计算机二级公共基础知识

Word第第页计算机二级公共基础知识第一章数据结构与算法

1.1算法

算法：是指解题方案的准x而完好的描述。

算法不等于程序，也不等计算机方法，程序的编制不行能优于算法的设计。

算法的基本特征：是一组严谨地定义运算挨次的规章，每一个规章都是有效的，是明确的，此挨次将在有限的次数下终止。

特征包括：

(1)可行性;

(2)确定性，算法中每一步骤都必需有明确定义，不允许有模棱两可的解释，不允许有多义性;

(3)有穷性，算法必需能在有限的时间内做完，即能在执行有限个步骤后终止，包括合理的执行时间的含义;

(4)拥有足够的情报。

算法的基本要素：一是对数据对象的运算和操作;二是算法的掌握结构。

基本运算和操作包括：算术运算、规律运算、关系运算、数据传输。

算法的掌握结构：挨次结构、选择结构、循环结构。

算法基本设计方法：列举法、归纳法、递推、递归、减半递推技术、回溯法。

算法冗杂度：算法时间冗杂度和算法空间冗杂度。

算法时间冗杂度是指执行算法所需要的计算工作量。

一般来说，算法的工作量用其执行的基本运算次数来度量，而算法执行的基本运算次数是问题规模的函数。在同一个问题规模下，用平均性态和最坏状况冗杂性来分析。一般状况下，用最坏状况冗杂性来分析算法的时间冗杂度。

算法空间冗杂度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

数据结构讨论的三个方面：

(1)数据集合中各数据元素之间所固有的规律关系，即数据的规律结构;

(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。

数据结构是指互相有关联的数据元素的集合。

数据结构是反映数据元素之间关系的数据元素集合的表示。

数据的规律结构包含：

(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。(规律关系，与在计算机内的存储位置无关)

一个数据结构中的各数据元素在计算机存储空间中的位置关系与规律关系有可能不同。

数据的存储结构是数据的规律结构在计算机存储空间中的存放形式。

常用的存储结构有挨次、链接、索引等。

依据数据结构中各数据元素之间前后件关系的冗杂程度，一般将数据结构分为线性结构和非线性结构。

线性结构条件：

(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。

非线性结构：不满意线性结构条件的数据结构。

1.3线性表及其挨次存储结构

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。

如：一个N维向量、矩阵

在冗杂线性表中，由若干项数据元素组成的数据元素称为记录，而由多个记录构成的线性表又称为文件。

非空线性表的结构特征：

(1)有且只有一个根结点a1，它无前件;

(2)有且只有一个终端结点an，它无后件;

(3)除根结点与终端结点外，其他全部结点有且只有一个前件，也有且只有一个后件。结点个数n称为线性表的长度，当n=0时，称为空表。

线性表的挨次存储结构具有以下两个基本特点：

(1)线性表中全部元素的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规律挨次依次存放的。

ai的存储地址为：ADR(ai)=ADR(a1)+(i-1)k,，ADR(a1)为第一个元素的地址，k代表每个元素占的字节数。

挨次表的运算：插入、删除。

1.4栈和队列

1.栈是限定在一端进行插入与删除的线性表，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。

栈根据“先进后出”(FILO)或“后进先出”(LIFO)组织数据，栈具有记忆作用。用top表示栈顶位置，用bottom表示栈底。

2.栈的挨次存储

用一维数组S(1:m)作为栈的挨次存储空间，M为栈的最大容量。S(bottom)表示栈底元素，s(top)为栈顶元素，top=0表示栈空，top=m表示栈满。

3.栈的基本运算：

(1)插入元素称为入栈运算;(top=top+1;将新元素插入到栈顶指针指向的位置)上溢

(2)删除元素称为退栈运算;(将栈顶指针指向的元素赋给指定的变量，top=top-1)下溢

(3)读栈顶元素是将栈顶元素赋给一个指定的变量，此时指针无改变。

1.队列

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。Rear指针指向队尾，front指针指向队头。

队列是“先进先出”(FIFO)或“后进后出”(LILO)的线性表。

队列的挨次存储

与栈类似，用一维数组Q(1：m)作为队列的挨次存储空间

队列运算

(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：

在循环队列结构中，当存储空间的最终一个位置已被使用而要进行入队运算时，只要存储空间的第一个位置空闲，就可将元素加入到第一个位置，即将存储空间的第一个位置作为队尾。

