第一章 数据结构与算aaaaaaaaaa法.docx

1、第一章 数据结构与算aaaaaaaaaa法第一章 数据结构与算法1.1 算法1、算法是指解题方案的准确而完整的描述。换句话说，算法是对特定问题求解步骤的一种描述。*：算法不等于程序，也不等于计算方法。程序的编制不可能优于算法的设计。2、算法的基本特征（1）可行性。针对实际问题而设计的算法，执行后能够得到满意的结果。（2）确定性。每一条指令的含义明确，无二义性。并且在任何条件下，算法只有唯一的一条执行路径，即相同的输入只能得出相同的输出。（3）有穷性。算法必须在有限的时间内完成。有两重含义，一是算法中的操作步骤为有限个，二是每个步骤都能在有限时间内完成。（4）拥有足够的情报。算法中各种运算总是要

2、施加到各个运算对象上，而这些运算对象又可能具有某种初始状态，这就是算法执行的起点或依据。因此，一个算法执行的结果总是与输入的初始数据有关，不同的输入将会有不同的结果输出。当输入不够或输入错误时，算法将无法执行或执行有错。一般说来，当算法拥有足够的情报时，此算法才是有效的；而当提供的情报不够时，算法可能无效。*：综上所述，所谓算法，是一组严谨地定义运算顺序的规则，并且每一个规则都是有效的，且是明确的，此顺序将在有限的次数下终止。3、算法复杂度主要包括时间复杂度和空间复杂度。（1）算法时间复杂度是指执行算法所需要的计算工作量，可以用执行算法的过程中所需基本运算的执行次数来度量。（2）算法空间复杂度

3、是指执行这个算法所需要的内存空间。1.2 数据结构的基本概念1、数据结构是指相互有关联的数据元素的集合。2、数据结构主要研究和讨论以下三个方面的问题：（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。数据的逻辑结构包含：1）表示数据元素的信息；2）表示各数据元素之间的前后件关系。（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。数据的存储结构有顺序、链接、索引等。1）顺序存储。它是把逻辑上相邻的结点存储在物理位置相邻的存储单元里，结点间的逻辑关系由存储单元的邻接关系来体现。由此得到的存储表示称为顺序存储结构。2）链接存储。它不要求逻辑上相邻的结点在物理

4、位置上亦相邻，结点间的逻辑关系是由附加的指针字段表示的。由此得到的存储表示称为链式存储结构。3）索引存储：除建立存储结点信息外，还建立附加的索引表来标识结点的地址。*：数据的逻辑结构反映数据元素 之间的逻辑关系，数据的存储结构（也称数据的物理结构）是数据的逻辑结构在计算机存储空间中的存放形式。同一种逻辑结构的数据可以采用不同的存储结构，但影响数据处理效率。（3）对各种数据结构进行的运算。3、数据结构的图形表示一个数据结构除了用二元关系表示外，还可以直观地用图形表示。在数据结构的图形表示中，对于数据集合D中的每一个数据元素用中间标有元素值的方框表示，一般称之为数据结点，并简称为结点；为了进一步表

5、示各数据元素之间的前后件关系，对于关系R中的每一个二元组，用一条有向线段从前件结点指向后件结点。4、数据结构分为两大类型：线性结构和非线性结构。（1）线性结构（非空的数据结构）条件：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。 *：常见的线性结构有线性表、栈、队列和线性链表等。（2）非线性结构：不满足线性结构条件的数据结构。*：常见的非线性结构有树、二叉树和图等。1.3 线性表及其顺序存储结构1、线性表由一组数据元素构成，数据元素的位置只取决于自己的序号，元素之间的相对位置是线性的。线性表是由n(n0)个数据元素组成的一个有限序列，表中的每一个数据元素，除了第一个外

