数据结构实验课件及实验
数据结构 课件 第3章 栈
第3章 栈
第 3 章 栈
知
识点
栈的定义和特点 栈的基本运算和算法 栈的典型应用
难
点
后缀表达式的算法 数制的换算 利用本章的基本知识设计相关的应用问题
要
求
掌握栈的特点 掌握栈的基本运算 熟悉栈的各种实际应用 能设计栈应用的典型算法 了解栈的运算时间复杂度分析
第3章 目录
2．顺序栈运算的基本算法 （1）置空栈 首先建立栈空间，然后初始化栈顶指针。 SeqStack *Snull( ) { SeqStack *s； s=new (SeqStack)；
// 在C语言中用s=malloc（sizeof（SeqStack）） ；
s->top= –1； return s； }
3-1 栈的定义与运算 3-2 栈的存储和实现 3-3 栈的应用举例 小 结 验证性实验3: 栈子系统 自主设计实验3：后缀表达式求值 单元练习3
3-1 栈的定义和运算
3-1-1 栈（Stack）的定义
1. 栈的定义 栈是限制在表尾进行插入和删除的线性表。 进栈 出栈
an …… a3 a2 a1
图3-1栈的 示意图
3-3.
3-3-1 数制转换
栈的应用举例
数值进位制的换算是计算机实现计算和处理的 基本问题。比如将十进制数N转换为j进制的数，其 解决的方法很多，其中一个常用的算法是除j取余法。 将十进制数每次除以j，所得的余数依次入栈，然后 按“后进先出”的次序出栈便得到转换的结果。 其算法原理是： N =（N / j）* j + N % j
由于栈的操作只能在栈顶进行的，所以用链表的头部做
栈顶是最合适的。链栈结构如图3-4所示。
数据结构 课件PPT
数据元素（Data Element）
数据元素是组成数据的基本单位,是计算机程序加工处理的基本单位，在计算机中通常 作为一个整体进行考虑和处理。
数据项（Data Item）
数据项（Data Item）是有独立含义的最小单位。一个数据元素可由一个或多个数据 项组成，此时的数据元素通常称为记录（Record）。 例如：表1.1所示，学生信息表是数据，一行表示一个学生的记录，每一条记录就是一个数据 元素，每一个数据元素都是由学号、姓名、性别、出生日期、政治面貌5个数据项组成。
设计算法
编写代码
数值问题 非数值问题
数学方程式 设计合理的数据结构（表、树、图等）
数据结构是一门研究非数值计算程序设计问题中的操作对象，以及 它们之间的关系和操作等相关问题的学科。
数据结构的3种基本结构---线性结构
线性结构
实例：学生信息管理系统
数据结构的3种基本结构---树结构
树结构
实例：八皇后问题
1.5 算法与性能分析---算法的设计要求
算法的设计要求
1.正确性 程序中不含语法错误、算法的执行结果应当满足预先规定的功能和性能要求。
2.可读性 一个好的算法首先应该便于人们理解和相互交流，其次才是机器可执行。可读 性好的算法有助于人对算法的理解，难懂的算法易于隐藏错误且难于调试和修 改。
3.健壮性 一个好的算法，当输入的数据非法时，也能适当地做出正确反应或进行相应的 处理，而不会产生一些莫名其妙的输出结果。
1.5 算法与性能分析---算法的特性
算法的特性
（1）有穷性：有限步骤之内正常结束，不能形成无穷循环，并且每一步骤在可接 受的时间内完成。这里的有穷的概念并不是纯数学意义的，而是在实际应用当 中合理的、可以接受的“有边界”。
(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。
37
06
数据结构的应用与拓展
2024/3/26
38
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ppt课件
数据结构的定义数据结构是计算机中存储、组织数据的方式，它定义了数据元素之间的逻辑关系以及如何在计算机中表示这些关系。
提高算法效率合适的数据结构可以显著提高算法的执行效率，降低时间复杂度和空间复杂度。
简化程序设计数据结构为程序设计提供了统一的抽象层，使得程序员可以更加专注于问题本身，而不是底层的数据表示和访问细节。
便于数据管理和维护良好的数据结构设计可以使得数据的管理和维护变得更加方便和高效。
数据结构的定义与重要性线性数据结构中的元素之间存在一对一的关系，如数组、链表、栈和队列等。
线性数据结构非线性数据结构中的元素之间存在一对多或多对多的关系，如树、图等。
非线性数据结构静态数据结构在程序运行期间不会发生改变，如数组、静态链表等。
静态数据结构动态数据结构在程序运行期间可以动态地添加或删除元素，如链表、动态数组等。
