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数据结构 东北大学软件学院数据结构课程建设小组
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通过本课程的学习掌握常用数据结构的逻辑结构特 征、存储结构及相关算法及实现的原理。 学会从问题入手,分析研究计算机加工的数据结构 的特性,以便为应用所涉及的数据设计适当的逻辑 结构、存储结构及其相应的操作算法,并初步掌握 时间和空间分析技术。 学会用 C++ 语言、使用 STL 进行编程,合理解决问 题。 学会书写符合软件工程规范的文件,编写的程序代 码应结构清晰、正确易读,能上机调试并排除错误。 本课程学习的目的
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要求掌握表、栈、队列、串、数组、树、图等常用 的一些数据结构的逻辑形式、存储形式以及实现各 种操作的算法。 熟练使用 STL 编写大型程序,能根据用户的要求及 系统提供的数据,设计或选择合适的数据结构并能 编写正确的算法解决实际问题。 了解渐进时间复杂度分析方法,掌握常用算法设计 技术。 参与在软件设计各个阶段的工作,学会设计较复杂 的类来实现特殊的应用;学会调试及锁定性能瓶颈; 学会编写简练、有效和可扩充性好的代码。 本课程学习要求
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教材 殷人昆,陶永雷等编著:《数据结构》(用面向对象方法与 C++ 描述),清华大学出版社, 2005.11 教材及参考书 (1)
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推荐参考书 Mark Allen Weiss, 《 Data Structures and Problem Solving Using C++ 》, 影印版,清华大 学出版社。 Herbert Schildt, C++: The Complete Reference, Fourth Edition, 周志荣等译,电子工业出版社出 版 Herbert Schildt, C++: The Complete Reference, Fourth Edition, 周志荣等译 ,电子工业出版社出 版 教材及参考书 (2)
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习题参考书 殷人昆,徐孝凯编著:《数据结构习题解析》(用面 向对象方法与 C++ 描述) 清华大学出版社, 2005.7 教材及参考书 (3)
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学时分配:授课 56 学时 上机实验 8 学时 课外实验 32 学时 课程成绩: 平时成绩 + 期末考试成绩 平时成绩 40 % 书面作业、上机实验 期末考试 60 % 闭卷笔试 学时分配及考核方式
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学时安排 教学内容讲课上机时间小计 第 1 章 绪论 4 4 第 2 章 数组 44 第 3 章 链表 4 4 第 4 章 栈和队列 44 4 第 5 章 递归 42 第 6 章 树与森林 10 第 7 章 集合与搜索 6 6 第 8 章 图 8412 第 9 章 排序 86 第 10 章 索引结构与散列 4 4 总 计 56864
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数据结构与算法基础 第一部分:数据结构的概念
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为什么要学习数据结构 为什么要学习数据结构 什么是数据与数据结构 逻辑结构、存储结构及数据的操作 内容
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步骤 ( 1 )获取问题的需求 ( 2 )分析问题,从问题抽象出模型 ( 3 )设计阶段,给出解决方案。 ( 4 )估算解决问题的开销,判断其可行性 ( 5 )实现和运行维护 计算机解决问题的方法
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通过对 问题的抽象 数据的抽取 算法的设计 。 分析问题和解决问题,就是应用数据结构 和算法来设计和实现高效程序。 问题求解的过程
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描述问题领域中实际对象的数据及数据间的相互关系 按照数据及其关系的特点将数据存储到计算机中的存 储器中 编写算法模拟对象领域中的求解过程 数据结构和算法互为存在 问题求解的实质 程序 原始数据 结果数据
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通讯录中联系人查找 问题求解的案例
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在百度地图搜索引擎上查找餐馆; 问题求解的案例
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在百度地图搜索引擎上查找餐馆; 问题求解的案例
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软件工程专业要开设的课程中具有先后关系, 为所有课程安排合适的开设顺序; 问题求解的案例 C 1 高等数学 C 1 高等数学 C 2 程序设计基础 C 2 程序设计基础 C 3 离散数学 C 1, C 2 C 3 离散数学 C 1, C 2 C 4 数据结构 C 3, C 2 C 4 数据结构 C 3, C 2 C 5 高级语言程序设计 C 2 C 5 高级语言程序设计 C 2 C 6 编译方法 C 5, C 4 C 6 编译方法 C 5, C 4 C 7 操作系统 C 4, C 9 C 7 操作系统 C 4, C 9 C 8 普通物理 C 1 C 8 普通物理 C 1 C 9 计算机原理 C 8 C 9 计算机原理 C 8
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数据结构的研究问题: 非数值型数据之间的结构关系, 及如何表示,如何存储,如何处理。 数据结构: 讨论描述现实世界实体的数学模型 及其上的操作在计算机中的表示和实现。
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为什么要学习数据结构 研究和解决非数值数据的组织和处理 研究和解决非数值数据的组织和处理 非数值计算问题的数学模型,不再是数学方程 例子:线性表、树、图、集合 算法 + 数据结构 = 程序 算法 + 数据结构 = 程序 算法和数据结构之间的关系 软件系统的架构应当建立在数据之上 数据结构的作用范畴 数据结构的作用范畴 抽象数据对象的数学模型、明确操作 存储结构上映射数据、实现操作
