串、数组和广义表结构特点和储存方法
数据结构各章概要
数据结构各章概要数据结构是计算机科学中非常重要的一个学科，其主要研究各种数据的组织方式和操作方法。
善于运用合适的数据结构可以提高算法的效率，并优化程序的性能。
本文将对数据结构的各个章节进行概要介绍，帮助读者了解不同章节的主要内容和应用。
第一章：引论在引论章节，我们将引入数据结构的基本概念和术语，例如什么是数据、数据项、数据对象等等。
同时，还将介绍数据结构的分类和基本操作，如搜索、遍历、插入、删除和排序。
这些基础知识是后续章节的基础。
第二章：线性表线性表是数据结构中最简单、最基本的一种结构。
其特点是数据元素之间的前驱和后继关系非常明确。
线性表可以用数组和链表两种方式实现。
在本章节中，我们将分别介绍顺序表和链表的实现原理、插入、删除、合并以及应用场景。
第三章：栈和队列栈和队列是两种特殊的线性表结构，它们对数据的访问具有限制性。
栈具有“先进后出”的特点，而队列则具有“先进先出”的特点。
在本章节中，我们将介绍栈和队列的实现方式以及常见的应用场景，如递归、表达式求值、广度优先搜索等。
第四章：串串是由零个或多个字符组成的有限序列，其长度可以为零。
在本章节中，我们将介绍串的定义和操作，包括字符串的模式匹配、模式识别和编辑操作。
串的相关算法在文本处理、计算机网络等领域具有广泛的应用。
第五章：数组和广义表数组是一种在内存中以连续方式存储的数据结构，它具有高效的随机访问特性。
广义表是线性表的一种扩展，可以包含表结构、原子结构以及其他广义表。
本章节将介绍数组和广义表的定义、操作和应用。
第六章：树树是一种非线性的数据结构，具有分层次、递归和层次遍历等特点。
在本章节中，我们将介绍树的基本概念、二叉树、树的遍历算法、平衡树以及树的应用，如编译器中的语法树、文件系统的目录结构等。
第七章：图图是一种复杂的非线性数据结构，由顶点集合和边集合组成。
在本章节中，我们将介绍图的各种表示方式，图的遍历算法、最短路径算法以及常用的图算法，如最小生成树算法和拓扑排序。
四种基本的存储结构
四种基本的存储结构在计算机科学中，有四种基本的存储结构，分别是：顺序存储结构、链式存储结构、索引存储结构和散列存储结构。
这四种存储结构在不同场景下都有各自的优势和适用性。
1. 顺序存储结构（Sequential Storage Structure）顺序存储结构是将数据元素按照其逻辑顺序依次存放在一块连续的存储空间中。
这种结构依赖于元素本身的物理顺序，使得数据的访问和处理更为高效。
数组就是一种典型的顺序存储结构，可以通过下标进行随机访问。
优点：存取速度快，适用于静态数据。
缺点：插入和删除操作需要移动大量元素，不适用于频繁的插入和删除操作。
2. 链式存储结构（Linked Storage Structure）链式存储结构是通过指针将数据元素连接起来，每个元素都包含一个指向下一个元素的指针。
这种结构可以在任意位置插入和删除元素，不需要移动其他元素。
链表就是一种典型的链式存储结构。
优点：插入和删除操作高效，适用于动态数据。
缺点：访问一些特定元素需要遍历整个链表，存储和访问效率相对较低。
3. 索引存储结构（Indexed Storage Structure）索引存储结构通过建立索引表来提供对数据元素的快速访问。
索引表包含了数据元素的关键字和对应的物理地址，用户可以通过关键字直接访问到相应的数据元素。
常见的索引存储结构包括有序索引、散列索引等。
优点：访问速度快，适用于查找频繁的场景。
缺点：需要额外的存储空间来维护索引表，使得存储空间开销增加。
4. 散列存储结构（Hash Storage Structure）散列存储结构通过哈希函数将关键字映射到存储位置，可以快速定位到数据元素。
散列表是在实际应用中广泛使用的散列存储结构。
优点：快速查找，存取速度均匀稳定。
缺点：对存储空间的利用率较低，冲突处理可能会引起性能问题。
以上四种基本的存储结构都有各自的优缺点，在不同的应用场景下可以选择适合的存储结构来优化数据的存储和访问效率。
第四章数组、矩阵、广义表