动态数据结构数据结构的分类01020304在计算机科学中，数据结构是算法设计和分析的基础，广泛应用于操作系统、编译原理、数据库等领域。
计算机科学在软件工程中，数据结构是软件设计和开发的重要组成部分，用于实现各种软件功能和性能优化。
软件工程在人工智能中，数据结构用于表示和处理各种复杂的数据和知识，如神经网络、决策树等。
人工智能在大数据处理中，数据结构用于高效地存储、管理和分析海量数据，如分布式文件系统、NoSQL 数据库等。
大数据处理数据结构的应用领域0102线性表是具有n个数据元素的有限序列创建、销毁、清空、判空、求长度、获取元素、修改元素、插入元素、删除元素等线性表的定义线性表的基本操作线性表的定义与基本操作03用一段地址连续的存储单元依次存储线性表的数据元素顺序存储结构的定义可以随机存取，即可以直接通过下标访问任意元素；存储密度高，每个节点只存储数据元素顺序存储结构的优点插入和删除操作需要移动大量元素；空间利用率不高，需要提前分配存储空间顺序存储结构的缺点链式存储结构的定义01用一组任意的存储单元存储线性表的数据元素，这组存储单元可以是连续的，也可以是不连续的链式存储结构的优点02插入和删除操作不需要移动大量元素，只需要修改指针；空间利用率高，不需要提前分配存储空间链式存储结构的缺点03不能随机存取，只能通过从头节点开始遍历的方式访问元素；存储密度低，每个节点除了存储数据元素外，还需要存储指向下一个节点的指针0102定义栈（Stack）是一种特殊的线性数据结构，其操作只能在一端（称为栈顶）进行，遵循后进先出（LIFO）的原则。
《数据结构》课件
第二章 线性表
1
线性表的顺序存储结构
2
线性表的顺序存储结构使用数组来存储元素，
可以快速随机访问元素。
3
线性表的常见操作
4
线性表支持常见的操作，包括插入、删除、 查找等，可以灵活地操作其中的元素。
线性表的定义和实现
线性表是一种数据结构，它包含一组有序的 元素，可以通过数组和链表来实现。
线性表的链式存储结构
线性表的链式存储结构使用链表来存储元素， 支持动态扩展和插入删除操作。
第三章 栈与队列
栈的定义和实现
栈是一种特殊的线性表，只能在一 端进行插入和删除操作，遵循后进 先出的原则。
队列的定义和实现
队列是一种特殊的线性表，只能在 一端进行插入操作，在另一端进行 删除操作，遵循先进先出的原则。
栈和队列的应用场景和操作
哈希表是一种高效的查找数据结构， 通过哈希函数将关键字映射到数组 中，实现快速查找。
排序算法包括冒泡排序、插入排序 和快速排序等，可以根据数据规模 和性能要求选择合适的算法。
结语
数据结构的学习心得 总结
学习数据结构需要掌握基本概念 和常见操作，通过实践和练习加 深理解和熟练度。
下一步学习计划的安 排
在掌握基本数据结构的基础上， 可以进一步学习高级数据结构和 算法，提升编程技能。
相关学习资源推荐
推荐一些经典的数据结构教材和 在线学习资源，如《算法导论》 和LeetCode等。
栈和队列在计算机科学中有许多应 用，如函数调用、表达式求值和作 业调度等。
第四章 树与二叉树
树的定义和性质
树是由节点和边组成的一种非线性数据结构，每个 节点可以有多个子节点。
二叉树的遍历方式
二叉树的遍历方式包括前序遍历、中序遍历和后序 遍历，可以按不同顺序输出节点的值。
《数据结构与算法 》课件
自然语言处理中，数据结构用于表示句子、单词之间的关系，如依 存句法树。
计算机视觉
计算机视觉中的图像处理和识别使用数据结构来存储和操作图像信 息，如链表和二叉树。
算法在计算机科学中的应用
加密算法
加密算法用于保护数据的机密性和完整性，如 RSA算法用于公钥加密。
排序算法
排序算法用于对数据进行排序，如快速排序和归 并排序广泛应用于数据库和搜索引擎中。
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。
查找算法
线性查找：从数据结构的一端开始逐 个检查每个元素，直到找到所查找的 元素或检查完所有元素为止。
二分查找：在有序数据结构中查找某 一特定元素，从中间开始比较，如果 中间元素正好是要查找的元素，则搜 索过程结束；如果某一特定元素大于 或者小于中间元素，则在数组大于或 小于中间元素的那一半中查找，而且 跟开始一样从中间元素开始比较。如 果在某一步骤数组为空，则代表找不 到。这种搜索算法每一次比较都使搜 索范围缩小一半。
04
常见算法实现
排序算法
冒泡排序
通过重复地遍历待排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序错误就把他们交换过来。遍历数列的工作是重复 地进行直到没有再需要交换，也就是说该数列已经排序完成。
