程序设计与数据结构.docx
《程序设计与数据结构.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《程序设计与数据结构.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![程序设计与数据结构.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-1/6/4c807da7-16ce-48bb-a3f2-c1453510698d/4c807da7-16ce-48bb-a3f2-c1453510698d1.gif)
程序设计与数据结构
“程序设计与数据结构”教学大纲
课程名称:
程序设计与数据结构
英文名称:
ProgramDesignandDataStructure
学时:
96
学分:
6
课程类型:
必修
课程性质:
专业基础课
适用专业:
自动化(交通信息工程及控制)
先修课程:
计算机科学与编程导论
开课学期:
第1、2学期
开课院系:
信息科学与技术学院
一、课程的教学目标与任务
本课程培养学生较熟练地掌握C语言程序设计的基本技能,掌握各种基本数据结构和算法。
通过本课程的学习,掌握C语言基础知识;掌握简单算法和数据结构的基本设计方法;掌握复杂数据结构(例如栈和队列以及链表)的含义并能简单应用,建立程序设计的思想,培养学生的问题解决能力和实际编程能力;了解并初步掌握当前软件行业公认的程序设计风格和编程实践。
学生应掌握各种基本数据结构的概念、实现方法及涉及的基本算法,并能用这些数据结构和算法解决相关的应用问题,为进一步学习相关学科打下坚实的基础。
通过本课程的学习。
重点是阐述程序设计思想和各种数据结构及其相关算法,培养学生分析问题和使用程序和数据结构解决问题的能力。
二、本课程与其它课程的联系和分工
“计算机科学与编程导论”是本课程的先修课程。
具体分工是:
由计算机科学与编程导论课程建立对计算机的基本认识,了解软件的构成及分类,了解程序的运行原理和过程;由本课程介绍程序设计基础和软件开发方法,C语言的基本语法和语义(包括变量、简单数据类型、表达式和语句、输入和输出基础、顺序、条件和循环控制结构、函数定义、函数调用和参数传递等关于程序设计的基本要素),基本数据结构和算法,使用C语言进行程序设计的方法以及使用程序解决问题的方法。
与本课程关联的有相同学期开设的“程序语言设计实验”独立实验课,此外,为增强软件开发能力,在短二期设置相应的能力训练实践课程“软件基础训练”。
本课程为计算机学科的多个后续课程打下基础,如计算机网络、课外创新实践等。
三、课程内容及基本要求
第一部分:
C语言程序设计
(一)计算机与程序设计概述(2学时)
主要内容:
(1)计算机软件分类
(2)计算机语言
(3)程序执行的原理和过程
(4)软件开发方法
1.基本要求
了解计算机软件的分类以及计算机语言的分类;理解程序执行的原理和过程;了解基本的软件开发方法和应用软件的开发方法。
2.重点、难点
重点:
程序执行的原理和过程
由于在《计算机科学与编程导论》课程中已经讲授了基本的计算机概念和软件的基础知识,因此这里仅需进行内容回顾,并重点讨论程序执行原理和过程,介绍软件开发方法。
(二)C程序基础(2学时)
主要内容:
(1)字符集、保留字集、标识符、算符等基本词法元素
(2)变量声明和数据类型
(3)可执行语句
(4)键盘输入和屏幕输出等输入/输出基础
(5)运算符与表达式
(6)C预处理:
include、define
(7)C程序的一般形式
1.基本要求
记住C所用的字符集和保留字,了解C的基本数据类型;明确常量、变量与字面量的含义;掌握运算符的使用、表达式的含义和计算过程;掌握用标准函数实现输入和输出的基本方法;掌握各类可执行语句的使用;了解C编译器的基本工作过程和各类预编译语句的使用;能熟练运用上述基本元素进行简单的C程序设计。
