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全国计算机等级考试二级公共基础知识

第一章数据结构与算法2

1.1算法2

1.2数据结构的基本概念2

1.3线性表及其顺序存储结构2

1.4栈和队列3

1.5线性链表3

1.6树与二叉树3

1.7查找技术4

1.8排序技术4

第二章程序设计基础5

2.1程序设计方法和风格5

2.2结构化程序设计5

2.3面向对象的程序设计5

第三章软件工程基础6

3.1软件工程基本概念6

3.2结构化分析方法7

3.3结构化设计方法8

3.4软件测试8

3.5程序的调试9

第四章数据库设计基础9

4.1数据库系统的基本概念9

4.2数据模型10

4.3关系型数据库11

4.4数据库设计与管理11

第一章数据结构与算法

1.1算法

1．算法的基本概念

算法是指解题方案的准确而完整的描述。

通俗的说，算法就是计算机解题的过程。

算法不等于程序，也不等于计算方法，由于受到计算机系统运行环境的限制，程序的编制不可能优于算法的设计。

2．算法的基本特征

①确定性:

算法中每一步骤都必须有明确定义，不允出现歧义。

②有穷性:

算法必须能在有限的时间内执行完成，即能在执行有限个步骤后终止。

③可行性:

算法原则上能够精确地执行。

④拥有足够的情报:

