《数据结构二版》课件

《数据结构二版》PPT课件引言数据结构基础线性数据结构非线性数据结构排序与查找数据结构的应用引言01课程简介课程名称适用对象主要内容计算机科学与技术、软件工程等专业本科生数据结构的基本概念、原理和应用《数据结构二版》数据结构是计算机科学的核心基础，是解决实际问题的关键工具数据结构直接影响程序的效率、可读性和可维护性数据结构是软件开发、系统设计和算法分析的重要支撑数据结构的重要性学习目标01掌握数据结构的基本概念、原理和应用02理解数据结构在解决实际问题中的作用和价值能够运用数据结构解决实际问题，提高编程能力和算法分析能力03数据结构基础02数据结构是数据之间的相互关系的集合，它包括数据的表示和数据之间的关系。数据结构定义根据不同的分类标准，数据结构可以分为线性结构、树形结构、图形结构等。数据结构的分类数据结构的特性包括数据的插入、删除、查找等操作的时间复杂度，以及数据的存储方式等。数据结构的特性数据结构定义03常见的数据类型常见的数据类型包括整型、实型、字符型等。01数据类型的概念数据类型是指一组性质相同的值的集合以及定义在这个值集上的一组操作的总称。02抽象数据类型的概念抽象数据类型是指一个数学模型以及定义在该模型上的一组操作。数据类型与抽象数据类型算法描述的概念算法描述是指使用某种程序设计语言来具体实现算法的过程。算法度量的概念算法度量是指对算法的性能进行评估和比较的过程，主要包括时间复杂度和空间复杂度。常见算法度量常见算法度量包括时间复杂度、空间复杂度、正确性、可读性等。算法描述与度量线性数据结构03一种线性数据结构，由相同类型的元素按顺序排列组成。数组二维数组，广泛应用于数学、物理和工程领域。矩阵数组与矩阵由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。节点包含指向前一个和后一个节点的指针，常用于需要频繁插入和删除的场景。链表双向链表单向链表栈遵循后进先出（LIFO）原则的数据结构，新元素总是添加到栈顶。队列遵循先进先出（FIFO）原则的数据结构，新元素总是添加到队列尾部，访问时从队列头部开始。栈与队列非线性数据结构04树是一种非线性数据结构，由节点和边组成，其中节点表示数据元素，边表示节点之间的关系。树的概念树的分类树的遍历根据节点的度数，树可以分为二叉树、三叉树、多叉树等。树的遍历是指按照某种规律访问树中的节点，常见的遍历方式有前序遍历、中序遍历和后序遍历。030201树图的概念图是由节点和边组成的集合，其中节点表示对象，边表示对象之间的关系。图的表示图可以用邻接矩阵和邻接表来表示。邻接矩阵表示法适用于表示稀疏图，而邻接表表示法适用于表示稠密图。图的遍历图的遍历是指按照某种规律访问图中的节点和边，常见的遍历方式有深度优先遍历和广度优先遍历。图论基础最小生成树问题图论中的Prim算法和Kruskal算法可以用来解决最小生成树问题。图的着色问题图的着色问题是一个经典的NP完全问题，可以使用贪心算法或回溯算法来解决。最短路径问题图论中的Dijkstra算法和Floyd-Warshall算法可以用来解决最短路径问题。图的应用排序与查找05冒泡排序通过重复地遍历待排序序列，比较相邻元素的大小，交换位置，直到没有需要交换的元素为止。选择排序在未排序序列中找到最小（或最大）元素，存放到排序序列的起始位置，然后再从剩余未排序元素中继续寻找最小（或最大）元素，然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。插入排序将待排序元素插入到已排序序列中的适当位置，使得插入后仍然保持有序。重复此过程，直到所有元素均插入到已排序序列中。排序算法从序列的第一个元素开始，逐个比较，直到找到目标元素或遍历完整个序列。线性查找在已排序的序列中，通过将待查找元素与中间元素比较，缩小查找范围，直到找到目标元素或查找范围为空。二分查找利用哈希函数将待查找元素映射到哈希表中，通过直接访问对应的位置来查找目标元素。哈希查找010203查找算法哈希表哈希函数冲突处理散列技术利用哈希函数将待查找元素映射到数组中，通过直接访问数组元素来查找目标元素。将待查找元素映射到数组下标的函数。理想的哈希函数能够将待查找元素均匀地映射到数组中，以减小冲突的可能性。当两个不同的元素被哈希函数映射到同一个数组位置时，需要进行冲突处理。常见的冲突处理方法有链地址法和开放地址法。数据结构的应用06数据压缩数据结构中的哈希表、树、图等结构可以用于设计高效的压缩算法，如字典编码、LZ77、LZ78等。这些算法能够将数据压缩成更小的空间，提高存储效率。文件存储数据结构中的链表、队列、堆栈等结构可以用于设计文件存储系统，如FAT、NTFS等文件系统。这些系统能够将文件数据按照一定的逻辑结构存储在磁盘上，便于高效读取和管理。数据压缩与文件存储数据库系统原理数据模型数据库系统中的数据模型通常采用关系模型或面向对象模型，这些模型需要用到数据结构中的表、树、图等结构来存储和管理数据。查询优化数据库系统中的查询优化器可以利用数据结构中的图算法、动态规划等算法来优化查询语句的执行计划，提高查询效率。123操作系统的进程管理、内存管理、文件管理等模块需要用到数据结构中的链表、队列、哈希表等结构来管理系统的资源。操作系统网络协议中的TCP