数据结构C语言版第一章课件严蔚敏
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数据结构C语言版-PPT课件
存储结构（物理结构）---运算（算法）
23
数据元素及其关系在计算机存储器中的存储方式。 是逻辑结构用计算机语言的实现，它依赖于计算机语言。
1.2 基本概念和术语
数据结构的三个方面： 线性结构
数据的逻辑结构 非线性结构 数据的存储结构
24
线性表 栈 队 树形结构
图形结构
顺序存储
链式存储
数据的运算：检索、排序、插入、删除、修改等
26
四个基本结构
•
集合 线性结构 树形结构
•
•
•
网状结构
27
线性结构
bin
dev
etc
lib
user
树形结构
树
3 1 2
2 5
二叉树
2
二叉排序树
1
9 3 6 3
1 13
4
6 7 8 9 10
4
7 8
5 9
6
8 5 7
10
11 12 13 14
11
28
堆结构
11
7 3 5 10 4 8
12 9 6
定义2----
22
按某种逻辑关系组织起来的一批数据（或称带结构 的数据元素的集合）应用计算机语言并按一定的存储 表示 方式把它们存储在计算机的存储器中，并在其上 定义了一个运算的集合。
1.2 基本概念和术语
数据结构的三个方面的含义：
逻辑结构--数据元素间抽象化的相互关系（简称为数据结构）。 与数据的存储无关，独立于计算机，它是从具体问题抽 象出来的数学模型。
按书名
S 0 1 L 0 1 S 0 1 S 0 2 … …
索引表
分类号： 高 等 数 学 0 0 1 ， 0 0 3 … … 樊映川 出版单位： 理 论 力 学 0 0 2 ， … … . . 华罗庚 出版时间： 线 性 代 数 0 0 4 ， … … 栾汝书 价格： … …… … . .
数据结构严蔚敏PPT(完整版)
算法(Algorithm)：是对特定问题求解方法(步骤)的一种 描述，是指令的有限序列，其中每一条指令表示一个或 多个操作。
算法具有以下五个特性
① 有穷性： 一个算法必须总是在执行有穷步之后结 束，且每一步都在有穷时间内完成。
② 确定性：算法中每一条指令必须有确切的含义。 不存在二义性。且算法只有一个入口和一个出口。
图状结构
一般线性表 栈和队列 串 数组 广义表 一般树 二叉树 有向图 无向图
图1-5 数据逻辑结构层次关系图
1.1.5 数据类型
数据类型(Data Type)：指的是一个值的集合和定 义在该值集上的一组操作的总称。
数据类型是和数据结构密切相关的一个概念。 在C 语言中数据类型有：基本类型和构造类型。
问题：必须先运行依据算法编制的程序；依赖软硬 件环境，容易掩盖算法本身的优劣；没有实际价值。 事前分析：求出该算法的一个时间界限函数。
与此相关的因素有： – 依据算法选用何种策略； – 问题的规模； – 程序设计的语言； – 编译程序所产生的机器代码的质量； – 机器执行指令的速度； 撇开软硬件等有关部门因素，可以认为一个特定算
K={k1, k2, …, k9} R={ <k1, k3>，<k1, k8>，<k2, k3>，<k2, k4>，<k2, k5>，<k3, k9>， <k5, k6>，<k8, k9>，<k9, k7>，<k4, k7>，<k4, k6> } 画出这逻辑结构的图示，并确定那些是起点，那些是终点
数据元素之间的关系可以是元素之间代表某种含义 的自然关系，也可以是为处理问题方便而人为定义的 关系，这种自然或人为定义的 “关系”称为数据元素 之间的逻辑关系，相应的结构称为逻辑结构。
算法具有以下五个特性
① 有穷性： 一个算法必须总是在执行有穷步之后结 束，且每一步都在有穷时间内完成。
② 确定性：算法中每一条指令必须有确切的含义。 不存在二义性。且算法只有一个入口和一个出口。
图状结构
一般线性表 栈和队列 串 数组 广义表 一般树 二叉树 有向图 无向图
图1-5 数据逻辑结构层次关系图
1.1.5 数据类型
数据类型(Data Type)：指的是一个值的集合和定 义在该值集上的一组操作的总称。
数据类型是和数据结构密切相关的一个概念。 在C 语言中数据类型有：基本类型和构造类型。
问题：必须先运行依据算法编制的程序；依赖软硬 件环境，容易掩盖算法本身的优劣；没有实际价值。 事前分析：求出该算法的一个时间界限函数。
与此相关的因素有： – 依据算法选用何种策略； – 问题的规模； – 程序设计的语言； – 编译程序所产生的机器代码的质量； – 机器执行指令的速度； 撇开软硬件等有关部门因素，可以认为一个特定算
