《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二版》課件

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二版》PPT課件目錄CONTENTS引言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用01引言CHAPTER課程簡介課程名稱適用對象主要內(nèi)容計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)本科生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、原理和應(yīng)用《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二版》數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定了程序設(shè)計的效率，是軟件工程和算法優(yōu)化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機科學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，如數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機科學(xué)的核心基礎(chǔ)，是解決實際問題的關(guān)鍵工具數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性學(xué)習(xí)目標(biāo)01掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、原理和應(yīng)用02學(xué)會使用常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實際問題培養(yǎng)良好的邏輯思維和問題解決能力，為后續(xù)課程和職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)0302數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)CHAPTER包括整型、浮點型、字符型等，是編程語言中最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)表示?；緮?shù)據(jù)類型包括數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合等，是由基本數(shù)據(jù)類型組合而成的復(fù)合數(shù)據(jù)類型。派生數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型抽象數(shù)據(jù)類型是一個數(shù)學(xué)模型以及定義在該模型上的一組操作。隱藏了數(shù)據(jù)的物理表示，只顯示數(shù)據(jù)操作，通過操作來定義和操作數(shù)據(jù)元素。抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）特點定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)元素之間存在的關(guān)系的集合。定義包括線性表、棧、隊列等，表示元素之間一對一的關(guān)系。線性結(jié)構(gòu)如樹、圖等，表示元素之間一對多或多對多的關(guān)系。非線性結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系；物理結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)的物理存儲方式。邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義與分類03線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)CHAPTER123線性表是數(shù)據(jù)元素之間存在一對一關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個元素最多只有一個前驅(qū)和后繼。線性表的主要操作包括插入、刪除和查找。線性表可以分為順序存儲和鏈?zhǔn)酱鎯煞N方式，順序存儲的線性表稱為順序表，鏈?zhǔn)酱鎯Φ木€性表稱為鏈表。線性表棧01棧是一種特殊的線性表，其特點是遵循后進(jìn)先出（LIFO）的原則。02棧的主要操作包括入棧、出棧和查看棧頂元素。03棧的常見應(yīng)用包括括號匹配、表達(dá)式計算和函數(shù)調(diào)用等。隊列是一種特殊的線性表，其特點是遵循先進(jìn)先出（FIFO）的原則。隊列的主要操作包括入隊、出隊和查看隊首元素。隊列的常見應(yīng)用包括打印隊列、任務(wù)調(diào)度和緩存系統(tǒng)等。隊列04非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)CHAPTER樹是一種非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由節(jié)點和邊組成，其中節(jié)點表示數(shù)據(jù)元素，邊表示節(jié)點之間的關(guān)系。定義分類操作應(yīng)用根據(jù)節(jié)點的度數(shù)，樹可以分為二叉樹、三叉樹、多叉樹等。常見的樹操作包括插入、刪除、查找等。樹在計算機科學(xué)中廣泛應(yīng)用，如文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫索引、決策樹等。樹圖是由節(jié)點和邊組成的集合，節(jié)點和邊可以用來表示對象和對象之間的關(guān)系。定義根據(jù)邊的性質(zhì)，圖可以分為有向圖和無向圖。有向圖的邊有方向，無向圖的邊沒有方向。分類常見的圖操作包括遍歷、搜索、最小生成樹等。操作圖在計算機科學(xué)中廣泛應(yīng)用，如社交網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)、路由算法等。應(yīng)用圖定義哈希表是一種通過哈希函數(shù)將鍵映射到桶中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于快速查找、插入和刪除數(shù)據(jù)元素。特性哈希表具有平均時間復(fù)雜度為O(1)的插入、刪除和查找操作。