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。
数据结构在计算机科学中的应用
1 2
数据库系统
数据结构是数据库系统的基础，用于存储、检索 和管理大量数据。例如，B树和哈希表在数据库 索引中广泛应用。
数据结构ppt课件完整版
数据结构分类
根据数据元素之间关系的不同， 数据结构可分为线性结构、树形 结构、图形结构等。
4
数据结构重要性
01
02
03
提高算法效率
合理的数据结构可以大大 提高算法的执行效率，减 少时间和空间复杂度。
33
案例三：最小生成树在通信网络优化中应用
Kruskal算法
基于并查集实现，按照边的权值从小到大依次添加边，直到生成 最小生成树。
Prim算法
从某一顶点开始，每次选择与当前生成树最近的顶点加入，直到 所有顶点都加入生成树。
通信网络优化
最小生成树算法可用于通信网络优化，通过选择最优的通信线路 和节点，降低网络建设和维护成本。
2024/1/28
简化程序设计
数据结构的设计和实现可 以简化程序设计过程，提 高代码的可读性和可维护 性。
解决实际问题
数据结构是解决实际问题 的基础，如排序、查找、 图论等问题都需要依赖于 特定的数据结构。
5
相关术语解析
数据元素
数据元素是数据的基本 单位，通常作为一个整
体进行考虑和处理。
2024/1/28
02
队列的基本操作包括入队（enqueue）、出队（ dequeue）、查看队首和队尾元素等。
03
队列的特点
2024/1/28
04
数据从队尾入队，从队首出队。
05
队列中元素的插入和删除操作分别在两端进行，因此也称 为双端操作。
06
队列中没有明显的头尾标记，通常通过计数器或循环数组 等方式实现。
15
栈和队列应用举例
《数据结构说课》课件
05 数据结构课程设计建议
实践项目选择
综合性项目
实际应用背景
选择一个涉及多种数据结构的项目，如“ 最小生成树算法”、“图的最短路径问题 ”等，以便学生全面掌握数据结构知识。
确保项目与实际应用紧密相关，如搜索引 擎、社交网络等，以提高学生对数据结构 的兴趣和认识。
难度适中
团队合作
选择难度适中的项目，既不过于简单也不 过于复杂，以便学生在实践中学习和掌握 数据结构知识。
链表
总结词
动态分配存储结构
详细描述
链表是一种非连续的数据结构，通过指针链接各个节点。链表中的节点可以动态 分配和释放，适用于需要频繁插入和删除的场景。
栈
总结词
后进先出（LIFO）数据结构
详细描述
栈是一种具有后进先出特性的数据结构，只能在一端进行插入和删除操作。栈常用于实现函数调用、括号匹配等 功能。
构理论的理解。
B
C
D
反思与总结
鼓励学生对自己的学习过程进行反思和总 结，找出自己的不足之处，制定针对性的 改进计划。
刻意练习
引导学生进行刻意练习，通过大量练习提 高自己的编程能力和数据结构应用能力。
感谢您的观看
THANKS
效率和检索速度。
数据库系统
总结词
高效数据管理
VS
详细描述
数据库系统是用于存储和管理大量数据的 系统。数据库系统通常使用数据结构来组 织和管理数据，如B树、哈希表等。这些 数据结构有助于提高数据库系统的查询速 度和数据管理效率。
人工智能与机器学习
总结词：算法基础
详细描述：人工智能和机器学习领域中的许多算法都基于数据结构。例如，决策树、神经网络等算法 都涉及到数据结构的运用。这些算法在自然语言处理、图像识别、推荐系统等领域都有广泛的应用。
数据结构详解ppt课件
“数据结构知识导入全程目标•数据结构的基本概念–逻辑结构–物理结构–运算结构•数据结构的基本实现–堆栈–队列–链表–二叉树知识讲解数据结构的基本概念•数据结构是相互之间存在一种或多种特定关系的数据的集合•数据结构是计算机存储、组织数据的方式•数据结构的选择直接影响计算机程序的运行效率(时间复杂度)和存储效率(空间复杂度)•计算机程序设计=算法+数据结构•数据结构的三个层次–抽象层——逻辑结构–结构层——物理结构–实现层——运算结构识讲解•集合结构(集)–结构中的数据元素除了同属于一个集合外没有其它关系识讲解•线性结构(表)–结构中的数据元素具有一对一的前后关系识讲解•树型结构(树)–结构中的数据元素具有一对多的父子关系知识讲解实现双向线性链表•删除节点识讲解•树形结构的最简模型，每个节点最多有两个子节点•每个子节点有且仅有一个父节点，整棵树只有一个根节点•具有递归的结构特征，用递归的方法处理，可以简化算法•三种遍历序–前序遍历：D-L-R–中序遍历：L-D-R–后序遍历：L-R-D识讲解•二叉树的一般形式–根节点、枝节点和叶节点–父节点