6、，有且只有一个前件，除了最后一个外，有且只有一个后件。线性表中数据元素的个数称为线性表的长度。线性表可以为空表。*：线性表是一种存储结构，它的存储方式：顺序和链式。2、线性表的顺序存储结构具有两个基本特点：（1）线性表中所有元素所占的存储空间是连续的；（2）线性表中各数据元素在存储空间中是按逻辑顺序依次存放的。*：由此可以看出，在线性表的顺序存储结构中，其前后件两个元素在存储空间中是紧邻的，且前件元素一定存储在后件元素的前面，可以通过计算机直接确定第i个结点的存储地址。3、顺序表的插入、删除运算（1）顺序表的插入运算：在一般情况下，要在第i（1in）个元素之前插入一个新元素时，首先要从最后一个

7、（即第n个）元素开始，直到第i个元素之间共n-i+1个元素依次向后移动一个位置，移动结束后，第i个位置就被空出，然后将新元素插入到第i项。插入结束后，线性表的长度就增加了1。*：顺性表的插入运算时需要移动元素，在等概率情况下，平均需要移动n/2个元素。（2）顺序表的删除运算：在一般情况下，要删除第i（1in）个元素时，则要从第i+1个元素开始，直到第n个元素之间共n-i个元素依次向前移动一个位置。删除结束后，线性表的长度就减小了1。*：进行顺性表的删除运算时也需要移动元素，在等概率情况下，平均需要移动（n-1）/2个元素。插入、删除运算不方便。1.4 栈和队列1、栈及其基本运算栈是限定在一端进

8、行插入与删除运算的线性表。在栈中，允许插入与删除的一端称为栈顶，不允许插入与删除的另一端称为栈底。栈顶元素总是最后被插入的元素，栈底元素总是最先被插入的元素。即栈是按照“先进后出”或“后进先出”的原则组织数据的。栈具有记忆作用。栈的基本运算：1）插入元素称为入栈运算；2）删除元素称为退栈运算；3）读栈顶元素是将栈顶元素赋给一个指定的变量，此时指针无变化。栈的存储方式和线性表类似，也有两种，即顺序栈和链式栈。2、队列及其基本运算队列是指允许在一端（队尾）进入插入，而在另一端（队头）进行删除的线性表。尾指针（Rear）指向队尾元素，头指针（front）指向排头元素的前一个位置（队头）。队列是“先进

9、先出”或“后进后出”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。循环队列及其运算：所谓循环队列，就是将队列存储空间的最后一个位置绕到第一个位置，形成逻辑上的环状空间，供队列循环使用。在循环队列中，用队尾指针rear指向队列中的队尾元素，用排头指针front指向排头元素的前一个位置，因此，从头指针front指向的后一个位置直到队尾指针rear指向的位置之间，所有的元素均为队列中的元素。*：循环队列中元素的个数=rear-front。1.5 线性链表1、线性表顺序存储的缺点：（1）插入或删除的运算效率很低。在顺序存储的线性表中，插入或删除数据元素时需

10、要移动大量的数据元素；（2）线性表的顺序存储结构下，线性表的存储空间不便于扩充；（3）线性表的顺序存储结构不便于对存储空间的动态分配。2、线性链表：线性表的链式存储结构称为线性链表，是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接来实现的。因此，在链式存储方式中，每个结点由两部分组成：一部分用于存放数据元素的值，称为数据域；另一部分用于存放指针，称为指针域，用于指向该结点的前一个或后一个结点（即前件或后件），如下图所示：线性链表分为单链表、双向链表和循环链表三种类型。在单链表中，每一个结点只有一个指针域，由这个指针只能找到其后件结点，而不能找到其前件结点。

11、因此，在某些应用中，对于线性链表中的每个结点设置两个指针，一个称为左指针，指向其前件结点；另一个称为右指针，指向其后件结点，这种链表称为双向链表，如下图所示：3、线性链表的基本运算（1）在线性链表中包含指定元素的结点之前插入一个新元素。*：在线性链表中插入元素时，不需要移动数据元素，只需要修改相关结点指针即可，也不会出现“上溢”现象。（2）在线性链表中删除包含指定元素的结点。*：在线性链表中删除元素时，也不需要移动数据元素，只需要修改相关结点指针即可。（3）将两个线性链表按要求合并成一个线性链表。（4）将一个线性链表按要求进行分解。（5）逆转线性链表。（6）复制线性链表。（7）线性链表的排序。