應(yīng)用哈希表在計算機科學(xué)中廣泛應(yīng)用，如緩存系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫索引、哈希表算法等。哈希表05數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作CHAPTER輸入標(biāo)題02010403插入操作插入操作是指將一個元素插入到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的某個位置。插入操作的時間復(fù)雜度取決于具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和插入位置，一般在$O(1)$到$O(n)$之間。對于樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如二叉搜索樹和平衡二叉樹，插入操作需要找到合適的插入位置，并將父節(jié)點相應(yīng)地更新。對于線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如數(shù)組和鏈表，插入操作需要確定插入位置，并將插入位置及其后面的元素向后移動一位，最后將新元素插入到指定位置。刪除操作01刪除操作是指從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中移除某個元素。02對于線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如數(shù)組和鏈表，刪除操作需要確定要刪除的元素位置，并將該位置的元素向前移動一位，最后將最后一個元素覆蓋掉。03對于樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如二叉搜索樹和平衡二叉樹，刪除操作需要找到要刪除的節(jié)點，并根據(jù)具體情況將其父節(jié)點或子節(jié)點更新。04刪除操作的時間復(fù)雜度也取決于具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和刪除位置，一般在$O(1)$到$O(n)$之間。查找操作是指在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中查找某個元素的位置或是否存在。對于樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如二叉搜索樹和平衡二叉樹，查找操作可以在$O(logn)$時間內(nèi)完成，因為樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有較好的有序性。查找操作的時間復(fù)雜度取決于具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和查找算法，一般在$O(1)$到$O(n)$之間。對于線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如數(shù)組和鏈表，查找操作需要遍歷整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比較每個元素與目標(biāo)值是否相等，直到找到目標(biāo)值或遍歷完整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。查找操作06數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法分析CHAPTER計算方法通常采用大O表示法，將算法的最差、平均和最好情況下的時間復(fù)雜度進(jìn)行總結(jié)和比較。影響因素算法的時間復(fù)雜度主要受循環(huán)、遞歸、排序和查找等基本操作的影響。概念定義時間復(fù)雜度是衡量算法運行時間的重要指標(biāo)，通過比較不同規(guī)模輸入時算法的執(zhí)行時間來評估算法的效率。時間復(fù)雜度計算方法同樣采用大O表示法，表示算法在最差、平均和最好情況下的空間復(fù)雜度。影響因素空間復(fù)雜度主要受數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇、遞歸深度和算法設(shè)計等因素的影響。概念定義空間復(fù)雜度是衡量算法所需存儲空間大小的指標(biāo)，包括算法運行過程中所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和臨時變量等?？臻g復(fù)雜度算法優(yōu)化針對時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的優(yōu)化，可以采用各種策略和技術(shù)，如減少循環(huán)次數(shù)、優(yōu)化排序算法、使用更有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。算法選擇根據(jù)實際需求和場景，選擇適合的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的算法，以達(dá)到最優(yōu)的性能和效果。案例分析通過實際案例分析，展示如何對算法進(jìn)行優(yōu)化和選擇，提高程序的執(zhí)行效率和存儲空間的利用率。算法優(yōu)化與選擇07數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用CHAPTER03歸并排序?qū)?shù)組不斷劃分為更小的子數(shù)組，直到每個子數(shù)組只包含一個元素，然后將子數(shù)組合并成一個有序數(shù)組。01冒泡排序通過相鄰元素之間的比較和交換，將最大值移到數(shù)組末尾，重復(fù)此過程，直到整個數(shù)組有序。02快速排序采用分治策略，選取一個基準(zhǔn)元素，重新排列數(shù)組，使得基準(zhǔn)元素左側(cè)都比它小，右側(cè)都比它大。排序算法搜索算法從數(shù)組的第一個元素開始，逐個比較，直到找到目標(biāo)元素或搜索完整個數(shù)組。二分搜索在已排序的數(shù)組中，每次比較中間元素與目標(biāo)元素，根據(jù)比較結(jié)果縮小搜索范圍，直到找到目標(biāo)元素或搜索范圍為空。哈希搜索利用哈希函數(shù)將元素的關(guān)鍵字轉(zhuǎn)換為數(shù)組下標(biāo)，直接訪問該下標(biāo)對應(yīng)的元素。線性搜索用于求解圖中兩個節(jié)點之間的最短路徑，如Dijkstra算法