和子节点–左子节点和右子节点–左子树和右子树–大小和高度(深度)识讲解•满二叉树–每层节点数均达到最大值–所有枝节点均有左右子树知识讲解二叉树•完全二叉树–除最下层外，各层节点数均达到最大值–最下层的节点都连续集中在左边识讲解•顺序存储–从上到下、从左到右，依次存放–非完全二叉树需用虚节点补成完全二叉树识讲解•链式存储–二叉链表，每个节点包括三个域，一个数据域和两个分别指向其左右子节点的指针域识讲解•链式存储–三叉链表，每个节点包括四个域，一个数据域、两个分别指向其左右子节点的指针域和一个指向其父节点的指针域知识讲解实现有序二叉树•有序二叉树亦称二叉搜索树，若非空树则满足：–若左子树非空，则左子树上所有节点的值均小于等于根节点的值–若右子树非空，则右子树上所有节点的值均大于等于根节点的值–左右子树亦分别为有序二叉树•基于有序二叉树的排序和查找，可获得O(logN)级的平均时间复杂度知识讲解逻辑结构•网状结构(图)–结构中的数据元素具有多对多的交叉映射关系识讲解•顺序结构–结构中的数据元素存放在一段连续的地址空间中识讲解•顺序结构–随机访问方便，空间利用率低，插入删除不方便识讲解•链式结构–结构中的数据元素存放在彼此独立的地址空间中–每个独立的地址空间称为节点–节点除保存数据外，还需要保存相关节点的地址识讲解•链式结构–插入删除方便，空间利用率高，随机访问不方便知识讲解逻辑结构与物理结构的关系•每种逻辑结构采用何种物理结构实现，并没有一定之规，通常根据实现的难易程度，以及在时间和空间复杂度方面的要求，选择最适合的物理结构，亦不排除复合多种物理结构实现一种逻辑结构的可能知识讲解运算结构•创建与销毁–分配资源、建立结构、释放资源•插入与删除–增加、减少数据元素•获取与修改–遍历、迭代、随机访问•排序与查找–算法应用知识讲解数据结构的基本实现•堆栈–基于顺序表的实现–基于链式表的实现•队列–基于顺序表的实现–基于链式表的实现•链表–双向线性链表的实现•二叉树–有序二叉树(二叉搜索树)的实现知识讲解堆栈•后进(压入/push)先出(弹出/pop)识讲解•初始化空间、栈顶指针、判空判满识讲解•动态分配、栈顶指针、注意判空知识讲解队列•先进(压入/push)先出(弹出/pop)识讲解•初始化空间、前弹后压、循环使用、判空判满识讲解•动态分配、前后指针、注意判空知识讲解链表•地址不连续的节点序列，彼此通过指针相互连接•根据不同的结构特征，将链表分为：–单向线性链表–单向循环链表–双向线性链表–双线循环链表–数组链表–链表数组–二维链表识讲解•单向线性链表识讲解•单向循环链表识讲解•双向线性链表识讲解•双向循环链表识讲解•数组链表识讲解•链表数组识讲解•二维链表识讲解•结构模型识讲解•插入节点。
《数据结构》课件第一章
程序步确定方法
关于复杂度数量级的表示方法
O(n) O(n) O(n)
C + O(n) C * O(n) O(n) * O(n)
顺序语句 一重循环 多重循环 条件判断
C
n m*n、m*n*l、 m*n*l*t …… Max( u, v) （u和v也可能是常数）
➢对于一个多项式的时间复杂度，只记它最高的幂次。
基本概念和术语（二）
➢ 数据结构：
✓ 结构是指数据间的关系。 ✓ 数据结构是指是相互之间存在某种特定关系的
数据元素的集合。（模型） ✓ 数据结构包括三个方面的内容 ▪ 数据的逻辑结构 ▪ 数据的存储结构 ▪ 数据的运算
一个算法的设计取决于选定的逻辑结构， 算法的实现依赖于采用的存储结构
图书馆查询系统 人机对羿
➢ 算法最坏时间复杂度：算法在任何输入 实例上运行时间的上界。
算法的时间复杂度不仅仅依赖于问题的 规模，还取决于输入实例的初始状态
e.g 折半查找法 最好情况：1（x = n/2） 最坏情况：log2 n 一般来说，在普通应用场合中使用折半查找法 时，以最坏情况时的复杂度作为该算法的复 杂度
算法的空间复杂度分析
算法及算法复杂度分析
什么是数据结构
计算机加工处理的对象由纯粹的数值发展 到字符、图表、图象等各种具有一定结构 的数据。
用计算机解决一个具体问题的时候一般有 几个步骤：
❖ 从具体问题抽象出一个数学模型 ❖ 设计解决这个模型的算法（找到处理的对象
的特性和对象之间的关系） ❖ 编程、测试、得到最终解
良好的抽象思维能力
能够针对算法流程图逐一阐述出算法的 完整实现流程
关于流程图的介绍
每个流程图都有一个开始标记 每个流程图至少有一个结束标记 程序模块的确定——顺序语句 条件分支的画法 如何用“条件分支”来实现“循环”的
《数据结构MST》课件
VS
最小生成树唯一性的证明