算法有零个或多个输入、至少有一个输出。

3．算法的基本要素

一个算法通常由两种基本要素组成：

一是对数据对象的运算和操作，二是算法的控制结构。

·运算和操作包括：

算术运算、逻辑运算、关系运算、数据传输。

·三种基本控制结构：

顺序结构、选择结构、循环结构。

4．算法的复杂度

①算法时间复杂度：

指执行算法所需要的计算工作量。

即算法执行过程中所需要的基本运算次数。

通常用平均性态和最坏情况复杂度衡量算法的时间复杂度。

②算法空间复杂度：

执行算法时所需要的存储空间。

1.2数据结构的基本概念

1．数据结构

所谓数据结构是指相互有关联的数据元素的集合。

主要研究以下三个方面：

①数据集合中各数据元素之间所固有的逻辑关系，即数据的逻辑结构。

②在对数据进行处理时，各数据元素在计算机中的存储关系，即数据的存储结构。

③对各种数据结构进行的运算。

2．逻辑结构

①表示数据元素本身的信息。

②表示各数据元素之间的前后件关系（指数据元素间的逻辑关系，与存储位置无关）。

3．存储结构（物理结构）

数据的逻辑结构在计算机存储空间中的存放形式称为数据的存储结构，也称数据物理结构。

常用的数据存储结构有顺序、链式、索引等。

4．线性结构与非线性结构

根据数据结构中各元素之间前后件关系的复杂程度，一般将数据结构分为两大类型：

线性结构与非线性结构。

如果一个非空数据结构满足下列两个条件，则称为线性结构，也称为线性表。

 如果不是线性结构，则为非线性结构。

①有且只有一个根结点。

②每一个结点最多有一个前件，也最多有一个后件。

1.3线性表及其顺序存储结构

1．非空线性表的结构特征

①有且只有一个根结点，它无前件。

②有且只有一个终端结点，它无后件。

③除根结点与终端结点外，其他所有结点有且只有一个前件，也有且只有一个后件。

2．线性表的顺序存储结构的两个基本特点

①中所有元素所占的存储空间是连续的。

②各数据元素在存储空间中是按逻辑顺序依次存放。

1.4栈和队列

1．栈

限定在一端进行插入与删除的线性表。

其允许插入与删除的一端称为栈顶，用指针top表示栈顶位置。

不允许插入与删除的另一端称为栈底，用指针bottom表示栈底。

栈按照“先进后出”（FILO）或“后进先出”（LIFO）方式组织数据，具有记忆作用。

其存储方式可以是顺序存储，也可以是链式存储。

栈的基本运算有以下三种：

①入栈运算，在栈顶位置插入元素，也称为压栈。

②退栈运算，删除元素（取出栈顶元素并赋给一个指定的变量），也称为出栈。

③读栈顶元素，将栈顶元素赋给一个指定的变量，此时指针无变化。

2．队列

指允许在一端（队尾）进行插入，而在另一端（队头）进行删除的线性表。

用rear指针指向队尾，用front指针指向队头元素的前一个位置。

队列是“先进先出”（FIFO）或“后进后出”（LILO）的线性表。

队列运算包括：

①入队运算：

从队尾插入一个元素。

②退队运算：

从队头删除一个元素。

队列的顺序存储结构一般采用队列循环的形式。

循环队列中，s=0表示队列空，s=1且front=rear表示队列满。

计算循环队列的元素个数：

尾指针减头指针，若为负数，再加其容量即可。

1.5线性链表

假设数据结构中的每一个数据对应于一个存储单元，这种存储单元称为存储结点，简称结点。

在链式存储结构中，结点由两部分组成：

①用于存储数据元素值，称为数据域。

②用于存放指针，称为指针域，用于指向前一个或后一个结点。

在链式存储结构中，存储数据结构的存储空间可以不连续，各数据结点的存储顺序与数据元素之间的逻辑关系可以不一致，而数据元素之间的逻辑关系是由指针域来确定的。

链式存储方式即可用于表示线性结构，也可用于表示非线性结构。

线性单链表中，HEAD称为头指针，HEAD=NULL（或0）称为空表。

1.6树与二叉树

1．树

树是一种简单的非线性结构。

在树结构中，每一个结点只有一个前件，称为父结点。

没有前件的结点只有一个，称为树的根结点，简称树的根。

每一个结点可以有多个后件，称为该结点的子结点。

没有后件的结点称为叶子结点。

在树结构中，一个结点所拥有的后件的个数称为该结点的度，所有结点中最大的度称为树的度。

树的最大层次称为树的深度。

2．二叉树

①非空二叉树只有一个根结点。

②每一个结点最多有两棵子树，且分别称为该结点的左子树与右子树。

3．满二叉树与完全二叉树

满二叉树是指除最后一层外，每一层上的所有结点有两个子结点。

完全二叉树是指除最后一层外，每一层上的结点数均达到最大值，在最后一层上只缺少右边的若干结点。

完全二叉树中，除了度为2的结点和度为0的结点（叶子结点）外，最多只有一个度为1的结点。

4．二叉树基本性质

①在二叉树的第k层上，最多有2k-1（k≥1）个结点。

②深度为m的二叉树最多有个2m-1结点。

③度为0的结点（即叶子结点）总是比度为2的结点多一个。

④具有n个结点的二叉树，其深度至少为[log2n]+1，其中[]表示取整数部分。

⑤具有n个结点的完全二叉树的深度为[log2n]+1。

⑥设完全二叉树共有n个结点。