2.重点、难点
重点:
基本数据类型、运算符与表达式、基本的输入和输出处理、语句
由于这是第一门程序设计课程,因此需要让学生深入理解变量、表达式的内涵,掌握C程序的一般形式,并建立良好的编程风格。
(三)基本程序控制结构(8学时)
主要内容:
(1)控制结构
(2)条件语句:
if语句和switch语句;嵌套if语句和多选项决策
(3)循环语句:
for语句;do-while语句;嵌套循环
1.基本要求
了解什么是控制结构;掌握基本的程序控制结构(包括顺序结构、条件选择和循环结构)及其执行流程;掌握不同程序控制结构的C语言实现;掌握嵌套的程序控制结构及其执行流程;熟练使用C语言控制结构设计程序。
2.重点、难点
重点:
条件结构和循环结构的基本形式及执行流程
难点:
if语句的匹配原则;循环语句的结束条件和执行次数;复合控制结构的流程。
可以采用流程图来阐述不同控制结构的执行流程,便于学生理解。
这部分内容需特别加强应用举例。
(四)数组与字符串(6学时)
主要内容:
(1)声明和引用数组及数组下标
(2)多维数组
(3)字符数组与字符串
(4)字符串库函数的使用
1.基本要求
掌握声明数组和引用数组的语法;掌握数组初始化的方法;掌握C语言数组下标的特殊性;了解多维数组的声明及引用语法;掌握字符数组与字符串的区别;掌握初始化字符串变量的方法;掌握常用的字符串操作库函数。
2.重点、难点
重点:
声明数组和引用数组的语法;字符串的特殊性;字符串操作库函数的使用。
难点:
数组的存储和访问方法;C语言数组下标的特殊性;字符串与字符数组的区别。
(五)函数与模块化编程(10学时)
主要内容:
(1)函数的基本概念
(2)函数的定义、声明和调用
(3)参数传递和变量的作用域
(4)递归
(5)标准函数或预定义函数
(6)模块化编程
1.基本要求
了解函数是过程抽象的基本形式,掌握函数的定义、声明和调用方法;了解函数、变量等先声明后引用的一般原则;理解参数传递的内涵,了解函数操作的对象的不同形式、作用域和使用方法;了解递归函数的运行过程,掌握递归函数的编写方法;掌握标准函数或预定义函数的使用方法;理解模块化编程的内涵并掌握自顶向下设计的方法。
2.重点、难点
重点:
函数的定义、声明和调用,参数传递,变量(数据)的作用域,递归函数的运行过程和递归函数的编写,标准函数的使用;模块化编程的意义
难点:
参数传递,尤其是数组作为函数参数;变量的作用域;递归函数的运行过程和递归函数的编写。
这部分内容需特别加强应用举例。
(六)结构体与共用体(联合)(6学时)
主要内容:
(1)结构体的声明及数据程远引用
(2)共用体的声明与使用
(3)共用体与结构体的区别
1.基本要求
掌握结构类型的定义和使用,了解联合数据类型的定义和使用;理解共用体与结构体的区别。
2.重点、难点
重点:
结构类型的定义和应用。
这部分内容需特别加强应用举例。
(七)动态数据结构(指针)(8学时)
主要内容:
(1)指针的概念及其含义以及如何使用指针引用变量
(2)指针运算的意义及其使用
(3)动态内存分配
(4)使用指针实现链表、二叉树等动态数据结构
1.基本要求
理解指针其实是一个内存地址;掌握如何通过指针引用变量;理解只恨运算的意义及合法性;掌握分配内存和回收内存的方法;了解如何使用指针实现链表等动态数据结构。
2.重点、难点
重点:
指针的概念及其含义了;使用指针变量的方法;指针运算的含义。
难点:
指针是C语言中初学者比较难以理解和掌握的一个问题,需要从指针的本质来阐明它的实际意义及使用方法;使用指针实现动态数据结构是一种高效的方法,但也是初学者容易犯错误的地方,需要特别加强引用举例。
