改变数据结构中某个元素的值,在概念上等价于删除和插入操作的组合;查找:在数据结构中寻找满足某个特定要求的数据元素(的位置和值重新安排数据元素之间的逻辑顺序关系,使数据元素按值由小到大或由大到小结构化的开发方法是面向过程的开发方法,本书中用到以下常量符号,# define FALSE 0# define MAXSIZE 100# define OK 1define ERROR 0本书中所有的算法都以如下的函数形式加以表示,函数名(函数的定义主要由函数名和函数体组成,部分如“[形式参数]”为可选项,、简单赋值;〈变量名〉〈变量〉++后赋值给变量。
〉=〈表达式〉条件选择语句。
〈表达式〉)语句;〈表达式〉)语句;else 语句;语句表达式1>;循环体语句;首先计算表达式1的值,然后求表达式的值,若结果非零(即为真)则执行循环体语句,最后对表达式直到表达式的值为零(即不成立为假)时为止。
)循环首先计算条件表达式的值,若条件表达式的值非零(即条件成立)次计算条件表达式的值,重复执行,直到条件表达式的值为零(即为假)时退出循环,语句条件表达式该循环语句首先执行循环体语句然后计算条件表达式的值,算条件表达式的值,直到条件表达式的值为零,即条件不成立时结束循环。
特别当数据为单个字符时,函数实现;当数据为字符串时,当数据为字符串时,用puts其中输入输出函数中的类型部分不做严格要求,其它一些语句。
return <表达式语句:语句中结束循环过程或跳出情况语句。
continue语句:可用在循环语句中结束本次循环过程,进入下一次循环过程。
//注释句的作用是增强算法的可阅读性,在算法描述中要求在函数首部加上对算法功能的必要注释描述。
加注释说明时如果没有涉及到的参量一定是多余的,而涉及到的内容应当作为参量,这实际上是程序设计中的一希望多加注意。
例如:用于求一个或几个表达式中的最大值;用于求表达式的绝对值;eof)的定义Algorithm is a finite set of rules which gives a sequence of operation for solving a specific 算法是规则的有限集合,其中每一条指令表示一个或多个操作。
有穷性:有限步骤之内正常结束,确定性:算法中的每一个步骤必须有确定含义,可行性:原则上能精确进行,操作可通过已实现的基本运算执行有限次而完成。
至少有一个或多个输出。
最基本的是有限性、算法的正确性所设计的程序没有语法错误;所设计的程序对于几组输入数据能够得出满足要求的结果;所设计的程序对于精心选择的典型、(4)例如:max=0;i=1; i<=n; i++{ scanf(, x); if (x>max) max=x; }可读性语言和程序的关系描述了数据对象的元素之间的关系(包括数据逻辑关系、描述算法的工具:算法可用自然语言、二义,框图直观但不擅长表达数据的组织结构,设计实现算法过程的步骤找出与求解有关的数据元素之间的关系(建立结构关系)确定在某一数据对象上所施加的运算。
考虑数据元素的存储表示。
选择描述算法的语言。
设计实现求解的算法,并用程序语言加以描述。
对问题规模和该算法在运行时所占的空间同的问题其含义不同,数量关系评价体现在时间——算法编程后在机器中所耗费的时间。
数量关系评价体现在空间——算法编程后在机器中所占的存储量。
关于算法执行时间一个算法的执行时间大致上等于其所有语句执行时间的总和,数和执行一次所需时间的乘积。
语句频度语句频度是指该语句在一个算法中重复执行的次数。
算法的时间复杂度原操作是指从算法中选取一种对所研究问题是基本运算的操作,用随着问题规模增加的函数来表征而对于算法分析,我们关心的是算法中语句总的执行次数T(n)是关于问题规模n的函数,进而分析的变化情况并确定T(n)的数量级(Order of Magnitude)。
在这里,我们用“O”来表示数量级,这样我其时间复杂度为for (i=1; i<= n; i++) x=x+1;for (i=1; i<= n; i++)for (j=1; j<= n; j++) x=x+1;我们称之为平方阶。
此外算法还能呈现的时间复杂度有对数阶数据结构中常用的时间复杂度频率计数有7个:O(n2)平方型 O(n3)立方型O(nlog2n)二维型充分大时)。
与图1.6是同一问题的不同表示形式。
增长较慢的算法为最优的算法。
从中我们应该选择使用多项式阶for (i=1; i< n; i++)for (j=i; j<= n; j++) x++;语句x++的执行频度为: n+(n-1)+(n-2)+…+3+2+1 =n(n+1)/2的增长率为n2, 即时间复杂度为O(n2)。
最坏时间复杂度算法中基本操作重复执行的次数还随问题的输入数据集的不同而不同。
算法的空间复杂度(略)B, …, Z)就是一个简单的线性表,表中的每一个英文字母是一个数据元素,元素之间存在唯一的顺序关系,如在英文字母表字母B的前面是字母A,而字母(data elements) 可由若干数据项组成,如学生成绩表中,每个学生及其各科成绩各科成绩及平均成绩等数据项。
数据对象(表n (n≥0)个类型相同的数据元素a1, a2, …, an…,an)。
这里的数据元素ai(1≤i≤n)只是一个抽象的符号,其具体含义在不同它既可以是原子类型,也可以是结构类型但同一线性表中的数据元素必须属于同一数据对象。
线性表中相邻数据元素之间存在着序偶关系,即对于非空的线性表(a1,同一性:线性表由同类数据元素组成,每一个有穷性:线性表由有限个数据元素组成,表长度就是表中数据元素的个数。
有序性:线性表中表中相邻数据元素之间存在着序偶关系,因为数据元素之间是由一前驱一后继的直观有序的关系确队列等都符合线性条件。
ADT List{数据元素: D={ai| aiS={基本操作:为未初始化线性表。
L初始化为空表。
DestroyList(&L)线性表L销毁。
ClearList(&L)线性表已存在。
将表L置为空表。
)线性表L如果L为空表则返回真,)线性表LL为空表则返回0,LocateElem(L, e,compare())compare()个与e满足关系的数据元素的位序,存在,返回线性表ListInsert (&L, i, e)已存在,1≤个位置之前插入新的数据元素e,LListDelete (&L, i, &e)已存在且非空,ListLength(L)i个数据元素,Void union (List &La, List Lb){La_len= ListLength (La); Lb_len= ListLength (Lb);loc(ai) =loc(a1)+(i-1)它是一种随机存取的数据结构。
顺序存储结构可以借助于高级程序设计语言中的一堆数组来表示,一维数组的下标与元素在线性表中的序语言中下标等于序号减1)。
线性表的顺序存储结构可用C语言定义如下:ElemType *elem; /* */int length;int listsize;线性表顺序存储结构上的基本运算初始化操作Status IniList_Sq(SqListL.elem=(ElemType*)If(!L.elem) exit由于结点的物理顺序必须和结点的逻辑顺序保持一致,因此我们必须个位置,然后在该位是指在线性表的末尾插入结点,所以无需移动结点,直接将e插入表的末尾图2.3 顺序表中插入元素Status ListInsert_sq(sqList &L, int i, ElemType e){(i<1||i>L.length+1) return ERROR;(L.length>=L.listsize){newbase=(ElemType*)realloc(L.listsize+LISTINCREMENT)*sizeof(ElemType));线性表的删除运算是指将表的第变成长度为n-1n-i)个元素依次向前移动一个位置。