K={k1, k2, …, k9} R={ <k1, k3>，<k1, k8>，<k2, k3>，<k2, k4>，<k2, k5>，<k3, k9>， <k5, k6>，<k8, k9>，<k9, k7>，<k4, k7>，<k4, k6> } 画出这逻辑结构的图示，并确定那些是起点，那些是终点
数据元素之间的关系可以是元素之间代表某种含义 的自然关系，也可以是为处理问题方便而人为定义的 关系，这种自然或人为定义的 “关系”称为数据元素 之间的逻辑关系，相应的结构称为逻辑结构。
数据结构(C语言版)(严蔚敏)
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4、效率与低存储量需求 、
通常，效率指的是算法执行时间；存储量指的是 算法执行过程中所需要的最大存储空间。两者都 与问题的规模有关。
32
算法效率的衡量方法和准则
通常有两种衡量算法效率的方法： 事后统计法 缺点：1、必须执行程序 2、其它因素掩盖算法本质 事后分析估算法 和算法执行时间相关的因素： 1算法选用的策略 2、问题的规模 3、编写程序的语言 4、编译程序产生的机器代码的质量 5、计算机执行指令的速度
5
–例
书目自动检索系统
线性表
书目文件
书目卡片 001 高等数学 樊映川 002 理论力学 罗远祥 登录号： 003 高等数学 华罗庚 004 书名： 线性代数 栾汝书 …… 作者名： …… ……
按书名
高等数学 理论力学 线性代数 ……
S01 L01 S01 S02 ……
索引表
按分类号
分类号： 001， 003… … 樊映川 出版单位： 002， … … .. 华罗庚 出版时间： 004， … … 栾汝书 价格： … … ..
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2、可读性 、
算法主要是为了人的阅读与交流，其次才是为计 算机执行。因此算法应该易于人的理解；另一方 面，晦涩难读的程序易于隐藏较多错误而难以调 试；
30
3.健壮性 健壮性
当输入的数据非法时，算法应当恰当地作出反映 或进行相应处理，而不是产生莫名奇妙的输出结 果。并且，处理出错的方法不应是中断程序的执 行，而应是返回一个表示错误或错误性质的值， 以便在更高的抽象层次上进行处理。
23
1.3 算法和算法分析
算法的概念和描述： 算法的概念和描述： 什么是算法？ 什么是算法？ 算法（ 算法（Algorithm)是为了解决某类问题而规定的一 是为了解决某类问题而规定的一 个有限长的操作序列。 个有限长的操作序列。一个算法必须满足以下五 个重要特性： 个重要特性：
数据结构(C语言版) 第1章 绪论
数据结构
理论课教材： 数据结构（C语言版） 严蔚敏 吴伟民 编著
第一章 绪论
1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 学习数据结构的主要意义和要求 数据结构讨论的范畴 基本概念 抽象数据类型的表示和实现 算法和算法的度量
学习数据结构的主要意义和要求
意义：
数据结构和算法是计算机学科的两大支柱 数据结构是程序设计的基础 程序=算法+数据结构
存储结构分为： 顺序存储结构——借助元素在存储器中的相对位置来表示 数据元素间的逻辑关系 链式存储结构——借助指示元素存储地址的指针表示数据 元素间的逻辑关系 数据的逻辑结构与存储结构密切相关 逻辑结构
线性表
物理结构
顺序存储结构
树
图
链式存储结构
复合存储结构
h
h
元素1 1400
1345 元素2
链式存储
数据结构的形式定义为: 数据结构是一个二元组 Data_Structures = (D, S) 其中: D 是数据元素的有限集， S 是 D上关系的有限集。
数据元素的映象方法： 例用二进制位(bit)的位串表示数据元素
(321)10 = (501)8 = (101000001)2 A = (101)8 = (001000001)2
算法设计的要求
2. 可读性 算法主要是为了人的阅读与交流，其次才是为计算机执行，因此算法 应该易于人的理解；另一方面，晦涩难读的程序易于隐藏较多错误而难以 调试。 3．健壮性 当输入的数据非法时，算法应当恰当地作出反映或进行相应处理，而
1536
元素3
1346
元素4
∧
存储地址 1345 1346
存储内容 元素1 元素4
指针 1400 ∧
理论课教材： 数据结构（C语言版） 严蔚敏 吴伟民 编著
第一章 绪论
