软件技术基础线性表.docx

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软件技术基础线性表

2.2线性表

2.2.1线性表的定义和运算

一般形式：

L=（a1,a2,…,an）

其中L为线性表，ai（i=1,…,n）是属于某数据对象的元素，n（n≥0）为元素个数称为表长，n=0为空表。

线性表的定义：

L=（D，R）

其中：

D={a1,a2,…,an}

R={|ai-1,ai∈D,2≤i≤n}

若ai-1≥ai,i=2,3,…,n,则称该线性表为有序表，否则称为无序表。

线性表的基本运算：

插入、删除、查找、排序。

2.2.2顺序存储线性表

1.顺序存储结构

2.顺序存储结构的插入、删除运算

插入

INSERTLIST（V,n,i,x）

1.if（i<1）OR（（i>n+1）then{参数错return}（i=n+1表示插入在最后）

2.forj=ntoistep（-1）

3.V[j+1]←V[j]

4.end（j）

5.V[i]←x

6.n←n+1

7.return

删除

DELETELIST（V,n,i）

1.if（i<1）OR（（i>n+1）then{参数错return}

2.forj=iton-1

3.V[j]←V[j+1]

4.end（j）

5.n←n-1

6.return

2.2.3线性链表

1.链式存储结构

2.线性链表的基本运算

（1）基本操作

设p,q,s均为指针类型变量，指向数据域为data，指针域为next的结点，表2.2表示线性链表的几项基本操作。

（2）结点的动态生成及回收

设具有数据域date,指针域next的空白链表，其头指针为av。

从空白链表中获取一个结点，由指针P指向，其算法为：

GETNODE（P）

1.p←av

2.av←next（av）//修改空白链表头指针//

3.return

回收一个由P指针指向的结点，放回空白链表的算法为：

REP（P）

1.Next（P）←av

2.av←P

3.return

（3）插入运算

INLINKST（head,a,b）

1.GETNODE（p）;data（p）←b;//取得一个新结点p//

2.if（head=nil）then{head←p;next（p）←nil;return}//空白情况//

3.if（data（head）=a）then{next（p）←head;head←p;return}//a为头结点//

4.LOOKFOR（head,a,q）//寻找元素a之前的结点q//

5.next（p）←next（q）;next（q）←p

6.return

其中LOOKFOR（head,a,q）为在非空链表中寻找包含指定元素a之前的结点q的算法：

LOOKFOR（head,a,q）

1.q←head

2.While（next（q）≠nil）and（data（next（q））≠a）do

3.q←next（q）//如果表中无a结点，则q指向链表最后一个结点//

（4）删除运算

DELINKST（head,a）

1.if（head=nil）then{空表return}//空表情况//

2.if（data（head）=a）then{s←next（head）;RET（head）;head←s;return}//a为头结点//

3.LOOKFOR（head,a,q）

4.if（next（q）=nil）then{无此结点return}

5.p←next（q）;next（q）←next（p）

6.RET（p）

7.return

3．线性链表的其他形式

4.应用实例---一元多项式相加

Pn（x）=P0+P1X2+…+Pixi+…+Pnxn

设有一元多项式A（x）和B（x）,现要求相加结果C（x）=A（x）+B（x）。

其运算规则为：

将两个多项式中指数相同的项对应系数相加，若和不为零，则构成C（x）中的一项；A（x）和B（x）中所有指数不相同的项均复抄到C（x）中。

用带有头结点的线性链表表示多项式A（x）,B（X）,设指针ha,hb分别为指向多项式链表A（x），B（X）的头指针，指针p,q的初始位置分别指向A（x）,B（x）中第一项，则求A（x）+B（x）的运算过程为:

比较p,q所指结点中的指数项，若EXP（p）EXP（q）,则q所指的结点为C（x）中的一项，将q结点插入p结点之前，并将q指针后移一个结点；若EXP（p）=EXP（q）,则将两个结点中的系数相加，当和不为零时，修改p结点中的系数，回收q结点；否则删去p结点，同时回收p,q结点。

这一方法实际上是将B（x）加到A（x）中，最后形成C（x）,因此C（x）中的结点不需要重新生成。

算法描述如下：

A（x）=5-3x+13x5，B（x）=3x-8x4-6x5+7x8。

（EXP:

exponentCOEF:

coefficient）

ADD-POLY（ha,hb）

1.p←next（ha）;q←next（hb）

2.pre←ha;hc←ha

//pre指向p的前趋，为已经算好的多项式的最后一项，为c（x）头指针//

3.while（p<>nil）AND（q<>nil）do

4.case

5.EXP（p）

6.{pre←p;p←next（p）}

7.EXP（p）=EXP（q）:

8.{x←COEF（p）+COEF（q）;