如果从根结点开始，按层序（每一层从左到右）用自然数1,2,…n给结点进行编号（k=1,2….n），有以下结论：

·若k=1，则该结点为根结点，它没有父结点。

若k>1，则该结点的父结点编号为INT（k/2）。

·若2k≤n，则k结点的左子结点编号为2k。

否则该结点无左子结点（也无右子结点）；

·若2k+1≤n，则编号为k的结点的右子结点编号为2k+1。

否则该结点无右子结点。

5．二叉树的遍历

①前序遍历（DLR），首先遍历根结点，然后遍历左子树，最后遍历右子树。

②中序遍历（LDR），首先遍历左子树，然后遍历根结点，最后遍历右子树。

③后序遍历（LRD），首先遍历左子树，然后遍历右子树，最后遍历根结点。

左图遍历结果如下：

前序遍历：

FCADBEGHP

中序遍历：

ACBDFEHGP

后序遍历：

ABDCHPGEF

1.7查找技术

1．顺序查找

顺序查找又称顺序搜索。

基本方法如下：

从线性表的第一个元素开始，依次将线性表中元素与被查找元素进行比较，若相等则表示查找成功。

只能使用顺序查找的两种情况：

①线性表为无序表，不管是顺序存储还是链式存储。

②表采用链式存储结构，即使是有序线性表。

2．二分法

二分法查找只适用于顺序存储的有序线性表。

其基本方法如下：

将被查找元素x与有序线性表的中间项进行比较，若相等则查找成功。

若x小于中间项，则在有序线性表的前半部分以相同方法进行查找。

若x大于中间项，则在有序线性表的后半部分以相同方法进行查找。

此过程一直进行到查找成功或子表长度为0为止。

对于长度为n的有序线性表，最坏情况只需比较log2n次，而顺序查找需要比较n次。

1.8排序技术

①冒泡排序法：

最坏情况下需要比较的次数为n（n-1）/2

②快速排序法：

最坏情况下需要比较的次数为n（n-1）/2

③插入排序法：

最坏情况下需要比较的次数为n（n-1）/2

④选择排序法：

最坏情况下需要比较的次数为n（n-1）/2

⑤希尔排序法：

最坏情况下需要比较的次数为O（n1.5）

⑥堆排序法：

最坏情况下需要比较的次数为O（nlog2n）

第二章程序设计基础

2.1程序设计方法和风格

程序设计风格会深刻地影响软件的质量和可维护性，良好的程序设计风格可以使程序结构清晰合理，使程序代码更加易于维护。

要形成良好的程序设计风格，主要应注重和考虑下述一些因素：

1．源程序文档化

源程序文档化应考虑如下几点：

符号的命令名尽量做到见名知义，添加正确的程序注释能够帮助读者理解程序，采用适当的空格、空行、缩进等技巧使程序层次清晰。

程序注释一般分为序言性注释和功能性注释。

序言性注释通常位于整个程序的开头部分，用于给出程序的整体说明。

功能性注释一般嵌在源程序体之中，对源程序中的语句或程序段进行描述。

2．数据说明的方法

数据说明次序规范化、说明语句中的变量安排有序化、使用注释来说明复杂数据的结构。

3．语句的结构

程序应当简单易懂，语句构造应当简单直接，不应为提高效率而将语句复杂化。

除非对效率有特殊要求，程序编写要做到清晰第一、效率第二。

4．输入和输出

输入与输出方式和格式应尽量方便用户的使用，输入格式要简单、对输入数据要检验数据的合法性、应该允许自由格式输入、尽量使用缺省值、保持数据输入和输出的一致性等。

2.2结构化程序设计

1．结构化程序设计的原则

①自顶向下②逐步求精

③模块化④限制使用goto语句

2．结构化程序的基本结构

①顺序结构：

一种简单的程序设计，最基本、最常用的结构。

②选择结构：

又称分支结构，包括简单选择和多分支选择结构，可根据条件，判断应该选择哪一条分支来执行相应的语句序列。

③循环结构：

又称重复结构，可根据给定条件，判断是否需要重复执行某一相同或类似的程序段。

2.3面向对象的程序设计

1．对象

对象即客观存在可以相互区分的实体。

可以是具体的事物（如:

一本书），也可以是一个抽象事件（一次足球比赛）。

①属性：

用于描述对象的状态（静态特征），即数据。

②方法：

用于描述对象的行为（动态特征），即操作。

2．对象的基本特点

①标识惟一性：

指对象是可区分的，并且由对象的内在本质来区分。

②分类性：

将具有相同属性和操作的对象抽象成类。

③多态性：

同一个操作针对不同的对象可导致完全不同的结果。

④封装性：

对象是由数据加操作组成的封装体，对外是不可见的。

⑤模块独立性好：

对象是以数据为中心，操作围绕对其数据所需的处理来设置，各元素间紧密结合，内聚性强。

3．类和实例

类是指具有共同属性、共同方法的对象的集合。

类是对象的抽象，它描述了属于该对象类型的所有对象的性质。

而对象则是其对应类的一个实例。

4．消息

消息是一个实例与另一个实例之间传递的信息。

对象间的通信靠消息传递，它请求对象执行某一处理或回答某一要求的信息，它统一了数据流和控制流。

消息的组成包括：

①接收消息的对象的名称

②消息标识符，也称消息名

③零个或多个参数

5．子类和继承

利用现有的类创建一个新类，其中将现有的类称为父类，将新类