从Front指针指向的后一个位置直到队尾指针rear指向的位置之间全部的元素均为队列中的元素。

循环队列的初始状态为空：rear=front=m

当循环队列满时，rear=Front

为区分队满还是队空，增加标志S。

s=0表示队列空，s=1且front=rear表示队列满

1.5线性链表

对于元素变动常见的大线性表不宜采纳挨次存储结构，而应采纳链式存储结构。

在链式存储结构中，数据结构中的每一个结点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。

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，各数据结点的存储挨次与数据元素之间的规律关系可以不全都，而数据元素之间的规律关系是由指针域来确定的。

链式存储方式既可用于表示线性结构，也可用于表示非线性结构。

线性链表，HEAD称为头指针，HEAD=NULL(或0)称为空表，假如是两指针：左指针(Llink)指向前件结点，右指针(Rlink)指向后件结点。

线性链表的基本运算：查找、插入、删除。

1.6树与二叉树

树是一种简洁的非线性结构，全部元素之间具有明显的层次特性。

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，全部结点中最大的度称为树的度。树的最大层次称为树的深度。

度为2的树称为二叉树。

二叉树的特点：

(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。

二叉树的基本性质：

(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2m-1个结点;

(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[log2n]表示取log2n的整数部分;

满二叉树是指除最终一层外，每一层上的全部结点有两个子结点，

满二叉树的性质：

第k层上有2k-1个结点，深度为m的满二叉树有2m-1个结点。

完全二叉树是指除最终一层外，每一层上的结点数均到达最大值，在最终一层上只缺少右边的若干结点。

由满二叉树与完全二叉树的特点可以看出，满二叉树也是完全二叉树，完全二叉树一般不是满二叉树。

完全二叉树的性质：

(1)具有n个结点的完全二叉树的深度为[log2n]+1;

(2)设完全二叉树共有n个结点。假如从根结点开头，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：

①若k=1，则该结点为根结点，它没有父结点;若k1，则该结点的父结点编号为INT(k/2);

②若2k≤n，则编号为k的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);

③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。

二叉树存储结构

采纳链式存储结构，对于满二叉树与完全二叉树可以按层序进行挨次存储。

二叉树的遍历：

(1)前序遍历(DLR)，首先访问根结点，然后遍历左子树，最终遍历右子树;

(2)中序遍历(LDR)，首先遍历左子树，然后访问根结点，最终遍历右子树;

(3)后序遍历(LRD)首先遍历左子树，然后访问遍历右子树，最终访问根结点。

例：设有如下的二叉树

其前序遍历(DLR)的结果为：ABDEHICFG

其中序遍历(LDR)的结果为：DBHEIAFCG

其后序遍历(LRD)的结果为：DHIEBFGCA

1.7查找技术

挨次查找的使用状况：

(1)线性表为无序表;(不管是挨次存储结构还是链式存储结构)

(2)表采纳链式存储结构。(即使是有序线性表)

二分法查找只适用于挨次存储的有序表，

对于长度为n的有序线性表，二分查找最坏状况只需比较log2n次，挨次查找需要比较n次。

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挨次排列的有序序列。

交换类排序法：

假设线性表的长度为n

(1)冒泡排序法

在最坏状况下，需要比较的次数为n(n-1)/2;

(2)快速排序法

在最坏状况下，需要比较的次数为n(n-1)/2

插入类排序法：

(1)简洁插入排序法，最坏状况需要n(n-1)/2次比较;

(2)希尔排序法，最坏状况需要O(n1.5)次比较。

选择类排序法：

(1)简洁选择排序法,最坏状况需要n(n-1)/2次比较;

(2)堆排序法，最坏状况需要O(nlog2n)次比较。

其次章程序设计基础

2.1程序设计设计方法和风格

如何形成良好的程序设计风格

1、源程序文档化;2、数据说明的方法;

3、语句的结构;4、输入和输出。

解释分序言性解释和功能性解释，语句结构清楚第一、效率其次。

2.2结构化程序设计

结构化程序设计方法的四条原则是：1.自顶向下;2.逐步求精;3.模块化;4.限制使用goto语句。

结构化程序的基本结构和特点：

(1)挨次结构：一种简洁的程序设计，最基本、最常用的结构;

(2)选择结构：又称分支结构，包括简洁选择和多分支选择结构，可依据条件，推断应当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，可依据给定条件，推断是否需要重复执行某一相同程序段。

2.3面对对象的程序设计

面对对象的程序设计：以60年月末挪威奥斯陆高校和挪威计算机中心研制的SIMULA语言为标志。

面对对象方法的优点：

(1)与人类习惯的思维方法全都;