9.if（x<>0）then{COEF（p）←x;pre←p}

10.else{next（pre）←next（p）;RET（p）}

11.p←next（pre）;u←q;q←next（q）;RET（u）}

12.EXP（p）>EXP（q）:

13.{u←next（q）;next（q）←p;

next（pre）←q;pre←q;q←u}

14.end（case）

15.end（while）

16.if（q<>nil）thennext（pre）←q

17.RET（hb）//释放多项式B（x）的头结点//

18.return

2.2.4向量和链表的比较（自学）

2.3栈与队

2.3.1栈的结构和运算

1.栈的定义

栈是限定只能在表的一端进行插入和删除操作的线性表。

允许插入或删除的一端称为栈顶（top），另一端称为栈底（bottom），如图所示。

设栈s=（a1,a2,a3,…,an）,称a1为栈底元素，an为栈顶元素。

栈中元素按a1,a2,a3,…,an次序入栈，又按an,…,a2,a1次序退栈。

若n=0,则称为空栈。

因此栈又称为“后进先出”（LIFO，lastinfirstout）线性表。

2.顺序栈

s[1:

m]m表示栈允许的最大容量，通常top指示栈顶位置，top=0表示栈空，top=m表示栈满。

PUSF（s,m,top,x）//将元素x入栈//

1.if（top=m）then{‘上溢’,return}

2.top=top+1

3.s[top]=x

4.return

POP（s,top,y）//退栈，将栈顶元素送入y中//

1.if（top=0）then{‘下溢’,return}

2.y=s[top]

3.top=top-1

4.return

3.链栈

4.栈的应用

（1）表达式求值

运算符：

**/*+-；

优先数：

322110

两个栈：

操作数（NS）,运算符（OS）

首先在OS中放入表达式结束符“；”，然后自左至右扫描表达式。

根据扫描的每一符号作如下不同的处理：

1.若为操作数，将其压入NS栈。

2.若为运算符，需看当前OS的栈顶元素：

.若当前运算符的优先数大于OS的栈顶运算符，则将当前运算符压入OS栈。

.若当前运算符的优先数不大于OS的栈顶运算符，则从NS栈中弹出两个操作数，设为x,y,再从OS中弹出一个运算符，设为θ，由此构成一条机器操作指令：

xθy→T,并将结果T送如NS栈。

.若当前运算符为“；”，且OS栈顶也为“；”，则表示表达式处理结束，此时Ns栈顶元素即为此表达式值。

设表达式A/B**C+D；其求值过程如图所示。

PUSF（s,m,top,x）//将元素x入栈//

1.if（top=m）then{‘上溢’,return}

2.top=top+1

3.s[top]=x

4.return

POP（s,top,y）//退栈，将栈顶元素送入y中//

1.if（top=0）then{‘下溢’,return}

2.y=s[top]

3.top=top-1

4.return

表达式求值的算法如下：

EXP（OS,topO,NS,topN）//topO,topN为OS,NS

栈顶指示器,初态为零//

1.PUSH（OS,topO,';'）

2.t←0//t=0表示扫描下一个符号//

3.while（t<>2）do

4.if（t=0）thenread（w）//w中存放当前读入符号//

5.if（w为操作数）thenPUSH（NS,topN,w）

6.else

7.{POP（OS,topO,q）//查看当前OS栈顶元素q//

8.if（w>q）then{PUSH（OS,topO,w）,t←0}

8.else

9.if（q=';'）and（w=';'）then

10.{POP（NS,topN,z）,t←2}//t=2表示处理结束//

10.else

POP（NS,topN,x）POP（NS,topN,y）

13．POP（OS,topO,q）;x←yqx;

//构成一条机器指令//

14.PUSH（NS,topN,x）;t←1}

//t=1表示继续处理当前符号//

15.}

16.end（while）

17.return

其中TOP（OS,topO,q）为读栈顶元素,算法如下:

TOP（s,top,x）

1.if（top=0）then{'栈空',return}

2.x←s[top]