1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 学习数据结构的主要意义和要求 数据结构讨论的范畴 基本概念 抽象数据类型的表示和实现 算法和算法的度量
学习数据结构的主要意义和要求
意义：
数据结构和算法是计算机学科的两大支柱 数据结构是程序设计的基础 程序=算法+数据结构
存储结构分为： 顺序存储结构——借助元素在存储器中的相对位置来表示 数据元素间的逻辑关系 链式存储结构——借助指示元素存储地址的指针表示数据 元素间的逻辑关系 数据的逻辑结构与存储结构密切相关 逻辑结构
线性表
物理结构
顺序存储结构
树
图
链式存储结构
复合存储结构
h
h
元素1 1400
1345 元素2
链式存储
数据结构的形式定义为: 数据结构是一个二元组 Data_Structures = (D, S) 其中: D 是数据元素的有限集， S 是 D上关系的有限集。
数据元素的映象方法： 例用二进制位(bit)的位串表示数据元素
(321)10 = (501)8 = (101000001)2 A = (101)8 = (001000001)2
算法设计的要求
2. 可读性 算法主要是为了人的阅读与交流，其次才是为计算机执行，因此算法 应该易于人的理解；另一方面，晦涩难读的程序易于隐藏较多错误而难以 调试。 3．健壮性 当输入的数据非法时，算法应当恰当地作出反映或进行相应处理，而
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元素3
1346
元素4
∧
存储地址 1345 1346
存储内容 元素1 元素4
指针 1400 ∧
数据结构(C)严蔚敏
选择合适的数据结构
选择原则
根据实际应用场景和需求，选择 最合适的数据结构。
常见数据结构
数组、链表、栈、队列、树、图等， 各有其特点和适用场景。
案例分析
例如，对于频繁进行查找操作的数 据，哈希表可能更合适；对于需要 频繁插入和删除元素的数据，链表 可能更合适。
空间和时间复杂度的优化
空间优化
通过减少数据存储空间的占用，提高数据结构的效率。
VS
快速排序
通过一趟排序将要排序的数据分割成独立 的两部分，其中一部分的所有数据都比另 一部分的所有数据要小，然后再按此方法 对这两部分数据分别进行快速排序，整个 排序过程可以递归进行，以此达到整个数 据变成有序序列。
排序算法
归并排序
将两个或两个以上的有序表组合成一个新的 有序表。
堆排序
利用堆这种数据结构所设计的一种排序算法。
数据结构(C)严蔚敏
目 录
• 引言 • 线性数据结构 • 非线性数据结构 • 数据结构的应用 • 数据结构的优化和改进建议
01 引言
什么是数据结构
定义
数据结构是计算机中数据的组织形式， 它根据数据特征将数据分成不同的类 型，并确定数据之间的相互关系。
数据结构的组成
包括数据的逻辑结构、物理结构和数 据的运算。
时间优化
通过改进算法和数据结构，减少数据操作的时间复杂度。
案例分析
例如，对于数组的插入和删除操作，可以通过二分查找法 将时间复杂度从O(n)降低到O(logn)。
算法的优化和改进
算法优化
通过改进算法逻辑，提高数据处理的效率。
算法改进
通过引入新技术或方法，改进现有算法的性能。
案例分析
例如，对于排序算法，快速排序、归并排序和堆排序各有其特点和适 用场景，可以根据实际情况选择最合适的算法。
数据结构(严蔚敏)完整第1章PPT
顺序映象(顺序存储方法)
以相对的存储位置表示后继关系
例如:令 y 的存储位置和 x 的存储位置之 间差一个常量 C
而 C 是一个隐含值，整个存储结构中只 含数据元素本身的信息
xy
24
2007年9月5日星期三
.
链式映象(链式存储方法)
称之为组合项
15
2007年9月5日星期三
.
数据结构：带结构的数据元素的集合
假设用三个 4 位的十进制数表示一个含 12 位 数的十进制数。
例如: 3214,6587,9345 ─ a1(3214),a2(6587),a3(9345)
则在数据元素 a1、a2 和 a3 之间存在着
“次序”关系 a1,a2、a2,a3
为计算机处理问题编制 一组指令集
处理问题的策略
问题的数学模型
6 .
例如: 数值计算的程序设计问题
结构静力分析计算 ─━ 线性代数方程组
全球天气预报 ─━ 环流模式方程 (球面坐标系)
7
2007年9月5日星期三
.
非数值计算的程序设计问题
例一: 求一组(n个)整数中的最大值 算法: ? 基本操作是“比较两个数的大小” 模型：？取决于整数值的范围
第一章 绪论
1
2007年9月5日星期三
.