(八)文件处理(6学时)
主要内容:
(1)文件指针变量
(2)文件的打开与关闭、打开文件的不同方式
(3)文件读写和定位
1.基本要求
了解磁盘文件的不同组织形式;掌握打开文件的不同方式和关闭文件的方法;掌握读写文件和在文件中定位的方法。
2.重点、难点
重点:
文件的打开方式;文件读写和定位。
第二部分:
数据结构
(一)数据结构的基本概念(2学时)
主要内容:
(1)数据结构的概念,包括数据、数据元素、结构;
(2)逻辑结构和物理结构的概念和区别;
(3)抽象数据类型的概念、表示和实现;
(4)算法的概念、特性、设计要求;
(5)算法性能评价方法,大O记法。
1.基本要求
应了解数据结构的基本含义、课程所研究的主要内容,了解四类基本结构:
集合、线性结构、树形结构、图状结构。
掌握逻辑结构和物理结构的定义与区别,了解两类存储结构:
顺序存储结构和链式存储结构。
掌握抽象数据类型ADT的定义、表示和实现。
掌握算法的定义、特性、设计要求和性能度量方法,包括时间复杂度和空间复杂度,能用大O记法表示时间、空间复杂度。
2.重点与难点
重点:
数据结构的定义,四类基本结构;逻辑结构和物理结构的区别,两类存储结构;ADT的定义;算法的性能度量方法。
难点:
逻辑结构、物理结构的区别;时间复杂度的定义与大O表示法。
(二)线性表(6学时)
主要内容:
(1)线性表的概念与基本运算;
(2)线性表的顺序表示和实现;
(3)线性表的链式表示和实现,包括单链表、静态链表、循环链表、双向链表;
(4)线性表的应用:
一元多项式的表示与相加。
1.基本要求
掌握线性表的概念和基本运算,能用基本运算实现一些应用。
熟练掌握顺序表的表示,理解随机存取的含义,掌握顺序表的基本算法,包括插入、删除、查找。
熟练掌握链式存储的表示和实现,理解头指针、头结点的含义,掌握单链表、静态链表、循环链表、双向链表的概念和基本运算实现,包括插入和删除。
2.重点与难点
重点:
线性表的概念;顺序表的表示、特点,插入、删除操作的实现与复杂度分析;链式表示的特点,各种链表的概念,插入、删除操作的实现。
难点:
顺序表与链表的特性对比与选取,插入、删除操作的实现。
(三)栈和队列(4学时)
主要内容:
(1)栈的概念、基本运算;
(2)栈的两种实现:
顺序栈和链栈,入栈与出栈操作的实现;
(3)栈的应用,特别是栈与函数调用、递归的关系;
(4)队列的概念、基本运算;
(5)队列的两种实现:
链队列和循环队列,入队列和出队列操作的实现。
1.基本要求
掌握栈的基本概念:
后进先出的特点、栈底、栈顶。
熟练掌握顺序栈和链栈的表示方法,入栈、出栈操作的实现。
了解栈的几种应用,如数制转换、括号匹配的检验、行编辑程序、迷宫求解、表达式求值。
理解栈在函数调用与递归实现中的重要作用,会写递归程序。
掌握队列的概念:
先进先出的特点、队头、队尾。
熟练掌握链队列、循环队列的表示方法,入队列、出队列操作的实现,理解循环队列设计的初衷。
2.重点与难点
重点:
栈的概念与特点;顺序栈和链栈的表示,入栈和出栈的实现;栈与函数调用和递归实现的关系;队列的概念与特点;链队列与循环队列的表示,入队列、出队列的实现。
难点:
栈与函数调用、递归的关系;循环队列的设计初衷与基本运算实现。
(四)串(2学时)
主要内容:
(1)串的概念与基本运算;
(2)串的三种表示与实现:
定长顺序串、堆分配顺序串、块链串;
(3)串的模式匹配算法:
BF算法与KMP算法。
1.基本要求
掌握串的基本概念:
子串、主串、位置;掌握串的基本运算。
掌握三种表示方法:
定长顺序存储、堆分配顺序存储、块链存储。
掌握朴素的模式匹配算法BF算法和改进的模式匹配算法KMP算法,理解改进的思路。
2.重点与难点
重点:
串的概念,与线性表的区别;基本运算;三种表示方法;BF算法;KMP算法。
难点:
KMP算法。
(五)数组和广义表(4学时)
主要内容:
(1)数组的定义;
(2)数组的顺序表示和实现;
(3)矩阵的压缩存储;
(4)广义表
1.基本要求
掌握数组的定义,理解数组与线性表的区别。
熟练掌握数组的顺序表示和实现,特别是高维数组的两种顺序存储方法:
行序为主序与列序为主序。
掌握特殊矩阵的压缩存储,包括对称矩阵、三角矩阵和对角矩阵。
掌握稀疏矩阵的压缩存储方法。
掌握广义表的定义和基本运算,了解广义表的存储结构。
2.重点与难点
重点:
数组的定义和存储;特殊矩阵的压缩存储;广义表的定义与运算。
难点:
高维数组的顺序存储方法;特殊矩阵的压缩存储方法。
(六)树和二叉树(8学时)
主要内容:
(1)树的定义与基本术语;
(2)二叉树的定义、基本性质、存储结构;
(3)二叉树的遍历与线索化;
(4)树与森林的存储、遍历,及与二叉树的转化;
(5)树的应用:
树与等价类;
(6)树的应用:
最优二叉树(Huffman树)。
1.基本要求
掌握树的定义与基本术语:
结点、度、叶子、孩子、双亲、兄弟、层次、深度;掌握二叉树的定义和基本性质,掌握基本性质的证明方法;掌握二叉树的顺序存储和链式存储两种实现方法,理解两者的适用场合;熟练掌握二叉树的遍历方法:
先序、中序和后序遍历;掌握二叉树的线索化,理解线索化的作用和意义;掌握树的存储方法:
双亲表示法、孩子表示法、孩子兄弟表示法;掌握树、森林与二叉树的转化方法;掌握树与森林的遍历方法;掌握用树实现等价类的方法;掌握Huffman树的构造方法与用途。
2.重点与难点
重点:
二叉树的定义、性质与存储结构;二叉树的遍历;树与森林的存储与遍历。
难点:
二叉树遍历的非递归算法实现;由先序、中序遍历序列确定二叉树与森林的方法;Huffman树的构造方法。
(七)图(10学时)
主要内容:
(1)图的定义和术语;
(2)图的存储结构:
邻接矩阵、邻接表、十字链表、邻接多重表;
(3)图的遍历:
深度优先搜索和广度优先搜索;
(4)图的连通分量与最小生成树;
(5)拓扑排序与关键路径算法;
(6)最短路径算法:
Dijkstra算法和Flody算法。
1.基本要求
掌握图的定义与术语:
顶点、边、弧、有向图、无向图、邻接点、简单路径、回路、连通图、连通分量、生成树;掌握图的存储结构:
邻接矩阵、邻接表、十字链表、邻接多重表;熟练掌握图的深度优先搜索和广度优先搜索遍历方法;掌握最小生成树的构造方法:
Prim算法和Kruskal算法;掌握拓扑排序算法和关键路径的求法;掌握单源最短路径算法Dijkstra算法和任两点间的最短路径算法Flody算法。
2.重点与难点
重点:
图的各种存储结构;图的遍历算法;最小生成树构造算法;拓扑排序算法;关键路径求法;最短路径算法。
难点:
邻接矩阵和邻接表的定义与特性;最短路径算法。
(八)查找(6学时)
主要内容:
(1)查找的概念;
(2)静态查找表:
顺序查找、折半查找、索引查找;
(3)动态查找表:
二叉排序树、平衡二叉树、B树;
(4)哈希表
1.基本要求
掌握查找的基本概念:
关键字、查找、平均查找长度;掌握顺序查找、折半查找与索引查找的概念、实现与性能分析方法;掌握二叉排序树的概念、实现与性能分析方法;理解平衡二叉树的设计思路;了解B-树的定义与实现方法;掌握哈希表的设计思路、哈希函数的构造方法、处理冲突的方法和性能分析方法。
2.重点与难点
重点:
顺序查找、折半查找、二叉排序树的定义、实现和性能分析;哈希表的定义、哈希函数构造方法、处理冲突方法。
难点:
平衡二叉树的实现;B-树的实现;各种查找方法的性能分析。
(九)排序(6学时)
主要内容:
(1)排序的基本概念;
(2)插入排序:
直接插入、折半插入、2-路插入、希尔排序;