2．return

（2）过程嵌套和递归调用

1（n=1,2）

Fib（n）=

Fib（n-1）+Fib（n-2）（n>2）

Fibonacci序列

Fib（n）

1.if（n=1）or（n=2）thenFib←1

2.elseFib←Fib（n-1）+Fib（n-2）

3.return

D3,3

D4,3

D2,4

D2,4

D2,4

D2,4

D2,4

D5,4

D7,7

D8,3

D1,5

D1,5

D1,5

D1,5

D1,5

D1,5

D1,5

D1,5

D1,5

D6,5

D6,5

D6,5

D6,5

D6,5

（3）回溯求解算法

设有n件体积分别w1,w2,…wn的物品和一个能装载总体积为T的背包，要求从n件物品中挑选出若干件物品，其体积之和恰好装满背包。

W[1：

n]存放n件物品的体积

S[1：

n]存放放入背包内物品的序号

T为背包能容纳的体积，

I为待选物品序号

每进栈一件物品，就从T中减去该物品的体积，若T-W[i]>=0,则该物品可选，若T-W[i]<0,则该物品不可选，若i>n,则需退栈，若此时栈空，则说明无解。

算法如下：

PACK（T,n,W,S,top）

1.top←0;i←1

2.while（T>0）and（i<=n）do

3.if（T-W[i]=0）or（（T-W[i]>=0）and（i

then

{top←top+1;s[top]←i;T←T-W[i]}

if（T=0）then{'背包有解'return}

else{if（i=n）and（top>0）then//取

出栈顶物品//

{i←s[top];top←top-1,T←T+W[i]}

i←i+1//准备挑选下一件物品//}

4.end（while）

5.'背包无解'return

2.3.2队的结构和运算

1.队的定义

只允许在一端进行插入，在另一端进行删除的线性表。

插入端：

队尾（rear）

删除端：

排头（front）

用移动rear与front指示器来进行插入和删除

称队为先进先出（FIFO，firstinfirstout）线性表。

1.顺序队

Q[1：

m]存放队列元素

m:

允许的最大容量。

初始状态：

front=rear=0，队空

假溢出：

入队时rear增1，出队时front增1，当front=rear时队空，当rear=m时无法再继续入队，但此时队中空间并不一定满（只是当rear-front=m时才真正为满）

循环队列：

存放队列的数组形成头尾相接的环形。

设CQ[0：

m-1]表示最大容量的循环队列，其中头、尾指示器（front,rear）均按顺时针方向前进，rear=front=m-1为初态。

循环队列的插入和删除算法如下：

ADDCQ（CQ,m,front,rear,x）//将x插入队列CQ中//

1.rear←（rear+1）modm//mod为模除运算,保证rear循环计数//

2.if（front=rear）then{'队满'return}

3.CQ[rear]←x

4.return

DELCQ（CQ,m,front,rear,y）//删除队首元素送入y中//

1.if（front=rear）then{'队空'return}

2.front←（front+1）modm

3.y←CQ[front]

4.return

为了辨别队满与队空，循环队列中永远会空一个位置。

3.链队

当队的容量无法预先估计时，可以采用链表作存储结构，称为链队。

链队的插入、删除算法如下：

ADDLINK（rear,front,x）//在链队中插入x结点//

1.GETNODE（p）

2.data（p）←x;next（p）←nil//设置新的队尾元素//

3.next（rear）←p;rear←p//设置新的队尾指针//

4.return

DELLINK（front,rear,y）//删除排头元素赋给y//

1.if（rear=front）then{'队空'return}

2.y←data（next（front））;

next（front）←next（next（front））//删除排头结点,把头结点链向下一个结点//

3.if（next（front）=nil）thenrear←front

4.return

4.队的应用

1.划分子集问题

已知集合A={a1,a2,…,an},并已知此集合上的关系R={（ai,aj）｜ai,aj∈A,i≠j},其中（ai,aj）表示ai与aj之间存在冲突关系。

现要求将A划分成互不相交的子集A1，A2，…，Ak（k≤n），使任何子集的元素均无冲突关系，同时要求划分子集的个数尽可能少。

这类问题可以有各种实际应用背景，例如在安排运动会比赛日程时，需要考虑如何安排比赛项目，才能使同一运动员参加的不同项目不在同一日进行，同时又使比赛总的日程最短。

如运动会共设9个比赛项目，规定每个运动员最多可以参加三个项目，则

A={1,2,3,4,5,6,7,8,9}

R={（2,8）,（9,4）,（2,9）,（2,1）,（2,5）,（6,2）,（5,9）,（5,6）,（5,4）,（7,5）,（7,6）,（3,7）,（6,3）}

可行的子集划分为：

A1={1,3,4,8}A2={2,7}A3={5}A4={6,9}

算法思想：

采用循环筛选的方法，先以第一个元素开始，凡与第一个元素无冲突的元素划归一组，再将剩下的元素重新找出互不冲突的划归第二组，以此类推，直到所有的元素都进组。

在计算机实现时，首先要将集合中元素的冲突关系设置一个冲突矩阵，由一个二维数组R[1:

n,1:

n]表示，若第i与第j元素有冲突，则R[i,j]=1,否则R[i,j]=0。

对应于上述例子的关系矩阵见图

循环队列cq[0:

n-1],存放集合A的元素；数组Result[1:

n]用以存放每个元素的分组号；newr[1:

n]为工作数组。

以上述例子来说明工作过程：

初试状态：

集合A元素放入cq中，Result及newr置零，设置组号group=1。

如图 （a）所示。

当第1个元素出队时。

将R矩阵中第1行元素中的“1”拷入newr向量对应位置，得到：

凡是与第一元素有冲突的元素处均置为“1”。

这里说明序号为2的元素不能进入第一组，则应将元素2出队后重新入cq的队尾。

继续将元素3出队，并将R矩阵中第三行元素中的“1”拷入newr向量对应位置，得到：

←

如此继续，直到9个元素依次出队后，由newr单元中为“0”的单元序号构成第1组，将“1”标志放入Result向量对应单元中，见图（b）。

将group=2,newr清零，重新对cq中剩余的元素重复上述操作，可得第2组元素，第3组元素……直到cq中front=rear，队空，运算结束（见图（c）,（d）,（e））。