12、（8）线性链表的查找。*：线性链表不能随机存取。4、循环链表及其基本运算在线性链表中，其插入与删除的运算虽然比较方便，但还存在一个问题，在运算过程中对于空表和对第一个结点的处理必须单独考虑，使空表与非空表的运算不统一。为了克服线性链表的这个缺点，可以采用另一种链接方式，即循环链表。与前面所讨论的线性链表相比，循环链表具有以下两个特点：1）在链表中增加了一个表头结点，其数据域为任意或者根据需要来设置，指针域指向线性表的第一个元素的结点，而循环链表的头指针指向表头结点；2）循环链表中最后一个结点的指针域不是空，而是指向表头结点。即在循环链表中，所有结点的指针构成了一个环状链。下图a是一个非空的循环

13、链表，图b是一个空的循环链表：循环链表的优点主要体现在两个方面：一是在循环链表中，只要指出表中任何一个结点的位置，就可以从它出发访问到表中其他所有的结点，而线性单链表做不到这一点；二是由于在循环链表中设置了一个表头结点，在任何情况下，循环链表中至少有一个结点存在，从而使空表与非空表的运算统一。*：循环链表是在单链表的基础上增加了一个表头结点，其插入和删除运算与单链表相同。但它可以从任一结点出发来访问表中其他所有结点，并实现空表与非空表的运算的统一。1.6 树与二叉树1、树的基本概念树是一种简单的非线性结构。在树这种数据结构中，所有数据元素之间的关系具有明显的层次特性。在树结构中，每一个结点只有

14、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、二叉树及其基本性质（1）什么是二叉树二叉树是一种很有用的非线性结构，它具有以下两个特点：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。*：根据二叉树的概念可知，二叉树的度可以为0（叶结点）、1（只有一棵子树）或2（有2棵子树）。（2）二叉树的基本性质性质1 在二叉树的第k层上，最多有 个结

15、点。性质2 深度为m的二叉树最多有个 个结点。性质3 在任意一棵二叉树中，度数为0的结点（即叶子结点）总比度为2的结点多一个。性质4 具有n个结点的二叉树，其深度至少为 ，其中 表示取 的整数部分。3、满二叉树与完全二叉树满二叉树：除最后一层外，每一层上的所有结点都有两个子结点。完全二叉树：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。*：根据完全二叉树的定义可得出：度为1的结点的个数为0或1。完全二叉树还具有如下两个特性：性质5 具有n个结点的完全二叉树深度为 。性质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

16、点进行编号，则对于编号为k（k=1，2，n）的结点有以下结论：若k=1，则该结点为根结点，它没有父结点；若k1，则该结点的父结点的编号为INT(k/2)。若2kn，则编号为k的左子结点编号为2k；否则该结点无左子结点（显然也没有右子结点）。若2k+1n，则编号为k的右子结点编号为2k+1；否则该结点无右子结点。4、二叉树的存储结构在计算机中，二叉树通常采用链式存储结构。与线性链表类似，用于存储二叉树中各元素的存储结点也由两部分组成：数据域和指针域。但在二叉树中，由于每一个元素可以有两个后件（即两个子结点），因此，用于存储二叉树的存储结点的指针域有两个：一个用于指向该结点的左子结点的存储地址，称