(3)交换排序:
起泡排序、快速排序;
(4)选择排序:
简单选择排序、树形选择排序与堆排序;
(5)归并排序与基数排序;
(6)各种内部排序算法的比较;
(7)外部排序
1.基本要求
掌握排序的基本概念:
稳定与不稳定、内部与外部排序;掌握各种插入排序算法的思路、实现与性能评价:
直接插入、折半插入、2-路插入、希尔排序;掌握起泡排序、快速排序的思路、实现与性能评价;掌握简单选择排序、堆排序的思路、实现与性能评价;掌握归并排序、基数排序的思路、实现与性能评价;掌握各种内部排序算法的性能比较与选取方法;了解外部排序的思路与基本方法。
2.重点与难点
重点:
直接插入排序、希尔排序;起泡排序、快速排序;简单选择排序、堆排序;归并排序;基数排序;各种内部排序算法的性能分析与比较。
难点:
希尔排序;快速排序;堆排序;各种内部排序算法的性能分析。
四、教学安排及方式
总学时96学时,讲课96学时。
1.课时安排
教学环节
教学时数
课程内容
讲课
习题课
讨论课
上机
参观或
看录像
小计
第一部分:
C语言程序设计
(一)计算机与程序设计概述
2
2
(二)C程序基础
2
2
2
(三)基本程序结构
8
2
8
(四)数组与字符串
6
4
6
(五)函数与模块化编程
10
6
10
(六)结构体与共用体
6
2
6
(七)动态数据结构(指针)
8
4
8
(八)文件处理
6
4
6
第二部分:
数据结构
(一)绪论
2
2
(二)线性表
6
6
(三)栈和队列
4
4
(四)串
2
2
(五)数组和广义表
4
4
(六)树
8
8
(七)图
10
10
(八)查找
6
6
(九)排序
6
6
2.实践环节:
独立实验课程:
《程序语言设计实验》(第1学期)
实践内容:
《软件基础训练》(短I学期)
3.教学方法和建议
程序设计和数据结构是计算机专业的基础课,注重理论教学更注重上机实践。
教学过程中应加强应用举例和作业讲评环节,使学生切实掌握基本的程序设计技术。
五、考核方式
平时作业+笔试(闭卷)。
各教学环节占总分的比例:
第一部分:
C语言程序设计:
平时作业:
20%,期末笔试:
80%;
第二部分:
数据结构:
平时作业占20%,期末考试成绩占80%。
六、推荐教材与参考资料
教材
(1)乔林,《计算机程序设计基础》,北京:
高等教育出版社,第2版,2008年1月
(2)严蔚敏、吴伟民编著《数据结构(C语言版)》,北京:
清华大学出版社,2003。
(3)严蔚敏、吴伟民、米宁编著《数据结构题集(C语言版)》,北京:
清华大学出版社,2003
参考资料
(1)万波等《C语言详解》,北京:
人民邮电出版社,2007。
(2)谭浩强著《C程序设计》(第三版),北京:
清华大学出版社,2005。
(3)张铭等编著《数据结构与算法》,北京:
高等教育出版社,2008。
(4)SartajSahni著《DataStructures,Algorithms,andApplicationinC++》(数据结构算法与应用)北京:
机械工业出版社,2003。
(5)AdamDrozdek著《DataStructuresandAlgorithmsinC++》(SecondEdition)(数据结构与算法-C++版第二版),北京:
清华大学出版社,2003。
(6)WilliamFord,WilliamTopp著,DataStructureswithC++UsingSTL,数据结构C++语言描述——应用标准模版库(STL)(第2版),陈君译,北京:
清华大学出版社,2003。
(7)MarkAllenWeiss著,DataStructuresandAlgorithmAnalysisinC,数据结构与算法分析——C语言描述(第2版),冯舜玺译,北京:
机械工业出版社,2004。