数组、矩阵、广义表数组的概念和逻辑结构模糊定义：它就是数据类型相同的元素按一定顺序排列的集合，可以看作是广义表的推广数组具有的三个特征：1.数据元素类型必须一致2.数组在内存中占用一段连续的存储空间，数组元素的逻辑顺序和物理顺序一致3.数组中的元素本身可以是具有某种结构的数据，如整型，字符型，自定义结构体类型多维数组可以被看做是一维数组，n维数组(n>=2)可以看做是一维数组，它的每个数组元素都是一个n-1维的数组二维数组中每一个数组元素最多可以有两个直接前驱和两个直接后继(边界元素除外)——>在n维数组中，每个数组元素最多可以有n个直接前驱和n个直接后继，所以多维数组是一种非线性结构清晰定义：数组是一个具有固定格式和数量的数据有序集，每个数据元素由唯一的数组下标标识，因此，在数组上不适合做插入、删除数据元素的操作数组中两个主要操作：取值操作：给定数组下标，读取其对应的数据元素；赋值操作：给定数组下标，存储或修改与其对应的数据元素；数组的基本操作(书上P75面)数组的物理结构(是数组在计算机中的存储表示):实质是讨论数组在内存中的映像。
通常，数组在内存中被映像为向量，即用向量作为数组的一种存储结构。
因为内存的地址空间是一维的，用一维的连续存储空间存放多维数组，就必须通过某种次序将数组中的元素排成一个线性序列，然后将这个线性序列顺序存放在计算机中。
当数组的行列固定后，通过一个映像函数，则可根据数组元素下表得到它的存储地址:1.对于一维数组按下标顺序分配地址即可ai=a0+(n-1)d2.对于二维数组分配地址时，需要把它的元素映像存储在一维存储器中，如(BASIC,Pascal,C等)采用以行为主(先行后列)的方式顺序存放，即一行分配结束之后，再分配下一行，物理地址:aij=a00+(i*n+j)d3.“以行为主序”的分配规律：最右边的下标先从小到大变化，循环一遍后，右边第二个下标再变，……，按照此规律从右往左，最后变化的是数组元素最左边的下标特殊矩阵需要原因:二维数组很适合来表示矩阵结构，可是某些特殊矩阵中含有许多重复或无效的数据，如三角矩阵，对称矩阵，对角矩阵，稀疏矩阵。
数据结构第五章 数组与广义表
压缩存储方法：只需要存储下三角 （含对角线）上的元素。可节省一 半空间。
可以使用一维数组Sa[n(n+1)/2]作为n阶对称矩阵A的存 储结构，且约定以行序为主序存储各个元素，则在Sa[k]和矩
阵元素aij之间存在一一对应关系： （下标变换公式）
i(i+1)/2 + j 当i≥j k = j(j+1)/2 + i 当i<j
q = cpot[col];
T.data[q].i = M.data[p].j; T.data[q].j = M.data[p].i; T.data[q].e = M.data[p].e; ++cpot[col]; }
分析算法FastTransposeSMatrix的时间 复杂度：
for (col=1; col<=M.nu; ++col) … … for (t=1; t<=M.tu; ++t) … … for (col=2; col<=M.nu; ++col) … … for (p=1; p<=M.tu; ++p) … …
//对当前行中每一个非零元
处
brow=M.data[p].j;
理
if (brow < N.nu ) t = N.rpos[brow+1];
M
else { t = N.tu+1 }
的
for (q=N.rpos[brow]; q< t; ++q) { ccol = N.data[q].j; // 乘积元素在Q中列号
一、三元组顺序表
对于稀疏矩阵，非零元可以用三元组表示， 整个稀疏矩阵可以表示为所有非零元的三元组所 构成的线性表。例如：
数组广义表
数组广义表数组广义表是一种数据结构，用于表示多层次的数据组织关系。
它可以看作是一种多叉树的扩展形式，其中每个节点可以有任意多个子节点。
数组广义表在计算机科学中具有重要的应用价值，特别是在数据库管理和树结构算法中。
一、数组广义表的定义和特点数组广义表由若干个元素组成，每个元素可以是一个原子元素，也可以是一个数组广义表。
这种嵌套的结构使得数组广义表可以表示复杂的数据关系。
数组广义表通过使用方括号和逗号来表示各个元素之间的层次关系。
例如，[1, [2,3], 4]表示一个包含三个元素的数组广义表，其中第一个元素是1，第二个元素是一个包含两个元素的数组广义表，其第一个元素是2，第二个元素是3，第三个元素是4。
数组广义表具有以下特点：1. 多层次结构：数组广义表可以表示多个层次的数据组织关系，使得数据的嵌套和层次化处理成为可能。
