计算机软件基础03 - Data Structure(1) - BW

…… b + ( i – 1) * element_size ai ……
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3. 数据结构
3.2 线性表
• 顺序存储的线性表
–操作的实现（用伪代码[pseudo-code]来表示） 操作的实现（用伪代码[pseudo-code]来表示） 操作的实现 [pseudo 来表示 –插入（insert），按插入位置的不同可以分为： 插入（ ），按插入位置的不同可以分为 插入 insert），按插入位置的不同可以分为： • 在结尾处插入，也称为追加（append），例如，在长度 在结尾处插入，也称为追加（append），例如， ），例如 为 n 的线性表 V 尾部加一个元素 X
–数据结构是计算机应用方面的基础课程之一 数据结构是计算机应用方面的基础课程之一 –早期的计算机主要用于解决数值计算问题，涉及 早期的计算机主要用于解决数值计算问题， 早期的计算机主要用于解决数值计算问题 的操作对象比较简单（整型、实数、布尔型等） 的操作对象比较简单（整型、实数、布尔型等） –随着计算机应用领域的扩大，如文献检索、CAD、 随着计算机应用领域的扩大， 随着计算机应用领域的扩大 如文献检索、CAD、 图像模式识别等非数值运算越来越引起人们的重视 –非数值运算的数据类型比较复杂、数据元素之间 非数值运算的数据类型比较复杂、 非数值运算的数据类型比较复杂 具有各种特定的关系，人们感兴趣的是数据集合中 具有各种特定的关系，人们感兴趣的是数据集合中 元素之间的关系以及如何组织和表示这些数据以提 元素之间的关系以及如何组织和表示这些数据以提 高处理效率 –这就是数据结构所要研究的问题。 这就是数据结构所要研究的问题。 这就是数据结构所要研究的问题
–数据结构（data structure），带有结构特性的数据元 数据结构（ structure），带有结构特性 ），带有结构特性的数据元 数据结构 素的集合， 素的集合，表示为二元组形式
• S = ( D, R ) • D 是一个装有数据元素的非空有限集合 • R 是定义在 D 上的关系的非空有限集合
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3. 数据结构
3.2 线性表
• 线性表的基本操作（运算） 线性表的基本操作（运算）
–线性表的声明、创建和初始化（declaration， 线性表的声明、创建和初始化（declaration， 线性表的声明 create，initialization） create，initialization） –数据元素的插入、删除、修改（insert, 数据元素的插入、 数据元素的插入 删除、修改（ update） delete, update） –数据元素的查找、排序（search, sorting） 数据元素的查找、 sorting） 数据元素的查找 排序（ –线性表的释放（release，destruct） 线性表的释放（ 线性表的释放 release，destruct） –组合操作，运用以上操作完成更复杂的功能 组合操作， 组合操作
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3. 数据结构
3.1 概述
• 什么是数据结构（data structure） 什么是数据结构（ structure）
–数据（data），是现实世界客观存在的实体或事务的属性 数据（data） 数据 包括：数值，文字，声音，图像等。 值，包括：数值，文字，声音，图像等。在计算机科学中 指所有能输入并被计算机加工处理的符号集合。 指所有能输入并被计算机加工处理的符号集合。 –数据项（field，item），是数据不可分割的最小单位， 数据项（ ），是数据不可分割的最小单位， 数据项 field，item），是数据不可分割的最小单位 例如：年龄＝ 例如：年龄＝74 –数据元素（data element），数据的基本单位，通常作为 数据元素（ element） 数据的基本单位 基本单位， 数据元素 一个整体进行考虑和处理。 一个整体进行考虑和处理。
–单向链表 单向链表 –双向链表 双向链表 –循环链表 循环链表
–不同的存储方式，导致线性表的实现方式也不 不同的存储方式， 不同的存储方式 操作的实现方法也不一样） 同（操作的实现方法也不一样）
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3. 数据结构
3.2 线性表
• 顺序存储的线性表
–存储地址的计算 存储地址的计算
addr(ai) = addr(a1) + (i – 1) * element_size element_size是一个数据元素所占存储单元的数目
• • • • 除第一个元素外， 除第一个元素外，其它每个元素都仅有一个直接前趋元素 除最后一个元素外， 除最后一个元素外，其它每个元素都仅有一个直接后继元素 线性表中的数据元素是有序排列的 有序排列的， 线性表中的数据元素是有序排列的，既 ( a，b ) ≠ ( b, a ) 不论是什么数据类型，所有元素的数据类型都一样 不论是什么数据类型，所有元素的数据类型都一样
…
…
…
…
