數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法——c語言和java語言描述 ppt及答案和其他資源01 緒論

1、唐懿芳,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法---C語言和Java語言描述,,01 學(xué)習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的意義,02 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念,03 算法及其描述,針對實際問題，編寫出一個高效率的處理程序，就需要解決如何合理地組織數(shù)據(jù)，建立合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計較好的算法，來提高程序執(zhí)行效率這樣的問題。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法就是在此背景下形成和發(fā)展起來的。,,簡而言之，軟件開發(fā)要多動腦筋、想到好的解決辦法才能更快更好地編寫出效率更高的程序。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法這門課程的

2、目的正是使學(xué)生更快地編寫出更高效的程序。,后兩個條件比較容易實現(xiàn)，而第一個條件則需要花很多時間和精力才能夠達到，而它恰恰是區(qū)分程序設(shè)計人員水平高低的一個重要標志。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)貫穿程序設(shè)計的始終，缺乏數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的功底，很難設(shè)計出高水平的具有專業(yè)水準的應(yīng)用程序。瑞士著名的計算機科學(xué)家尼古拉斯·沃思（Niklaus·Wirth）提出了“算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序”的觀點，這正說明了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性。,即使是在廣泛采用可視化程序設(shè)

3、計的今天，借助于集成開發(fā)環(huán)境可以很快地生成程序，但要想成為一個專業(yè)的程序開發(fā)人員，至少需要以下三個條件：（1）能夠熟練地選擇和設(shè)計各種業(yè)務(wù)邏輯的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。（2）至少能夠熟練地掌握一門程序設(shè)計語言。（3）熟知所涉及的相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域知識。,,1.1.1 引言,2 邏輯結(jié)構(gòu)的延伸及基本算法3.物理結(jié)構(gòu)4.運算集合（基本操作）,1.邏輯結(jié)構(gòu) (1) 線性結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)元素之間存在著一對一的線性關(guān)系。 (2) 樹結(jié)構(gòu)。結(jié)

4、構(gòu)中的數(shù)據(jù)元素之間存在著一對多的層次關(guān)系。 (3) 圖結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)元素之間存在著多對多的任意關(guān)系。,,1.1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究什么,線性結(jié)構(gòu)：除第一個和最后一個數(shù)據(jù)元素外，每個數(shù)據(jù)元素只有一個前驅(qū)和一個后繼數(shù)據(jù)元素。,樹結(jié)構(gòu)：除根結(jié)點外，每個數(shù)據(jù)元素只有一個前驅(qū)數(shù)據(jù)元素，可有０個或若干個后繼數(shù)據(jù)元素。,圖結(jié)構(gòu)：每個數(shù)據(jù)元素可有０個或若干個前驅(qū)數(shù)據(jù)元素和０個或若干個后繼數(shù)據(jù)元素。,,01 學(xué)習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的意義,02 數(shù)

5、據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念,03 算法及其描述,例如，學(xué)生信息可包括學(xué)生的學(xué)號、姓名、性別、年齡等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)構(gòu)成學(xué)生情況的描述的數(shù)據(jù)項；包括學(xué)號、姓名、性別、年齡等數(shù)據(jù)項的一組數(shù)據(jù)就構(gòu)成學(xué)生信息的一個數(shù)據(jù)元素。,數(shù)據(jù)：人們利用文字符號、數(shù)字符號以及其他規(guī)定的符號對現(xiàn)實世界的事物及其活動所做的抽象描述。數(shù)據(jù)元素：表示一個事物的一組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)項：構(gòu)成數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)。抽象數(shù)據(jù)元素：沒有實際含義的數(shù)據(jù)元素。抽象數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)類型：沒有確

6、切定義的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)元素之間的相互聯(lián)系方式。 數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)元素在計算機中的存儲方式。數(shù)據(jù)的操作：對一種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)進行的某種處理。數(shù)據(jù)的操作集合：對一種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)進行的所有操作。,基本術(shù)語,順序存儲結(jié)構(gòu)：把數(shù)據(jù)元素存儲在一塊連續(xù)地址空間的內(nèi)存中，其特點是邏輯上相鄰的數(shù)據(jù)元素在物理上也相鄰，數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系表現(xiàn)在數(shù)據(jù)元素存儲位置關(guān)系上。,指針是指向物理存儲單元地址的變量。由數(shù)據(jù)元素域和指針域組成的一

7、個結(jié)構(gòu)體稱為結(jié)點。,鏈式存儲結(jié)構(gòu)：使用指針把相互直接關(guān)聯(lián)的結(jié)點(即直接前驅(qū)結(jié)點或直接后繼結(jié)點)鏈接起來，其特點是邏輯上相鄰的數(shù)據(jù)元素在物理上不一定相鄰，數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系表現(xiàn)在結(jié)點的鏈接關(guān)系上。,順序存儲結(jié)構(gòu),鏈式存儲結(jié)構(gòu),從抽象角度，數(shù)據(jù)的操作主要討論某種數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)應(yīng)具備的操作的邏輯功能，抽象角度下的操作一般和數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)一起討論；,具體來說，數(shù)據(jù)的操作主要討論操作的具體實現(xiàn)算法。具體問題的操作實現(xiàn)必須在數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)確定后才能進行