PROCEDUREDIVISION（R,n,cq,newr,Result）;

FORk=0TOn-1cq[k]←k+1;//n个元素存入循环队列cq//

front←n-1;rear←n-1;//头尾指针赋初值//

FORK=1TOnnewr[k]←0//newr向量置初值//

group←1;pre←0;//group为当前组号，pre为前一个出队元素编号，初值为零//（pre←9）;

fi=.t.

WHILErear≠front.or.fi=.t.DO//队列非空//

Fi=.f.

front←front+1;IFfront=n+1THENfront←1;

I←cq[front];//I为当前出队元素//

IFI

THEN//重新开辟新组//

group←group+1;Result[I]←group;//记录组号//

FORk=1TOnnewr[k]←R[I,k]

ELSE

IFnewr[I]≠0

THEN//发生冲突元素，重新入队//

rear=rear+1;IFrear=n+1THENrear=1;

cq[rear]←I

ELSE//可以分在当前组//

Result[I]←group;

FORk=1TOn

Newr[k]←newr[k]+R[I,k];

pre←I

END（WHILE）；

cq[k]Result[I]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2.4数组

2.4.1数组的定义

一个m行n列的数组可以表示为

2.4.2数组的顺序存储结构

1.按行优先顺序存放

假设每个元素仅占一个单元地址，则元素aij的存储地址可以通过以下关系式计算：

二维数组：

Loc（aij）=Loc（a11）+（i-1）*n+（j-1）

（1≦i<≦m,1≦j<≦n）

三维数组：

Loc（aijk）=Loc（a111）+（i-1）*m*n+（j-1）*n+（k-1）

（1≦i≦l,1≦j<≦m,1≦k≦n）

2.按列优先顺序存放

二维数组：

Loc（aij）=Loc（a11）+（j-1）*m+（i-1）

（1≦i<≦m,1≦j<≦n）

三维数组：

Loc（aijk）=Loc（a111）+（k-1）*l*m+（j-1）*l+（i-1）

（1≦i<≦l,1≦j<≦m,1≦k<≦n）

3.特殊矩阵的存放方式

（1）下三角阵的存储方式

设下三角阵An,n为

若将其中非零元素按行顺序存放为

{a11,a21,a22,a31,a32,…an1,an2,…,ann}

从第1行至第i-1行的非零元素个数为

因此求取其中非零元素aij的地址可按下列公式计算：

Loc（aij）=Loc（a11）+i（i-1）/2+（j-1）

（1≦j≦i≦n）

（2）三对角阵的存储方式

设An,n为三角阵：

若将其中非零元素按行顺序存放为

{a11,a12,a21,a22,a23,a32,a33,a34,…an,n-1,ann}

求取其中非零元素aij地址的关系式为：

Loc（aij）=Loc（a11）+（i-1）*2+（j-1）[Loc（a11）+3（i-1）-1+j-（i-2）-1]

（i=1,j=1,2或i=n,j=（n-1）,n或1

2.4.3稀疏矩阵

1.三元组表示

用三元组表示为（A阵）

行

列

值

1

1

3

1

5

7

2

3

-1

3

1

-1

3

2

-2

5

4

2

转置后的B阵

列

行

值

1

1

3

1

3

-1

2

3

-2

3

2

-1

4

5

2

5

1

7

TRANSMAT（A,B）

1.if（tu<>0）then

2.{q←1//q为转置以后B的行号//

3.forcol=1ton

4.forp=1totu//p为转置前A的行号//

5.ifA[p].j=colthen

6.{B[q].i←A[p].j;B[q].j←A[p].i;

7.B[q].v←A[p].v;q←q+1]

8.end（p）

9.end（col）}

11.return

2.带辅助向量的三元组表示

设两个辅助向量POS和NUM满足下列关系：

POS

（1）=1

POS（i）=POS（i-1）+NUM（i-1）,2≤i≤m

POS（i）表示稀疏矩阵中第i行的第一个非零元素在三元组中的行号；

NUM（i）表示稀疏矩阵中第i行的非零元素个数。

稀疏矩阵A对应的POS与NUM向量值如下：

i

12345

POS

13466

NUM

21