【课前思考】
你过去是否听说过"数据结构"？你知 道数据结构是一门讨论什么内容的学科吗？
同学们见过《算法+数据结构=程序设 计》这本书吧，它正好说明数据结构的实 质是讨论程序设计的方法。通过这门课的 学习，同学们将掌握非数值计算程序设计 中用的基本方法和技巧。
8
2007年9月5日星期三
.
例二：计算机对弈
以相对的存储位置表示后继关系
例如:令 y 的存储位置和 x 的存储位置之 间差一个常量 C
而 C 是一个隐含值，整个存储结构中只 含数据元素本身的信息
xy
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2007年9月5日星期三
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链式映象(链式存储方法)
称之为组合项
15
2007年9月5日星期三
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数据结构：带结构的数据元素的集合
假设用三个 4 位的十进制数表示一个含 12 位 数的十进制数。
例如: 3214,6587,9345 ─ a1(3214),a2(6587),a3(9345)
则在数据元素 a1、a2 和 a3 之间存在着
“次序”关系 a1,a2、a2,a3
为计算机处理问题编制 一组指令集
处理问题的策略
问题的数学模型
6 .
例如: 数值计算的程序设计问题
结构静力分析计算 ─━ 线性代数方程组
全球天气预报 ─━ 环流模式方程 (球面坐标系)
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2007年9月5日星期三
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非数值计算的程序设计问题
例一: 求一组(n个)整数中的最大值 算法: ? 基本操作是“比较两个数的大小” 模型：？取决于整数值的范围
第一章 绪论
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2007年9月5日星期三
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【课前思考】
你过去是否听说过"数据结构"？你知 道数据结构是一门讨论什么内容的学科吗？
同学们见过《算法+数据结构=程序设 计》这本书吧，它正好说明数据结构的实 质是讨论程序设计的方法。通过这门课的 学习，同学们将掌握非数值计算程序设计 中用的基本方法和技巧。
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2007年9月5日星期三
.
例二：计算机对弈
数据结构讲义绪论严蔚敏c语言版.ppt
在计算机科学中，数据的含义极为广泛，包括数值型、非 数值型、多媒体数据等。
数据元素(Data Element): 是数据的基本单位，在计算机程 序中通常作为一个整体进行考虑和处理。Eg. “图”中的圆 圈。 一个数据元素可由若干个数据项(Data Item)组成。数据 项是数据的不可分割的最小单位。 Eg. “书目”中的书名。
数据对象(Data Object) : 是性质相同的数据元素的集合。是 数据的一个子集。 Eg. C={ “ A’’, “ B”, · · · ,“Z”}
7
2019/3/20
1.2 基本概念和术语
数据结构(Data Structure)：是相互之间存在一种或多种特
定关系的数据元素的集合。数据元素相互之间的关系称为 结构。通常分为四类基本结构： 1、集合 数据元素除了同属于一种类型外，别无其它关系。 2、线性结构 数据元素之间存在一对一的关系。 3、树形结构 数据元素之间存在一对多的关系。 4、图状结构 数据元素之间存在多对多的关系。
数据结构
(Data Structure)
柳 青
Email: liuqing@
School of Software , Yunnan University
2019/3/20
1
数据结构教材及参考材料
《数据结构》 （C语言版）
严蔚敏 吴伟民
清华大学出版社
《数据结构题集》
严蔚敏 吴伟民
英文字符类型的数据对象是{A，B，C，D，E，F，…}
数据对象可以是有限的，也可以是无限的。 数据结构不同于数据类型，也不同于数据对象，它不仅要描 述数据类型的数据对象，而且要描述数据对象各元素之间的 相互关系。 2019/3/20
数据结构(C)严蔚敏-(文件)PPT课件
2021/3/12
Page 2
单关键字文件
❖ 文件中的记录只有一个唯一标识记录的主关键字。
多关键字文件
❖ 文件中的记录除了含有一个主关键字外，还含有若干个次关键字。
记录的属性
❖ 记录中所有非关键字的数据项。
