《矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課件

《矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程目標(biāo)理解矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)掌握矢量的基本概念，屬性和操作。掌握矢量的應(yīng)用了解矢量在實際編程中的應(yīng)用場景，以及如何使用矢量解決問題。掌握矢量的算法學(xué)習(xí)矢量相關(guān)的常用算法，如排序、查找、遍歷等。矢量概述矢量是一種動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，類似于動態(tài)數(shù)組，可根據(jù)需要動態(tài)調(diào)整大小。它是一種順序容器，支持隨機(jī)訪問，元素存儲在連續(xù)的內(nèi)存位置。矢量通常用于存儲同類數(shù)據(jù)的集合，并提供高效的元素訪問、插入、刪除等操作。矢量的核心概念是“動態(tài)擴(kuò)展”，即在需要時自動擴(kuò)展容量，以容納更多元素。這種動態(tài)特性使矢量能夠靈活地處理不同數(shù)量的數(shù)據(jù)，而無需事先預(yù)知確切的存儲空間大小。矢量基本屬性容量表示矢量可以存儲的元素數(shù)量。大小表示矢量中當(dāng)前存儲的元素數(shù)量。元素類型表示矢量存儲的元素類型，例如整數(shù)、浮點數(shù)或字符串。矢量的聲明與初始化1聲明指定矢量類型和名稱2初始化創(chuàng)建矢量對象并分配內(nèi)存3賦值將值賦給矢量元素矢量元素的訪問1下標(biāo)訪問使用下標(biāo)運算符`[]`訪問矢量元素，類似數(shù)組訪問。例如，`vector[index]`。2迭代器訪問使用迭代器遍歷矢量元素，可通過`begin()`和`end()`獲取迭代器。3at()方法使用`at()`方法訪問指定索引的元素，并進(jìn)行邊界檢查，防止越界訪問。矢量元素的插入與刪除插入使用`push_back()`方法可以將元素添加到矢量的末尾.刪除使用`pop_back()`方法可以刪除矢量末尾的元素.插入指定位置使用`insert()`方法可以將元素插入到矢量的指定位置.刪除指定位置使用`erase()`方法可以刪除矢量的指定位置的元素.矢量容量的擴(kuò)展1動態(tài)分配矢量容量不足時，自動申請新的內(nèi)存空間。2內(nèi)存拷貝將原有數(shù)據(jù)復(fù)制到新的內(nèi)存地址。3釋放舊內(nèi)存釋放不再使用的舊內(nèi)存區(qū)域。矢量的遍歷循環(huán)遍歷使用循環(huán)語句（如for循環(huán)或while循環(huán)）遍歷矢量的所有元素，依次訪問每個元素。迭代器使用迭代器來訪問矢量中的元素，迭代器提供了一種更便捷的遍歷方式。范圍遍歷C++11引入了范圍遍歷功能，使用自動推斷的變量來遍歷矢量的所有元素。常用的矢量操作添加元素使用push()方法在矢量末尾添加新元素。刪除元素使用pop()方法刪除矢量末尾的元素，或使用erase()方法刪除特定位置的元素。訪問元素使用下標(biāo)運算符[]或at()方法訪問矢量中的元素。排序使用sort()方法對矢量中的元素進(jìn)行排序。矢量與指針的關(guān)系矢量使用指針來管理內(nèi)存，提高效率。指針指向內(nèi)存地址，方便訪問和修改元素。指針鏈接元素，形成連續(xù)的內(nèi)存空間。矢量的內(nèi)存管理1動態(tài)分配矢量使用動態(tài)內(nèi)存分配，根據(jù)需要自動擴(kuò)展其容量，避免了預(yù)先分配固定大小內(nèi)存帶來的浪費。2自動釋放矢量在超出作用域時會自動釋放其占用的內(nèi)存空間，避免內(nèi)存泄漏。3內(nèi)存碎片頻繁插入和刪除元素會導(dǎo)致內(nèi)存碎片化，降低內(nèi)存使用效率。可以通過內(nèi)存壓縮或重新分配來解決。矢量的異常處理越界訪問當(dāng)訪問矢量中不存在的元素時，會拋出異常。內(nèi)存分配失敗當(dāng)矢量需要擴(kuò)展容量時，如果內(nèi)存分配失敗，會拋出異常。迭代器失效當(dāng)矢量元素被插入或刪除時，迭代器可能會失效，導(dǎo)致程序崩潰。矢量的拷貝與賦值1淺拷貝僅復(fù)制矢量的地址，共享同一塊內(nèi)存空間。2深拷貝復(fù)制矢量內(nèi)容到新的內(nèi)存空間，獨立存在。3賦值操作使用賦值運算符(=)將一個矢量的內(nèi)容復(fù)制到另一個矢量中。