2. 可变长度：数组广义表的每个节点可以包含任意多个子节点，使得数据的组织形式更加灵活。
3. 多用途性：数组广义表既可以表示简单的数据结构，也可以表示复杂的数据关系，适用于各种不同的应用场景。
二、数组广义表的应用1. 数据库管理：数组广义表可以用于表示和管理数据库中的复杂数据结构，如树形结构、图形结构等。
通过使用数组广义表，可以方便地对数据库中的数据进行增、删、改、查等操作。
2. 树结构算法：数组广义表可以作为树结构的一种扩展形式，用于表示和处理树形数据结构。
通过使用数组广义表，可以简化树结构的操作和管理，提高算法的效率。
3. 文件系统：数组广义表可以用于表示和管理文件系统中的目录结构。
通过使用数组广义表，可以方便地对文件和目录进行组织和管理，实现快速的文件查找和访问。
4. 网络路由：数组广义表可以用于表示和管理网络中的路由表。
通过使用数组广义表，可以方便地对网络路由进行组织和管理，实现高效的数据传输和路由选择。
5. 图形图像处理：数组广义表可以用于表示和处理图形图像中的复杂结构，如图形对象、图像分割等。
数据结构 5数组和广义表A
1 Status Locate(Array A,va_list ap,int &off) 2{ 3 //若ap指示的各下标值合法，则求出该元素在A中，相对地
址off
4 off=0; 5 for(i=0;i<A.dim;++i) 6 { 7 ind=va_arg(ap,int); 8 if(ind<0||ind>A.bounds[i]) return OVERFLOW; 9 off+=A.constants[i] *ind; 10 } 11 return OK; 12 }
行数 总列数，即 第2维长度 元素个数
ij
补充：计算二维数组元素地址的通式
设一般的二维数组是A[c1..d1, c2..d2]，这里c1,c2不一定是0。
单个元素 长度
二维数组列优先存储的通式为： LOC(aij)=LOC(ac1，c2)+[(j-c2)*(d1-c1+1)+i-c1)]*L
6
例1〖软考题〗：一个二维数组A[1..6, 0..7]，每个数组元素
16
5.4
1、定义：
广义表的定义
广义表是线性表的推广，也称为列表（lists） 记为： LS = ( a1 , a2 , ……， an ) 广义表名 表头(Head） 表尾 (Tail) n是表长
在广义表中约定：
① 第一个元素是表头，而其余元素组成的表称为表尾； ② 用小写字母表示原子类型，用大写字母表示列表。
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1 Status Value(Array A,ElemType &e,…){ 2 //A是n维数组，e为元素变量，随后是n个下标值，若各下
标不超界，则e赋值为所指定的A的元素值，即将指定元素值 读到e变量中。
串的知识点总结
串的知识点总结1. 串的基本概念串是由零个或多个字符组成的有限序列，通常用来表示文本数据。
在编程语言中，串通常被定义为一个字符数组或字符串变量。
例如，在C语言中，字符串通常被定义为char类型的数组，而在Java语言中，字符串则是一个类对象。
2. 串的存储结构串的存储结构有两种常见形式：一是定长顺序存储结构，二是链式存储结构。
定长顺序存储结构是将串的字符按照顺序存储在一块连续的存储空间中，这种方式可以通过下标来访问任意位置的字符，但是需要预先分配足够的存储空间。
链式存储结构则是使用链表来存储串的字符，这种方式可以动态分配内存空间，但是访问任意位置的字符需要从链表头开始遍历，效率较低。
3. 串的基本操作串的基本操作包括串的创建、复制、连接、比较、插入和删除等。
创建串是指将一组字符转换成串的操作；复制是指将一个串的内容复制到另一个串中；连接是指将两个串连接在一起形成一个新的串；比较是指比较两个串的大小关系；插入是指在一个串中的指定位置插入一个子串；删除是指删除一个串中的指定子串。
这些操作都是串的基本操作，它们在实际应用中有着重要的作用。
4. 串的模式匹配串的模式匹配是指在一个主串中查找与给定模式串相匹配的子串的过程。
常见的模式匹配算法有暴力匹配算法、KMP算法和Boyer-Moore算法等。