记录的逻辑结构
❖ 记录在用户或应用程序员面前呈现的方式，是用户对数据的表示和 存取方式。
文件的检索方式
❖ 顺序存取：存取下一个逻辑记录。 ❖ 直接存取；存取第i个逻辑记录。 ❖ 按关键字存取：
简单查询、区域查询、函数查询、布尔查询
Data Structure
2021/3/12
Page 4
文件的修改
❖ 记录的插入、删除、修改。
文件的物理结构
❖ 文件在外存上的组织方式。 ➢ 顺序组织 ➢ 随机组织 ➢ 链组织
记录的物理结构
❖ 数据在物理存储器上存储的方式，是数据的物理表示和组织。
Data Structure
2021/3/12
Page 3
物理记录
❖ 计算机用一条I/0命令进行读写的基本数据单位（物理块）。 ❖ 物理记录和逻辑记录之间可能存在下列三种关系：
➢ 一个物理记录存放一个逻辑记录； ➢ 一个物理记录包含多个逻辑记录； ➢ 多个物理记录表示一个逻辑记录。
项。索引项指出该记录的物理地址。最后，索引表按关键字排序。 ❖ 只能存储在磁盘存储设备上。
Data Structure
2021/3/12
Page 8
物理记录号 职工号 姓名 职务 其他
101
29 张珊 程序员
103
05 李四 维修员
104
02 王红 程序员
105
38 刘淇 穿孔员
严蔚敏数据结构C语言版课件
➢ 在非空的线性表，有且仅有一个开始结点a1， 它没有直接前趋，而仅有一个直接后继a2；
➢ 有且仅有一个终端结点an，它没有直接后继， 而仅有一个直接前趋a n-1；
➢ 其余的内部结点ai(2≦i≦n-1)都有且仅有一个 直接前趋a i-1和一个直接后继a i+1。 线性表是一种典型的线性结构。
数据的运算是定义在逻辑结构上的，而运算 的具体实现则是在存储结构上进行的。
总的时间由一个常数（即零次多项式）
来限界。而一个时间为O(n2)的算法则由 一个二次多项式来限界。
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(nn)
当n取得很大时，指数时间算法和多项 式时间算法在所需时间上非常悬殊。因
(a1，b1)(a2，b2)…(an，bn) 其中ai，bi(i=1，2…n) 分别表示某人的名字和对应的电
话号码要求设计一个算法，当给定任何一个人的名字 时，该算法能够打印出此人的电话号码，如果该电话 簿中根本就没有这个人，则该算法也能够报告没有这 个人的标志。
算法的设计，依赖于计算机如何存储人的 名字和对应的电话号码，或者说依赖于名字和 其电话号码的结构。
P3
通过以上几例可以直接地认为：数据结构 就是研究数据的逻辑结构和物理结构以及它们 之间相互关系，并对这种结构定义相应的运算， 而且确保经过这些运算后所得到的新结构仍然 是原来的结构类型。
1.2 基本概念和术语
数据(Data):是对信息的一种符号表示。在计 算机科学中是指所有能输入到计算机中并被 计算机程序处理的符号的总称。
青岛科技大学 数据结构 C语言版 严蔚敏 清华大学出版社 讲义
JYP
13
1.3 算法定义
数据结构的操作实际上是以算法的形式实现的。
定义：算法是一个有限的指令集合，执行这些指令 可以完成某一特定任务。一个算法还应当满足以下 特性： 输入 零个或多个由外界提供的输入量。 输出 至少产生一个输出量。 确定性 每一指令都有确切的语义，无歧义。 有限性 在执行有限步骤后结束。 有效性 每一条指令都应能经过有限层的表示转 化为计算平台的基本指令，即算法的指令必须是可 行的。
class Circle { // 对象: 几何圆 public: Circle(float r); // 构造函数，创建一个半径为r的对象实例 float Circumference( ); // 返回该实例的周长 float Area( ); // 返回该实例的面积 };
该抽象数据类型的名称为Circle，数据对象定义 为几何圆，操作包括构造函数、计算周长和面积等。 注意：这些定义不依赖于数据对象的具体表示，也 没有给出操作实现的过程。
• 中间层数据结构起着核心作用，称之为建模层。 • 对数据结构的研究产生了一批通用性强、具有很 高实用价值的中间层数据结构，如数组、字符串、 集合、线性表、栈、队列、链表、树、图、符号 表等。
• 系统地学习进而掌握数据结构的知识和方法，对 于提高设计与开发软件系统尤其是复杂软件系统 的能力，无疑是十分重要的。
JYP
7
• 用抽象数据类型（ADT）描述数据抽象与封装是 一种自然、有效的方法。 • 数据类型由一个数据对象的集合和一组作用于这 些数据对象的操作组成。例如，C++的基本数据 类型char、int、float和double等。
• 抽象数据类型是一个数据类型，该数据类型的组 织遵循将数据对象及对这些数据对象的操作的规 格说明与这些数据对象的表示、操作的实现相分 离的原则。