矢量的比較操作相等比較判斷兩個矢量是否完全相同。大小比較比較兩個矢量的大小關(guān)系。矢量的排序算法1冒泡排序逐個比較相鄰元素，交換位置。2插入排序?qū)⒃夭迦胍雅判虻牟糠帧?選擇排序每次選擇最小元素，并將其放置到正確位置。4歸并排序?qū)⑿蛄羞f歸地分成兩半，然后合并排序。5快速排序選擇一個基準(zhǔn)元素，將序列劃分為兩部分，并遞歸排序。矢量的查找算法1線性查找逐個比較2二分查找有序數(shù)組3哈希查找散列函數(shù)矢量的應(yīng)用案例1使用矢量存儲地圖數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)能夠精確地表示地理要素的形狀、位置和屬性。例如，道路、河流和建筑物可以存儲為矢量數(shù)據(jù)，以便在地圖應(yīng)用程序中進(jìn)行渲染和分析。矢量的應(yīng)用案例2矢量在游戲開發(fā)中扮演著重要的角色。例如，在角色動畫和場景建模中，矢量可以用于創(chuàng)建平滑的運動軌跡和精確的幾何形狀。矢量還可以用于存儲和管理游戲中的各種數(shù)據(jù)，例如角色屬性、游戲地圖等。矢量的應(yīng)用案例3矢量在游戲開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。例如，在角色動畫、游戲地圖和場景設(shè)計中，矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有效地存儲和管理大量點、線和面的信息，從而實現(xiàn)流暢的圖形渲染和動態(tài)效果。矢量的優(yōu)缺點分析優(yōu)點隨機(jī)訪問動態(tài)擴(kuò)展內(nèi)存連續(xù)易于操作缺點插入刪除慢內(nèi)存占用大矢量與其他容器的比較1數(shù)組矢量和數(shù)組都用于存儲固定大小的元素，但矢量提供了動態(tài)大小調(diào)整的功能，更靈活。2鏈表矢量提供快速隨機(jī)訪問元素，而鏈表擅長在中間插入或刪除元素。選擇取決于訪問模式。3集合集合不存儲重復(fù)元素，并提供了高效的搜索和去重功能，與矢量側(cè)重于順序訪問不同。矢量的未來發(fā)展趨勢性能優(yōu)化不斷提升矢量的內(nèi)存效率和運行速度，以適應(yīng)日益復(fù)雜的應(yīng)用場景。多線程支持利用多核處理器優(yōu)勢，提升矢量操作的并行處理能力，提高程序執(zhí)行效率。與其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)合探索與其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的協(xié)同，如樹、圖等，以構(gòu)建更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)模型。課程小結(jié)回顧要點我們已經(jīng)詳細(xì)學(xué)習(xí)了矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義、屬性、操作和應(yīng)用。矢量是C++中的一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以有效地存儲和管理大量數(shù)據(jù)。展望未來矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在軟件開發(fā)中扮演著重要的角色，在未來，它將與其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法相結(jié)合，應(yīng)用于更復(fù)雜的軟件系統(tǒng)。思考與練習(xí)本節(jié)課學(xué)習(xí)了矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念和應(yīng)用，請同學(xué)們思考以下問題：矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和劣勢是什么？在實際應(yīng)用中，如何選擇合適的容器類型？嘗試用矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)一些簡單的算法，例如排序算法或查找算法。知識點回顧矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義、基本屬性、聲明與初始化、元素訪問、插入與刪除。容量與內(nèi)存管理容量擴(kuò)展、內(nèi)存分配、異常處理。算法與操作排序