通过反证法，假设存在两棵不同的最小生 成树，它们之间至少存在一个边不同，那 么可以通过调整这条边来得到一棵权值和 更小的生成树，与最小生成树的定义矛盾 。
最小生成树性质
最小生成树的边数
01
在一个连通加权无向图中，最小生成树的边数等于顶点数减一
。
最小生成树的权值和
02
在一个连通加权无向图中，最小生成树的权值和等于所有边的
最小生成图问题
1 2 3
定义
给定一个带权重的连通图，寻找一种方式将该图 分解为若干个子图，使得所有子图的权值和最小 。
算法
可以采用Kruskal算法或Prim算法进行扩展，通 过将多个顶点划分为一个集合，然后寻找连接这 些集合的边，形成子图。
应用
在图像处理、化学分子结构分析等领域有广泛应 用，用于简化模型和提高计算效率。
电力系统网络优化
在电力系统中，最小生成树算法可以用于构 建低损耗的输电网络，提高电力传输效率。
最小生成树算法的实现步骤
选择起始节点
选择一个节点作为最小生成树 的根节点。
构建最小生成树
从根节点开始，按照权值从小 到大选择边，直到所有节点都 被连接起来。
构建无向图
将问题转化为无向图，并确定 所有节点和边。
要点二
克鲁斯卡尔算法（Kruskal's Algorithm）
按照边的权值从小到大排序，依次选择边，如果选择的边 不会与已选择的边构成环，则加入到生成树中，直到所有 顶点都连接在一起。
02
MST基本算法
Prim算法
总结词
Prim算法是一种求解最小生成树问题的贪心算法。
详细描述
Prim算法从图中的任意一个顶点开始，每次选择距离已选顶点集合最近的顶点 加入集合，直到所有顶点都被加入。该算法利用了贪心策略，每次选择局部最 优解，最终得到全局最优解。
《数据结构图》课件
欢迎来到《数据结构图》PPT课件！本课程将带您深入了解数据结构的定义、 常见类型以及应用领域。让我们一起开始探索这个精彩的主题吧！
概述
通过本节课，您将了解到数据结构的基本概念和作用。我们将探讨如何存储 和组织数据以及优化数据访问和操作的方法。
数据结构的定义
在这一节中，我们将介绍数据结构的定义，并探讨数据的抽象和表示方法。 了解数据结构的定义将有助于您理解数据在计算机中的常重要，因为不同的数据结构适用于不同的场景和数据操作需求。本节将深入 研究线性结构、树形结构和图形结构。
线性结构
线性结构是最简单且最常见的数据结构类型之一。我们将研究数组、链表和 栈等线性结构的特点、优点和缺点，并了解它们在实际应用中的使用情况。
树形结构
树形结构是一种层次化的数据结构，常用于表示层级关系。本节我们将探讨 二叉树、堆和AVL树等树形结构，并讨论它们在数据处理和搜索中的应用。
图形结构
图形结构是一种包含节点和边的数据结构，用于表示复杂的关联关系。本节我们将深入研究图的定义、遍历算 法和最短路径算法，并讨论图形结构在社交网络和地图导航中的应用。
数据结构的应用
数据结构是计算机科学领域中的核心概念，几乎应用于所有的软件开发领域。 本节我们将探讨数据结构在数据库、图形处理和算法设计中的实际应用。
数据结构图的设计原则
了解数据结构图的设计原则有助于我们创建清晰、易于理解的数据结构图。 本节我们将讨论数据结构图的设计原则，例如模块化、抽象和简洁性。
《数据结构实验》课件
数据结构通常包括数据类型、数据元 素的表示方式、数据元素之间的关系 等。
数据结构的重要性
01
提高数据处理效率
合理的数据结构能够提高数据处 理的速度和效率，优化算法性能 。
02
方便数据管理
03
促进软件开发
通过合理的数据结构，可以方便 地存储、检索、更新和管理数据 。
数据结构是软件开发中的重要组 成部分，对于软件的设计、实现 和性能优化具有重要意义。
及遍历等基本操作。
04
掌握二叉树的建立ห้องสมุดไป่ตู้插入、删
除以及遍历等常用操作，理解
其时间复杂度。
05
通过实验，加深对二叉树数据 结构的理解，提高编程能力。
06
实验五：哈希表操作实验
总结词：理解哈希表的基本 概念和操作，掌握哈希表的
插入、查找等操作。
详细描述
理解哈希表的概念和特点， 了解哈希表的原理。
学习哈希表的创建、初始化 以及哈希函数的设计等基本 操作。
PART 02
基础数据结构
REPORTING
数组
线性数据结构，通过索引访问元素。
数组是一种线性数据结构，它按照一定的顺序排列元素。每个元素在数组中都有一个固定的位置，通过索引可以快速访问。 数组的优点是访问速度快，但插入和删除操作可能需要移动大量元素。
链表
非连续的数据结构，通过指针链接元 素。
数据结构的分类
线性数据结构
包括数组、链表、栈、队列等，主要用于处 理具有顺序特性的数据元素。
树形数据结构
如二叉树、多叉树等，主要用于表示具有层 次关系的数据元素。