暴力匹配算法是最简单的模式匹配算法，它的时间复杂度为O(m*n)，其中m为主串长度，n为模式串长度；KMP算法是一种高效的模式匹配算法，它的时间复杂度为O(m+n)，其中m为主串长度，n为模式串长度；Boyer-Moore算法是一种更加高效的模式匹配算法，它的时间复杂度为O(m*n)，其中m为主串长度，n为模式串长度。
5. 串的应用串在计算机科学中有着广泛的应用，它在各种应用中都有着重要的作用。
例如，在文本编辑器中，串被用来表示文本文件的内容；在数据库系统中，串被用来表示数据的各种属性；在网络通信中，串被用来表示网页的URL地址等。
《数据结构》课程标准
《数据结构》课程标准学时：72学时（其中：讲课学时：36 上机学时：36 ）先修课程：高等数学、C语言程序设计后续课程：软件开发相关的应用性课程（Android应用开发、软件工程等）适用专业：软件技术、移动应用开发、软件与信息服务等开课部门：信息工程与大数据学院一、课程的性质《数据结构》是面向软件技术相关专业的一门专业基础课，课程要求：熟练掌握线性表、栈和队的存储结构及基本操作，并能在相应的应用中正确地选用，培养学生用链式结构编写程序的能力；了解串和广义表的定义和存储结构；掌握数组的存储结构，熟悉稀疏矩阵的两种压缩存储方法的特点及适用范围；了解树的存储结构及特点，掌握二叉树和图的存储结构及其相应算法，培养学生用非线性结构解决实际问题的能力；掌握各种查找、排序方法，培养学生灵活应用已有排序方法的能力，开拓思路编写新的排序算法。
二、课程设计理念数据结构是计算机存储、组织数据的方式。
数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。
精心选择的数据结构可以带来更高的运行或存储效率，数据结构往往同高兴的检索算法和索引技术有关。
1、课程地位理念在许多类型的程序设计中，数据结构的选择是一个基本的设计考虑因素。
许多大型的构造经验表明，系统实现的困难程度和系统构造的质量都严重的依赖于是否选择了最优的数据结构。
许多时候，确定了数据结构后，算法就容易得到了。
有些时候事情也会反过来，我们根据特定算法来选择数据结构与之适应。
不论哪种情况，选择合适的数据结构都是非常重要的。
选择了数据结构，算法随之确定，是数据而不是算法是系统构造的关键因素。
2、课程学情理念本课程开设在嵌入式系统工程专科第一学期，学生在学习本课程前已具备计算机基础、C语言基础等知识，本课程力图让学生学会在C语言环境下，运用面向对象的思想编写规范的代码，实现经典的数据结构和算法。
熟悉常用的数据结构和算法，使学生初步具备一个优秀的软件开发人员所应有的基本能力。
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数据结构
s'a1a2an'
串名
串值
串长
n
空串
n=0
4.1.1 串的基本概念
a=‘BEI’, b=‘JING’ c=‘BEIJING’ d=‘BEI JING’
a和b是c和d的子串 a在c和d中的位置是1。 b在c中的位置是4，在d中的位置为5。 ‘ ’是空格串Φ
基本操作：
⑴ StrLength (s)：求串s的长度。
⑵ StrAssign (s1, s2)：赋值，将s2的值赋值给串s1。
⑶ StrConcat (s1, s2, s)：连接，将串s2放在串s1的后面连接 成一个新串s。
⑷ SubStr (s, i, len)：求子串，返回从串s的第i个字符开始取 长为 len 的子串。
串、数组和广义表结构特 点和储存方法
教学目标
数据结构
了解串的存储方法，理解串的两种模式匹配算法，重点掌 握BF算法。
明确数组和广义表这两种数据结构的特点，掌握数组地址 计算方法，了解几种特殊矩阵的压缩存储方法。
掌握广义表的定义、性质及其GetHead和GetTail的操作 。
数据结构
第一节
串
补充：C语言中常用的串运算
调用标准库函数 #include<string.h>
串比较，strcmp(char s1,char s2) 串复制，strcpy(char to,char from) 串连接，strcat(char to,char from) 求串长，strlen(char s) ……
数据结构
4.1.1 串的基本概念
数据结构
子串 主串 字符位置 子串位置 串相等 空格串
4.1.2 串的抽象数据类型