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数据结构 数据的逻辑结构 图、树、二叉树、线性表 数据的存储结构 顺序方法 链式方法 索引方法 散列方法 数据的运算 增加、修改、删除 排序、检索
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为什么要学习数据结构 什么是数据与数据结构 什么是数据与数据结构 逻辑结构、存储结构及数据的操作 内容
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数据:数据是信息的载体,是描述客观事物的数、 字符、以及所有能输入到计算机中,被计算机程 序识别和处理的符号的集合。 数值性数据 非数值性数据 数据对象:数据的子集。具有相同性质的数据成 员(数据元素)的集合。 整数数据对象 N = { 0, 1, 2, … } 学生数据对象 数据的概念
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数据元素:数据中的一个 “ 个体 ” ,也称 “ 数据记录 ” 。是数据结构 中讨论的基本单位 。 数据项 : 相当于记录的 “ 域 ”, 是数据的不可分割的最小单位。是数 据结构中讨论的最小单位 。 ( 原子项、组合项 ) ( 原子项、组合项 ) 数据元素 数据项 数据的概念
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数据结构 数据结构:一类按照一定的逻辑关系组织起来 的数据的表示、相关操作的实现 数据结构:一类按照一定的逻辑关系组织起来 的数据的表示、相关操作的实现 逻辑结构:数据元素之间的逻辑关系 存储结构:数据结构在计算机存储器中的表示方法, 也称为存储表示; 运算:结构的行为特征,作用于数据结构上的运算 常见的基本数据结构:线性表、字符串、栈、 队列、树和二叉树、图、字典
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数据的逻辑结构 定义 : 由某一数据对象及该对象中所有数据成员之间的关系组成。 记为: 由某一数据对象及该对象中所有数据成员之间的关系组成。 记为: Data_Structure = {D, R} Data_Structure = {D, R}其中: D 是某一数据对象 D 是某一数据对象 R 是该对象中所有数据成员之间的关系的有限集合。 R 是该对象中所有数据成员之间的关系的有限集合。
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“ 学生 ” 表格 在这类文档管理的数学模型中, 计算机处理的对象之间通常 存在着一种最简单的线性关系, 这类数学模型称为线性模型
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UNIX 文件系统的系统结构图 / (root) bin lib user etc math ds swyintaoxie Stack.cppQueue.cpp Tree.cpp
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课程开设关系图 —— 图型结构
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为什么要学习数据结构 什么是数据与数据结构 逻辑结构、存储结构及数据的操作 逻辑结构、存储结构及数据的操作 内容
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数据的逻辑结构 关系 数据的逻辑结构的讨论,一般把重点放在关系集 R 上; 根据 R 的性质刻画数据结构的特点,按照数据元 素之间的关系划分可以分成: 一对一:线性结构( linear structure ) 一对多:树形结构 (tree structure) 多对多:图型或网状结构 (graph structure)
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数据的存储结构 ( 物理结构 ) : 数据的各元素及其之间的关系在计算机中的存储表示。 是逻辑结构的物理存储方式、存储映像 存储结构类型: 顺序结构 链式结构 索引结构 散列结构 数据的存储结构
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顺序结构 用一块连续的存储区域存储数据 按照地址相邻的关系存储数据,借助于存储单元的自然顺序 来表示数据元素之间的关系 访问具有便利性 称之为紧凑存储结构 数据的存储结构 12345678
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链式结构 利用指针,在数据元素的存储中附加一个指针字段; 借助于指针指示的关系来表示数据元素的关系 链式存储为经常增删结点的复杂数据结构提供了解决方法 顺序查找 数据的存储结构
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索引结构 顺序存储的一种推广,使用整数编码来访问数据结点位置 构造一个将整数域 Z 映射到存储地址域 D 的函数,把数据元素 的整数索引值映射到结点的存储地址,一般用附加的存储空 间构成一个索引表 数据的存储结构 33376779 673733
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散列方法 利用散列函数的机制进行存储位置的计算 要适当地选取函数,解决地址冲突的问题 数据的存储结构
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数据运算: 定义于逻辑结构、实现于存储结构 对数据的检索、插入、删除、更新、排序等操 作 数据的运算
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它研究了计算机需要处理的数据对象和对象 之间的关系。 它刻画了应用中涉及到的数据的逻辑组织。 它描述了数据在计算机中如何存储、传送、 转换。 小结 为什么要学习数据结构 ?
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从传统的观点来看 数据的逻辑结构 线性结构 非线性结构 主要讨论哪几种数据结构 ?
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ABCDEF A B DEG C A B C D E 线性结构 非线性结构
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数据的物理结构 顺序结构 链表结构 散列结构 索引结构
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在数据结构上的操作 查找 排序 插入 删除 修改
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