8、。,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程主要討論線性表、堆棧、隊列、串、數(shù)組、樹、二叉樹、圖等典型的常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在討論這些典型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，主要從它們的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作三個方面進行分析討論。,,01 學(xué)習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的意義,02 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念,03 算法及其描述,,算法是描述求解問題方法的操作步驟集合。,文字形式 : 用中文或英文這樣的文字來描述算法。偽碼形式 : 用一種仿程序設(shè)計語言的語言來描述算法。程序設(shè)計語言形式 :

9、用某種程序設(shè)計語言描述算法。其優(yōu)點是算法不用修改，直接作為程序語句鍵入計算機，計算機能調(diào)用和運行。,1.3.1 算法的概念和特定,,算法是對特定問題求解步驟的一種描述，它是指令的有限序列，其中每一條指令表示一個或多個操作。此外，一個算法還具有下列五個重要特性 :,有窮性 確定性 可行性 輸入 輸出,現(xiàn)在，品牌忠誠度成為最熱門的詞，消費者的“情感”被當作品牌要攻陷的最后堡壘。于是品牌整合營銷、客戶關(guān)系管理等成為了鞏固

10、品牌的熱門手段，精耕細作、不盲目追求銷售量的提升速度是這個階段的特征。,1.3.2 算法設(shè)計的要求,,算法設(shè)計的好壞關(guān)乎程序的執(zhí)行效率，算法設(shè)計必須滿足以下要求：,正確性 可讀性 健壯性 效率與低存儲量需求,現(xiàn)在，品牌忠誠度成為最熱門的詞，消費者的“情感”被當作品牌要攻陷的最后堡壘。于是品牌整合營銷、客戶關(guān)系管理等成為了鞏固品牌的熱門手段，精耕細作、不盲目追求銷售量的提升速度是這個階段的特征。,1.3.3 算法的分析,,1.

11、算法效率的度量 算法執(zhí)行的時間是其對應(yīng)的程序在計算機上運行所消耗的時間。程序在計算機上運行所需時間與下列因素有關(guān)：算法本身選用的策略；書寫程序的語言；編譯產(chǎn)生的機器代碼質(zhì)量；機器執(zhí)行指令的速度；,1.3.3 算法的分析,,2. 算法的時間復(fù)雜度可用算法中語句的執(zhí)行次數(shù)來度量一個算法的效率。語句頻度是指語句在一個算法中重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)。以下給出了兩個n×n階矩陣相乘算法中的各條語句以及每條語句的語句頻度。

12、 語句 語句頻度 for（i=0；i< n;i++） n＋1 for （j=0；j<n;j++） n2＋n {c[i][j]=0; n2

13、 for (k=0;k< n; k++) n3＋n2 c[i][j]=c[i][j]+a[i][k]*b[k][j]; n3 },1.3.3 算法的分析,,所有語句的總執(zhí)行次數(shù)為Tn=2n3+3n2 +2n+1, 即語句總的執(zhí)行次數(shù)是問題的規(guī)模（矩陣的階）n的函數(shù)f(n)（Tn= f(n)）。 上式是Tn= f(n

14、)中忽略其系數(shù)的n的最高冪次項，它表示隨問題規(guī)模n的增大算法的執(zhí)行時間的增長率和f(n)的增長率相同，稱作算法的漸進時間復(fù)雜度，簡稱時間復(fù)雜度。如上算法的時間復(fù)雜度T(n)=O(n3)。 算法中n的最高次冪項與算法中稱作原操作的語句的語句頻度對應(yīng)，原操作是算法中實現(xiàn)基本運算的操作，在上面的算法中的原操作是c[i][j]=c[i][j]+a[i][k]*b[k][j]。一般情況下原操作由最深層循環(huán)內(nèi)的語句實現(xiàn)。

15、 算法的時間復(fù)雜度記作： T(n)=O(f(n)),1.3.3 算法的分析,,T(n)隨n的增大而增大，增長的越慢，其算法的時間復(fù)雜度越低。下列三個程序段中分別給出了原操作count++的三個不同數(shù)量級的時間復(fù)雜度。（1）count++ ；其時間復(fù)雜度為O(1) ，稱之為常量階時間復(fù)雜度（2）for (i=1; i<= n; i++)

16、 count++; 其時間復(fù)雜度為O(n)，是線性階時間復(fù)雜度 （3）for (i=1; i<= n; i++) for (j=1;j<= n; j++) count++; 其時間復(fù)雜度為O(n2)，平方階時間復(fù)雜度此外，算法能呈現(xiàn)的時間復(fù)雜度還有：對數(shù)階O(log2n),指數(shù)階O(2n)等,1.3.3 算法的分析,,常見的時

17、復(fù)雜度O(1) 常數(shù)階、O(n)線性階、O(n2)平方階、O(n3)立方階、O(2n)指數(shù)階、O(log2n)對數(shù)階與O(nlog2n)。時間復(fù)雜度（從小到大排列）的比較如表1.2所示 :,1.3.3 算法的分析,,3.算法的空間復(fù)雜度 采用空間復(fù)雜度作為算法所需存儲空間的量度，記作： S(n)=O(f (n))其中n為問題的規(guī)模。 程序執(zhí)行時，除了需存儲本身所用的指令，常數(shù)