图状数据结构
如邻接矩阵、邻接表等，主要用于表示具有 网状关系的数据元素。
数据结构说课 ppt课件
四、考核与评价
评分内容 平时表现（出勤）
平时作业及测试
标准
1.无故旷课一次扣2分 2.事假、病假一次扣1分
1.选择4次作业，按时交作业者3-5分 2.只交2次作业，2-3分，未交0分 3.平时测试（2次）：全部完成5分；完成部分2-4分；未完 成0分。
技能考核
1.课上给出操作任务90%以上完成者，28-30分； 2.完成80%-90%，学习态度认真者25-27分； 3.完成50%-80%，18-24分； 4.完成<50%，态度认真，18分 5.未参加者，0分
一、课程设置
课程目标：
通过本课程学习，学生掌握数据结构相关的 基础知识和基本技能，了解这些知识与技能在实践 中的应用，使学生学会如何把现实世界的问题转化 为计算机内部的表示和处理。培养科学的认知理念、 认知方法和实事求是、勇于实践的学习态度；培养 科学、独立的思考和辨识能力；培养学生爱岗敬业， 细心踏实、勇于创新的职业精神。
序、归并排序） • 算法的时间复杂度以及空间复杂度的分析比较等。
二、教学设计与实施
教学方法与手段
• 理实一体化（理论与实践相结合，理论与实践交替交互 进行）
• 项目驱动（针对每个知识点设计具有针对性的项目进行 实践，多个知识点完成后设置相应的较综合的项目进行 训练，将多个知识点进行融合，课程结束后设计一个综 合项目，将所有知识点进行综合应用，融会贯通，强化 训练）
谢 谢！
(3) 逐步掌握算法的时间分析和空间分析的技术。
(4)培养数据抽象能力；训练复杂程序设计的技 能；要求编写的程序结构清楚和正确易读，养 成良好程序设计习惯。
一、课程设置
素质目标（体现教书育人、培养素质的理念）
培养科学的认知理念、认知方法和实事求是、 勇于实践的学习态度；培养科学、独立的思考和辨 识能力；培养学生爱岗敬业，细心踏实、勇于创新 的职业精神。
2024版《数据结构图》ppt课件
良好的数据结构可以带来更高的运 行或存储效率，是算法设计的基础， 对程序设计的成败起到关键作用。
常见数据结构类型介绍
线性数据结构
如数组、链表、栈、队 列等，数据元素之间存
在一对一的关系。
树形数据结构
如二叉树、多叉树、森 林等，数据元素之间存
在一对多的关系。
图形数据结构
由顶点和边组成，数据 元素之间存在多对多的
队列定义、特点及应用场景
队列的特点 只能在队尾进行插入操作，队头进行删除操作。
队列是一种双端开口的线性结构。
队列定义、特点及应用场景
应用场景 操作系统的任务调度。 缓冲区的实现，如打印机缓冲区。
队列定义、特点及应用场景
广度优先搜索（BFS）。
消息队列和事件驱动模型。
串定义、基本操作及实现方法
最短路径问题 求解图中两个顶点之间的最短路径，即路径上边 的权值之和最小。
3
算法介绍 Prim算法、Kruskal算法、Dijkstra算法、Floyd 算法等。
拓扑排序和关键路径问题探讨
拓扑排序
对有向无环图（DAG）进行排序， 使得对每一条有向边(u,v)，均有
u在v之前。
关键路径问题
求解有向无环图中从源点到汇点 的最长路径，即关键路径，它决
遍历二叉树和线索二叉树
遍历二叉树
先序遍历、中序遍历和后序遍历。遍历算 法可以采用递归或非递归方式实现。
VS
线索二叉树
利用二叉链表中的空指针来存放其前驱结 点和后继结点的信息，使得在遍历二叉树 时可以利用这些线索得到前驱和后继结点， 从而方便地遍历二叉树。
树、森林与二叉树转换技巧
树转换为二叉树
加线、去线、层次调整。将树中的每个结点的所有孩子结点用线连接起来，再去掉与原结点相连的线，最后 将整棵树的层次进行调整，使得每个结点的左子树为其第一个孩子，右子树为其兄弟结点。
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---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------数据结构实验课件及实验北京科技大学计算机与通信工程学院数据结构实验报告专专业：班班级：学生姓名：学学号：指导教师：实验地点：实验时间：年月日~ 月日实验成绩：________________________________ 一、实验目的与实验要求1 实验目的（1）加深对常用数据结构和算法设计基本思路、思考方法及其适用场合的理解，并能运用于解决实际问题；（2）能根据特定问题需求，分析建立计算模型（包括逻辑结构和物理结构）、设计算法和程序，并在设计中综合考虑多种因素，对结果的有效性进行分析；（3）训练分析问题、解决问题的能力以及自主学习与程序设计实践能力；（4）形成将非数值型问题抽象为计算模型到算法设计、程序实现、结果有效性分析的能力。
