数据结构课程(本科)教学设计方案

《数据结构（本科）》课程设计方案导学方案

刘鹏

《数据结构（本科）》

课程设计方案导学方案

一、课程基本说明

课程对象：全国电大系统开放教育试点计算机科学与技术专业（专科起点本科）学生课程学时：72学分

课程学分：4学分

开课情况：从2000年春开始，一直开设至今。课程主讲和主编一直是清华大学殷人昆教授。

课程的基本特点：是计算机科学与技术专业的基础必修课，对学生进行基础性的、数据结构分析和算法设计能力的，为后续的操作系统、计算机网络、数据库、软件工程等课程奠定基础。

先修课程：面向对象程序设计

二、课程的内容体系及教学要求

第一部分有关数据结构和算法分析的基本知识

教学知识点：

数据逻辑结构和存储结构的定义和分类；

数据类型与抽象数据类型的概念；

面向对象的概念；

算法的特性；

算法的性能分析与度量，时间复杂度，空间复杂度，时间复杂度和空间复杂度的渐进表示法。

教学要求：

理解：有关数据结构的基本概念，抽象数据类型及面向对象的概念，算法的定义及算法的特性。

应用：算法的性能分析与度量方法。

第二部分数组

教学知识点：

作为抽象数据类型的数组：数组类的定义和初始化，相关操作的实现。

顺序表：顺序表类的定义；顺序表的查找、插入和删除算法。

稀疏矩阵：稀疏矩阵的抽象数据类型和压缩表示。

字符串：字符串类的定义和有关操作的实现。

教学要求：

理解：数组类的定义和操作实现，顺序表类的定义及操作实现，字符串类的定义及操作实现，稀疏矩阵的定义和表示。

应用：能够分析和设计带有数组类、顺序表类、字符串类的成员函数并分析其时间和空间复杂度，会把三角矩阵、对称矩阵、三对角矩阵等特殊矩阵用一维数组存储起来，并进行相应元素地址的计算。

第三部分链接表

教学知识点：

单链表：单链表的结构；单链表的类定义；单链表中的插入与删除；带表头结点的单链表；用模板定义的单链表类；静态链表。

循环链表：循环链表的类定义。

多项式及其相加：多项式的类定义；多项式的加法。

双向链表及其操作。

教学要求：

理解：单链表、循环链表及双向链表的定义及实现，多项式类的定义及其加法运算。

应用：针对单链表的各种插入、删除等运算的算法及性能分析。

第四部分栈与队列

教学知识点：

栈：栈的抽象数据类型；栈类的顺序存储表示和运算；栈类的链接存储表示和运算；利用栈进行表达式的计算。

队列：队列的抽象数据类型；队列类的顺序存储表示和运算；队列类的链接存储表示和运算。

优先级队列：优先级队列的定义；优先级队列的存储表示和操作实现。

教学要求：

理解：栈的定义及操作的实现，队列的定义及操作的实现，优先级队列的定义及操作的实现。

应用：表达式的各种表示法、相互转换和求值过程，按层次输出二项展开式的系数（杨

辉三角形），利用栈和队列进行算法的分析和设计。

第五部分递归与广义表

教学知识点：

递归概念：递归的定义、递归的数据结构、递归问题的解法。

迷宫问题：递归求解思路。

递归过程与递归工作栈：递归过程实现的机制及递归工作栈的引用。

广义表：广义表的概念；广义表的表示及操作；广义表存储结构的实现。

教学要求：

理解：递归的概念、递归问题的递归求解方法，递归过程的机制与利用递归工作栈实现递归的方法，广义表的定义及其存储表示。

应用：利用递归的思想进行递归求解的算法设计。

第六部分树与森林

教学知识点：

树和森林：树和森林的概念；树的定义和性质；树的抽象数据类型。

二叉树：二叉树的定义、性质和抽象数据类型。

二叉树的存储结构：数组表示；链表存储表示。

二叉树遍历：中序遍历、前序遍历、后序遍历、层次遍历等的方法与算法。

二叉树的其他运算的方法与算法：如建立二叉树、查找二叉树、求叶子结点数、求二叉树深度等。

堆：堆的定义；堆的建立过程；堆的插入与删除运算的算法。

树与森林：树的存储表示，森林与二叉树的转换，树的先根、后根和按层遍历方法与算法，森林的遍历方法。

霍夫曼树：霍夫曼树的概念和建立过程，霍夫曼编码。

教学要求：

理解：树和森林的概念，二叉树的概念、性质及二叉树的表示，霍夫曼编码的概念，堆的概念，堆的建立方法；哈夫曼树的概念，构造哈夫曼树的过程，进行哈夫曼编码的方法。

应用：二叉树的各种遍历算法及有关其它运算的算法，树的各种遍历算法，利用二叉树的遍历结果确定二叉树的方法与过程，霍夫曼树的带权路径长度的计算。

综合应用：运用二叉树、堆的知识解决较复杂的应用问题。

第七部分集合与搜索

教学知识点：

集合：集合的概念，位向量表示和链表表示，对集合并、交、差等运算的算法。

搜索：搜索的概念，顺序搜索方法和算法，折半搜索的方法和算法。

二叉搜索树：二叉搜索树的定义和特性，在二叉搜索树上进行查找、插入、删除等运算的方法和递归及非递归算法。

A VL树：A VL树的定义，各种平衡化旋转的方法，在A VL树上插入和删除元素的过程。

教学要求：

理解：集合的概念和表示，顺序和折半搜索的方法，在二叉搜索树上进行各种运算的过程，A VL树的构造，插入和删除元素时的调整方法及其性能分析，分析和设计对集合的各种运算的算法。

应用：基于数组的顺序搜索和折半搜索的算法分析与设计，二叉搜索树的查找、插入、删除等算法的分析与设计。

第八部分图

教学知识点：

图的基本概念：图的基本概念，图的抽象数据类型。

图的存储表示：图的邻接矩阵、邻接表、邻接多重表、边集数组等表示

图的简单运算：如求邻接顶点，求顶点出度和入度等。

图的遍历与连通性：深度优先搜索和广度优先搜索的方法与算法，求连通分量及关节点的方法，重连通分量的概念。

最小生成树：Kruskal算法和Prim算法求图的最小生成树的过程。

最短路径：Dijkstra算法求图中一顶点到其余各顶点的过程。

活动网络：求AOV网的拓扑序列的方法和算法，求AOE网的关键路径的方法。

教学要求：

理解：图的基本概念和存储表示，图的深度优先搜索和广度优先搜索的过程，求图的最小生成树、最短路径、拓扑排序、关键路径的方法和过程，求图的连通性的方法，求图的关节点及构造重连通图的方法。

应用：图的两种遍历的算法，求AOV网的拓扑排序的算法描述。

第九部分排序

教学知识点：

概念：排序的概念，排序的时间和空间复杂度，排序方法的稳定性。