17、为左指针域；另一个用于指向该结点的右子结点的存储地址，称为右指针域。*：一般二叉树通常采用链式存储结构，对于满二叉树与完全二叉树来说，可以按层序进行顺序存储。5、二叉树的遍历二叉树的遍历是指不重复地访问二叉树中的所有结点。二叉树的遍历可以分为以下三种：（1）前序遍历（DLR）：若二叉树为空，则结束返回。否则：首先访问根结点，然后遍历左子树，最后遍历右子树；并且，在遍历左右子树时，仍然先访问根结点，然后遍历左子树，最后遍历右子树。（2）中序遍历（LDR）：若二叉树为空，则结束返回。否则：首先遍历左子树，然后访问根结点，最后遍历右子树；并且，在遍历左、右子树时，仍然先遍历左子树，然后访问根结点，最

18、后遍历右子树。（3）后序遍历（LRD）：若二叉树为空，则结束返回。否则：首先遍历左子树，然后遍历右子树，最后访问根结点，并且，在遍历左、右子树时，仍然先遍历左子树，然后遍历右子树，最后访问根结点。1.7 查找技术查找：根据给定的某个值，在查找表中确定一个其关键字等于给定值的数据元素。查找结果：（查找成功：找到；查找不成功：没找到。）平均查找长度：查找过程中关键字和给定值比较的平均次数。1、顺序查找基本思想：从表中的第一个元素开始，将给定的值与表中逐个元素的关键字进行比较，直到两者相符，查到所要找的元素为止。否则就是表中没有要找的元素，查找不成功。在平均情况下，利用顺序查找法在线性表中查找一个元

19、素，大约要与线性表中一半的元素进行比较，最坏情况下需要比较n次。顺序查找一个具有n个元素的线性表，其平均复杂度为O（n）。下列两种情况下只能采用顺序查找：1）如果线性表是无序表（即表中的元素是无序的），则不管是顺序存储结构还是链式存储结构，都只能用顺序查找。2）即使是有序线性表，如果采用链式存储结构，也只能用顺序查找。2、二分法查找思想：先确定待查找记录所在的范围，然后逐步缩小范围，直到找到或确认找不到该记录为止。前提：必须在具有顺序存储结构的有序表中进行。查找过程：1）若中间项（中间项mid=(n-1)/2，mid的值四舍五入取整）的值等于x，则说明已查到；2）若x小于中间项的值，则在线性表

20、的前半部分查找；3）若x大于中间项的值，则在线性表的后半部分查找。特点：比顺序查找方法效率高。最坏的情况下，需要比较log2n次。*：二分法查找只适用于顺序存储的线性表，且表中元素必须按关键字有序（升序）排列。对于无序线性表和线性表的链式存储结构只能用顺序查找。在长度为n的有序线性表中进行二分法查找，其时间复杂度为O（log2n）。1.8 排序技术排序是指将一个无序序列整理成按值非递减顺序排列的有序序列，即是将无序的记录序列调整为有序记录序列的一种操作。1、交换类排序法（方法：冒泡排序，快速排序）。2、插入类排序法（方法：简单插入排序，希尔排序）。3、选择类排序法（方法：简单选择排序，堆排序）

21、。总结：各种排序法比较：本章应考点拨：本章内容在笔试中会出现5-6个题目，是公共基础知识部分出题量比较多的一章，所占分值也比较大，约10分。习题：1、算法的时间复杂度是指（ C ）A）执执算法程序所需要的时间 B）算法程序的长度C）算法执行过程中所需要的基本运算次数D）算法程序中的指令条数2、下列说法正确的是（ B ）A）数据是数据元素的基本单位 B）数据可由若干个数据元素构成C）数据元素是数据项中不可分割的最小标识单位 D）数据项可由若干个数据元素构成3、下列叙述中，错误的是（ D ）A）数据的逻辑结构是各数据元素之间的逻辑关系 B）算法和程序不同C）数据的存储结构也称为数据的物理结构 D）