数据结构
ADT String{
数据对象：D = { ai|ai∈CharacterSet, i=1,2,…,n, n ≥0 }
数据关系：R = {<ai-1, ai>| ai-1, ai∈D, i=2,3,…,n }
按这种串的表示方法实现的串的运算时，其基本操作为 “字符序 列的复制”。
定长顺序存储结构定义为：
#define MAX_STRLEN 256 typedef struct
{ char str[MAX_STRLEN] ; int length;
} StringType ;
4.1.4 串的存储结构
T[0] = MAXSTRLEN; uncut = FALSE; } else { // s1截断(仅取S1)
T[1..MAXSTRLEN] = S1[1..MAXSTRLEN];
T[0] = MAXSTRLEN
uncut = FALSE;
T[1..S1[0]] = S1[1..S1[0]]; T[S1[0]+1..S1[0]+S2[0]] = S2[1..S2[0]];
T[0] = S1[0]+S2[0]; uncut = TRUE; } else if (S1[0] <MAXSTRLEN) { // s2截断,s1未截断
T[1..S1[0]] = S1[1..S1[0]]; T[S1[0]+1..MAXSTRLEN] = S2[1..MAXSTRLEN－S1[0]];
数据结构
如何表示串的长度？
方案1：用一个变量来表示串的实际长度。 方案2：在串尾存储一个不会在串中出现的特殊字符 作为串的终结符，表示串的结尾。 方案3：用数组的0号单元存放串的长度，从1号单 元开始存放串值。
0 1 2 3 4 5 6 …77…………M…ax-M1ax-1
a9 ab bc cd de ef gf \g0空 闲空 闲9
4.1.2 串的抽象数据类型
数据结构
⑸ StrCmp (s1, s2)：串比较，若s1=s2，返回0；若s1<s2, 返 回-1；若s1>s2, 返回1。
⑹ StrIndex (s, t)：定，则返回0。
⑺ StrInsert (s, i, t)：插入，将串t插入到串s中的第i个位置。
⑻ StrDelete (s, i, len)：删除，在串s中删除从第i个字符开始 的连续len个字符。
⑼ StrRep (s, t, r)：替换，在串s中用串r替换所有与串t相等 的子串。
}ADT String
4.1.2 串的抽象数据类型
数据结构
求子串操作SubStr(s, i, len)示例
i = 3, len = 3
块链存储方式：是一种链式存储结构表示。
4.1.4 串的存储结构
数据结构
串的定长顺序存储表示
这种存储结构又称为串的顺序存储结构。是用一组连续的存储单元来 存放串中的字符序列。所谓定长顺序存储结构，是直接使用定长的字 符数组来定义，数组的上界预先确定。
特点:
串的实际长度可在这个予定义长度的范围内随意设定，超过予定义 长度的串值则被舍去，称之为“截断” 。
4.1.4 串的存储结构
数据结构
串的联接算法中需分三种情况处理：
Status Concat(SString S1, SString S2, SString &T) { // 用T返回由S1和S2联接而成的新串。若未截断, 则返回TRUE，否则FALSE。 if (S1[0]+S2[0] <= MAXSTRLEN) {// 未截断
4.1.4 串的存储结构
数据结构
串是一种特殊的线性表，其存储表示和线性表类似，但又 不完全相同。串的存储方式取决于将要对串所进行的操作 。串在计算机中有3种表示方式：
定长顺序存储表示：将串定义成字符数组，利用串名可 以直接访问串值。用这种表示方式，串的存储空间在编 译时确定，其大小不能改变。
堆分配存储方式：仍然用一组地址连续的存储单元来依 次存储串中的字符序列，但串的存储空间是在程序运行 时根据串的实际长度动态分配的。
abcdefge
i = 7, len = 4
abcdefge
空串
cde
ge
4.1.3 串与线性表的比较
数据结构
逻辑结构 串的逻辑结构和线性表极为相似，区别仅在于串的数据对 象约束为字符集。
基本操作
在线性表的基本操作中，大多以“单个元素”作为操作 对象；
在串的基本操作中，通常以“串的整体”作为操作对象 。