–数据对象(data object)，具有相同性质的数据元素的集 数据对象( object)， 数据对象 合
• 正整数的集合 N = { 0, 1, 2, … } • 人员的集合 P = { person_a, person_b, … }
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3. 数据结构
3.1 概述
• 什么是数据结构（data structure） 什么是数据结构（ structure）
–如：0-1-8-4 如
• 树形结构，元素之间存在一对多的关系 树形结构， • 网状结构，元素之间存在多对多的关系 网状结构，
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3. 数据结构
3.1 概述
• 数据结构的用途
–用于存储数据 用于存储数据 –用于实现各种功能的算法和操作 用于实现各种功能的算法和操作
• 一个算法或操作，可以基于不同的数据结构来实现， 一个算法或操作，可以基于不同的数据结构来实现， 但有的数据结构可以提高算法的效率， 但有的数据结构可以提高算法的效率，有的数据结构 会降低算法的效率 • 数据结构影响算法的实现方式 程序 = 数据结构 + 算法
–声明，char s[16]; 声明， 声明
• • • • • 线性表的最大长度，线性表最多可容纳的元素个数，max_size 线性表的最大长度，线性表最多可容纳的元素个数， 线性表的正在使用的长度 正在使用的长度， 线性表的正在使用的长度，有效的数据元素的个数 n 初始化时， 初始化时，n = 0 地址 b a1 增加一个元素， 增加一个元素，n = n + 1 b + element_size a2 减少一个元素， 减少一个元素，n = n - 1
–物理结构（physical 物理结构
• 把逻辑结构映象到计算机中所得到的存储结构 • 直接用于存储数据结构的 • 存储结构主要有以下四种
–顺序存储结构 顺序存储结构 –链式存储结构 链式存储结构 –索引存储结构 索引存储结构 –散列存储结构 散列存储结构
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3. 数据结构
3.2 线性表
• 线性表的存储
–线性表在计算机中的具体存储方式： 线性表在计算机中的具体存储方式： 线性表在计算机中的具体存储方式
• 顺序存储，在计算机内存中，连续存储，存储数据元 顺序存储，在计算机内存中，连续存储， 素的内存地址（存储地址） 素的内存地址（存储地址）是连续的 • 链表(链式)存储，分散存储在内存中，存储地址用 链表(链式)存储，分散存储在内存中， 把数据元素链接在一起； 地址指针 把数据元素链接在一起；
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3. 数据结构
3.2 线性表
• 线性表定义（sequenced list，linear list） 线性表定义（ list， list）
–线性表是一种最简单、最常用的数据结构 线性表是一种最简单、 线性表是一种最简单 –线性表是一组有序、有限的数据元素 线性表是一组有序 线性表是一组有序、 –一般表示形式： 一般表示形式： 一般表示形式 L = ( a 1, a 2, a 3, … , a n ) –例如，一个星期有七天，week 例如， 例如 一个星期有七天， Week = ( Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday, Saturday, Sunday ) Month = ( 1, 2, 3, 4, … , 31 ) –特点： 特点： 特点
结构就是关系。 被加工的数据不是孤立无 关的，彼此之间存在着某 些联系
–数据结构的分类 数据结构的分类
• 集合，各数据元素除了属于同一个集合外，无别的关系， 集合，各数据元素除了属于同一个集合外，无别的关系，
–如：{ 0, 1, 4, 8 } 如
• 线性结构，元素之间存在一个接一个的顺序关系， 线性结构，元素之间存在一个接一个的顺序关系，
• 可以是单个数据项 • 可以是几个数据项的集合
–name = first_name + last_name name
学号
90025 90123
姓名
张勇 李军
班级
仪1 计1
成绩
85 90
• 可以由数据项和其它数据元素组成的集合
–Person = name + age + gender Person –数据元素是可以嵌套的 数据元素是可以嵌套的
• 算法分析，是进行评价算法好坏、效率高低的，见 P24 算法分析，是进行评价算法好坏、效率高低的，
– 时间复杂度（算法执行的步数，而不是具体的时间） 时间复杂度（算法执行的步数，而不是具体的时间） – 空间复杂度（算法在执行过程中所需的辅助存储空间） 空间复杂度（算法在执行过程中所需的辅助存储空间） – 算法的复杂程度 数据结构可以从时间和空间复杂度两个角度影响算法的实现以及执行效率
计算软件机技术基础
第 3 讲
2011 年 3 月
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3. 数据结构
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 概述 线性表 数组 栈与队 树与二叉树 图 查找 排序