2 实验要求（1）由于在有限的实验课内学时难以较好完成所有实验内容，因此要求在实验课前自主完成部分实验或实验的部分内容；（2）对于每个实验都要针对问题进行分析，设计出有效的数据1 / 9结构、算法和程序，对实现结果的正确性进行测试验证，给出测试用例和结果，分析算法的时间复杂度、空间复杂度、有效性和不足，在算法设计和实现过程中体现创新意识，并能综合考虑时空权衡、用户的友好性、程序的模块化和扩展性等；（如实验中有优化或改进的设计，请将优化过程进行说明，并给出前后对比分析。
）（3）完成的每个实验需要在实验课内经指导教师现场检查、查看程序代码，回答指导教师提出的问题，以确认实验实际完成的质量；（4）在实验报告中体现问题分析、算法思路、算法描述、程序实现和验证、算法和结果的有效性分析。
（注：此模板中的红色文字为解释性文字，提交时请将所有红色文字删除。
）二、实验设备（环境）及要求实验室提供 Windows 7 系统下的 Visual C++环境。
本实验目的是对数据结构知识掌握及应用能力的考察，对编程语言和开发环境不做严格要求。
建议采用 C 语言，在支持 C 的编译环境下运行。
三、实验内容、步骤与结果分析 1 实验 1：链表的应用 1.1 实验内容输入数据（设为整型）建立单链表，并求相邻 k 个节点 data 值之和为最大的第一节点。
要求：（1）建立链表、求最大值功能采用独立函数实现；（2）可根---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 据用户需求多次建表；（3）数据的输入可从键盘输入，也可从 txt 文件输入；（4）程序结束时要释放链表空间。
1.2 主要步骤 1.2.1 问题分析与算法思路通过对问题进行分析，得出求解问题的算法思路。
包括问题分析的过程、适合采用的数据结构、算法思路。
在算法设计中体现创新意识，能综合考虑时空权衡等。
1.2.2 算法描述用伪代码给出算法描述。
1.2.3 程序实现给出完整的程序源代码和注释，说明在程序实现中对用户的友好性、程序的模块化和扩展性等是如何考虑的。
为了减少篇幅，源代码采用较小的字体打印，也可适当采用分栏排版。
1.3 结果分析 1.3.1 测试说明测试的思路，是如何验证在不同输入下（包括边界情况）程序正确性的；给出测试用例和测试结果。
1.3.2 算法和结果的有效性分析分析算法的时间复杂度、空间复杂度、有效性、不足和改进意见。
如果同时采用了多种实现方法，进行对比说明、分析。
2 实验 2：栈的应用 2.1 实验内容算术表达式求值：输入中缀形式的算术表达式，如：5+(4-2)*3，将其转换成后缀表达式并输出：542-3*+，然后对后缀表达式求值（本例结果为 11）并将结果输3 / 9出。
要求：（1）中缀表达式转换后缀表达式和后缀表达式求值采用独立函数实现；（2）操作数支持多位数和小数；（3）运算符仅考虑+、-、*、/、（、）、#（#可用作结束符）；（4）中缀表达式可从键盘输入也可以从文件输入。
对输入的中缀表达式要进行合法性检查（表达式头尾以及运算符左右可以包含若干空格）；（5）可根据用户需求，多次计算不同的表达式；（6）自行定义栈类型以及需要的栈的基本操作。
2.2 主要步骤 2.2.1 问题分析与算法思路通过对问题进行分析，得出求解问题的算法思路。
包括问题分析的过程、需要采用的数据结构、算法思路。
在算法设计中体现创新意识，能综合考虑时空权衡等。
2.2.2 算法描述用伪代码给出算法描述。
2.2.3 程序实现给出完整的程序源代码和注释，说明在程序实现中对用户的友好性、程序的模块化和扩展性等是如何考虑的。
为了减少篇幅，源代码采用较小的字体打印，也可适当采用分栏排版。
2.3 结果分析 2.3.1 测试说明测试的思路，是如何验证在不同输入下（包括边界情况）程序正确性的；给出测试用例和测试结果。
2.3.2 算法和结果的有效性分析分析算法的时间复杂度、空间复杂度、有效性、不足和改进意见。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 如果同时采用了多种实现方法，进行对比说明、分析。
3 实验 3：队列的应用 3.1 实验内容将从键盘输入的一系列字符存储到链式队列中，当输入的字符为0时，执行出队操作并将出队元素打印到屏幕上；当输入的字符为@时，队列中剩余所有元素依次出队并打印到屏幕上；当输入其他字符时，字符入队。
要求：可根据用户需求多次重复该过程；自行补充所需的队列基本操作。