22、数据项是数据的基本单位4、下列叙述中，错误的是（ B ）A）数据的存储结构与数据处理的效率密切相关 B）数据的存储结构与数据处理的效率无关C）数据的存储结构在计算机中所占的空间不一定是连续的D）一种数据的逻辑结构可以有多种存储结构5、下列叙述中，正确的是（ A ）A）线性表是线性结构 B）栈与队列是非线性结构C）线性链表是非线性结构 D）二叉树是线性结构6、线性表采用链式存储时，其地址是（ D ）A）必须是连线的 B）部分地址必须是连续的C）一定是不连续的 D）连续与否都可以7、下列关于栈的叙述中正确的是（ D ）A）在栈中只能插入数据 B）在栈中只能删除数据C）栈是先进先出的线性表 D）栈是

23、先进后出的线性表8、下列数据结构具有记忆功能的是（ C ）A）队列 B）特循环队列C）栈D）顺序表10、在下列数据结构中，不是线性结构的是（ D ）A）线性链表 B）带链的栈 C）带链的队列 D）二叉树链表11、假设某线性表采用顺序存储结构，每个元素占用4个存储单元，第1个元素的存储地址为100，则第12个元素的存储地址是（ D ）A）112 B）412 C）148 D）14412、设一棵二叉树中有3个叶子结点，有8个度为1的结点，则该二叉树中总的结点数为（ B ）A）12 B）13 C）14 D）1513、设有n个结点的完全二叉树，若按自上而下、从左到右依次给结点编号，当编号i为奇数且不等于

24、1时，结点i的兄弟结点是（ D ），否则结点i没有左兄弟。A）2i B）2i-1 C）i+1 D）i-114、从未排序序列中选择一个元素，该元素将未排序序列分成前后两个部分，前一部分中所有元素都小于等于所选元素，后一部分中所有元素都大于等于所选元素，而所选元素处在排序的最终位置。这种排序方法是（ B ）A）冒泡排序 B）快速排序 C）插入排序 D）堆排序15、算法分析的目的是（ D ）A）研究算法的输入与输出之间的关系 B）找出数据结构的合理性C）分析算法的可读性与可移植性 D）分析算法的效率以求改进算法16、算法的空间复杂度是指（ D ）A）算法程序的长度B算法程序中的指令条数C算法程序所占

25、的存储空间D算法执行过程中所需要的存储空间17、数据结构的基本任务是（ D ）A）逻辑结构和存储结构的设计 B）数据结构的运算实现C）数据结构的评价与选择D）数据结构的设计与实现18、数据的存储结构是指（ B ）A）数据所占的存储空间 B）数据的逻辑结构在计算机中的表示C）数据在计算机中的顺序存储方式 D）存储在外存中的数据19、下列叙述中，正确的是（ A ）A）数据的逻辑结构是各数据元素之间的逻辑关系 B）数据的逻辑结构反映了数据在计算机中的存储方式C）数据的逻辑结构可分为顺序结构和链式结构D）数据的逻辑结构可分为静态结构和动态结构20、在长度为n的线性表A1：n的第i个位置插入一个元素，需

26、要向后移动的元素个数是（ B ）A）n-1 B）n-i+1 C）n-i-1 D）i21、下列叙述中，正确的是（ D ）A）线性链表中的各元素在存储空间中的位置必须是连续的B）线性链表中的表头元素一定存储在其他元素的前面C）线性链表中的各元素在存储空间中的位置不一定是连续的，但表头元素一定存储在其他元素的前面D）线性链表中的各元素在存储空间中的位置不一定是连续的，且各元素的存储顺序也是任意的22、下列关于栈的叙述正确的是（ D ）A）栈是非线性结构B）栈是一种树状结构C）栈具有先进先出的特征D）栈具有后进先出的特征23、栈和队列的基本操作是（ D ）A）插入（对栈称为进栈；对队列称为进队） B）