3.2 主要步骤 3.2.1 问题分析与算法思路通过对问题进行分析，得出求解问题的算法思路。
包括问题分析的过程、需要采用的数据结构、算法思路。
在算法设计中体现创新意识，能综合考虑时空权衡等。
3.2.2 算法描述用伪代码给出算法描述。
3.2.3 程序实现给出完整的程序源代码和注释，说明在程序实现中对用户的友好性、程序的模块化和扩展性等是如何考虑的。
为了减少篇幅，源代码采用较小的字体打印，也可适当采用分栏排版。
3.3 结果分析 3.3.1 测试说明测试的思路，是如何验证在不同输入下（包括边界情况）程序正确性的；给出测试用例和测试结果。
3.3.2 算法和结果的有效性分析分析算法的时间复杂度、空间复杂度、有效性、不足和改进意见。
5 / 9如果同时采用了多种实现方法，进行对比说明、分析。
4 实验 4：二叉树的应用 4.1 实验内容树表的查找：输入一个英文句子，按照字典顺序构造一棵二叉排序树；对此二叉排序树进行中序遍历，并将遍历序列输出到屏幕上。
要求：（1）英文句子可从键盘输入，也可从 txt 文件输入；（2）遍历算法采用非递归遍历算法；（3）程序结束时需释放树空间。
4.2 主要步骤 4.2.1 问题分析与算法思路通过对问题进行分析，得出求解问题的算法思路。
包括问题分析的过程、需要采用的数据结构、算法思路。
在算法设计中体现创新意识，能综合考虑时空权衡等。
4.2.2 算法描述用伪代码给出算法描述。
4.2.3 程序实现给出完整的程序源代码和注释，说明在程序实现中对用户的友好性、程序的模块化和扩展性等是如何考虑的。
为了减少篇幅，源代码采用较小的字体打印，也可适当采用分栏排版。
4.3 结果分析 4.3.1 测试说明测试的思路，是如何验证在不同输入下（包括边界情况）程序正确性的；给出测试用例和测试结果。
4.3.2 算法和结果的有效性分析分析算法的时间复杂度、空间复杂度、有效性、不足和改进意见。
如果同时采用了多种实现方法，进行对比说明、分析。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 5 实验 5：图的应用 5.1 实验内容建立有向图的十字链表存储结构，利用拓扑排序方法判断该图是否为有向无环图。
要求：有向图的顶点信息和弧信息可以从键盘或 txt 文件输入，输入格式自拟。
5.2 主要步骤 5.2.1 问题分析与算法思路通过对问题进行分析，得出求解问题的算法思路。
包括问题分析的过程、需要采用的数据结构、算法思路。
在算法设计中体现创新意识，能综合考虑时空权衡等。
5.2.2 算法描述用伪代码给出算法描述。
5.2.3 程序实现给出完整的程序源代码和注释，说明在程序实现中对用户的友好性、程序的模块化和扩展性等是如何考虑的。
为了减少篇幅，源代码采用较小的字体打印，也可适当采用分栏排版。
5.3 结果分析 5.3.1 测试说明测试的思路，是如何验证在不同输入下（包括边界情况）程序正确性的；给出测试用例和测试结果。
5.3.2 算法和结果的有效性分析分析算法的时间复杂度、空间复杂度、有效性、不足和改进意见。
如果同时采用了多种实现方法，进行对比说明、分析。
6 实验 6：7 / 9综合应用 6.1 实验内容统计若干个大型英文 txt 文件（如英文小说）中所有单词出现的次数，并输出出现次数最多的前 10 个单词及其出现次数。
假设单词字符定义为大小写字母、数字和下划线，其他字符均看作单词分隔符。
要求：（1）自行设计合适的数据结构及相关算法；（2）程序运行结束时将 txt 文件名以及统计结果写入磁盘；（3）每次程序启动时（除了首次运行）将上次的结果读入内存、显示；（4）能根据用户选择实现重新初始化、查找某单词出现次数、追加统计、退出等功能。
6.2 主要步骤 6.2.1 问题分析与算法思路通过对问题进行分析，得出求解问题的算法思路。
包括问题分析的过程、适合采用的数据结构、算法思路。
在算法设计中体现创新意识，能综合考虑时空权衡等。
6.2.2 算法描述用伪代码给出算法描述。
6.2.3 程序实现给出完整的程序源代码和注释，说明在程序实现中对用户的友好性、程序的模块化和扩展性等是如何考虑的。
为了减少篇幅，源代码采用较小的字体打印，也可适当采用分栏排版。
6.3 结果分析 6.3.1 测试说明测试的思路，是如何验证在不同输入下（包括边界情况）程序正确性的；给出测试用例和测试结果。
6.3.2 算法和结果的有效性分析分析算法的时间复杂度、空间---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 复杂度、有效性、不足和改进意见。