27、删除（对栈称为出栈；对队列称为出队）C）判断栈或队列是否为空，或者是否为满 D）以上都是24、下列关于队列的叙述中正确的是（ C ）A）在队列中只能插入数据B）在队列中只能删除数据C）队列是先进先出的线性表D队列是先进后出的线性表25、树形结构最适合用来描述（ C ）A）有序的数据元素B）无序的数据元素C数据元素之间的具有层次关系的数据D数据元素之间没有关系的数据26、在最坏情况下，下列排序方法中时间复杂度最小的是（ A ）A）冒泡排序 B）快速排序 C）插入排序 D）堆排序27、在深度为5的完全二叉树中，度为2的结点数据最多为_15_第二章 程序设计基础2.1 程序设计风格程序设计的风格主要

28、强调：“清晰第一，效率第二”。主要应注重和考虑下述一些因素：（1）源程序文档化。1）符号名的命名。符号名能反映它所代表的实际东西，应有一定的实际含义。2）程序的注释。分为序言性注释和功能性注释。序言性注释：位于程序开头部分，包括程序标题、程序功能说明、主要算法、接口说明、程序位置、开发简历、程序设计者、复审者、复审日期及修改日期等。功能性注释：嵌在源程序体之中，用于描述其后的语句或程序的主要功能。3）视觉组织。利用空格、空行、缩进等技巧使程序层次清晰。（2）数据说明。1）数据说明的次序规范化；2）说明语句中变量安排有序化；3）使用注释来说明复杂数据的结构。（3）语句的结构。1）在一行内只写一条

29、语句；2）程序编写应优先考虑清晰性；3）程序编写要做到清晰第一，效率第二；4）在保证程序正确的基础上再要求提高效率；5）避免使用临时变量而使程序的可读性下降；6）避免不必要的转移；7）尽量使用库函数；8）避免采用复杂的条件语句；9）尽量减少使用“否定”条件语句；10）数据结构要有利于程序的简化；11）要模块化，使模块功能尽可能单一化；12）利用信息隐蔽，确保每一个模块的独立性；13）从数据出发去构造程序；14）不要修补不好的程序，要重新编写。（4）输入和输出。1）对输入数据检验数据的合法性；2）检查输入项的各种重要组合的合法性；3）输入格式要简单，使得输入的步骤和操作尽可能简单；4）输入数据时

30、，应允许使用自由格式；5）应允许缺省值；6）输入一批数据时，最好使用输入结束标志；7）在以交互式输入/输出方式进行输入时，要在屏幕上使用提示符明确提示输入的请求，同时在数据输入过程中和输入结束时，应在屏幕上给出状态信息；8）当程序设计语言对输入格式有严格要求时，应保持输入格式与输入语句的一致性；给所有的输出加注释，并设计输出报表格式。2.2 结构化程序设计（面向过程的程序设计方法）1、结构化程序设计方法的主要原则可以概括为：自顶向下，逐步求精，模块化，限制使用goto语句。（1）自顶向下。程序设计时，应先考虑总体，后考虑细节；先考虑全局目标，后考虑局部目标。不要一开始就过多追求众多的细节，先从

31、最上层总目标开始设计，逐步使问题具体化。（2）逐步求精。对复杂问题，应设计一些子目标作过渡，逐步细化。（3）模块化。一个复杂问题，肯定是由若干稍简单的问题构成。模块化是把程序要解决的总目标分解为分目标，再进一步分解为具体的小目标，把每个小目标称为一个模块。（4）限制使用goto语句。2、结构化程序的基本结构：顺序结构，选择结构，重复结构。1）顺序结构。一种简单的程序设计，即按照程序语句行的自然顺序，一条语句一条语句地执行程序，它是最基本、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）重复结构。又称循环结构，可根据给定的条件，判断是否需要重复执行某一相同的或类似的程序段。仅仅使用顺序、选择和循环三种基本控制结构就足以表达各种其他形式结构，从而实现任何单入口/单出口的程序。2.3 面向对象的程序设计客观世界中任何一个事物都可以被看成是一个对象，面向对象方法的本质就是主张从客观世界固有的事物出发来构造系统，提倡人们在现实生活中常用的思维