大学计算机基础：第7章 数据结构、算法及程序设计
数据结构与程序设计
数据结构与程序设计数据结构与程序设计是计算机科学领域中的两个重要概念，它们紧密相连，共同构成了软件开发的基础。
数据结构提供了组织、管理和存储数据的方式，而程序设计则是利用这些数据结构来解决具体问题的算法和逻辑。
数据结构概述数据结构是计算机科学中用于存储、组织数据的方式，它决定了数据的存储、检索和操作的效率。
常见的数据结构包括：1. 数组：一种线性数据结构，可以存储相同类型的元素，支持快速随机访问。
2. 链表：由一系列节点组成，每个节点包含数据部分和指向下一个节点的指针。
3. 栈：一种后进先出（LIFO）的数据结构，只能在一端（栈顶）进行数据的添加和删除。
4. 队列：一种先进先出（FIFO）的数据结构，数据从一端进入，从另一端退出。
5. 树：一种层次结构的数据组织形式，每个节点有零个或多个子节点，常用于表示具有层次关系的数据。
6. 图：由顶点（节点）和边组成，可以表示复杂的关系和网络。
程序设计基础程序设计是指使用某种编程语言来编写指令，以解决特定问题的过程。
程序设计的基础包括：1. 算法：解决问题或完成任务的一系列有序步骤。
2. 控制结构：程序中用于控制程序流程的语句，如条件语句（if-else）、循环语句（for, while）。
3. 函数：一段具有特定功能的代码块，可以被重复调用。
4. 面向对象编程：一种编程范式，通过类和对象来组织代码，提高代码的重用性和模块化。
数据结构与程序设计的结合数据结构与程序设计之间的关系是相辅相成的。
选择合适的数据结构可以提高程序的效率和性能。
例如：- 在需要快速查找元素的场景中，可以使用哈希表或平衡树。
- 当处理大量数据时，使用数组或链表可以更有效地管理内存。
- 对于需要频繁插入和删除操作的数据，使用栈或队列可能更合适。
程序设计过程中，算法的选择和实现也依赖于数据结构的特性。
例如，排序算法的选择会影响数据的存储方式，图算法的实现则依赖于图的表示方法。
实践应用在实际应用中，数据结构与程序设计的结合体现在各种软件和系统中。
大学计算机基础07数据结构与算法资料PPT课件
7.1 算 法 7.2 数据结构的基本概念 7.3 线性表及其顺序存储结构 7.4 栈和队列 7.5 线性链表 7.6 树与二叉树 7.7 查找与排序技术
第7章 数ST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
例7.2 有5个人坐在一起， 问第5个人的岁数，他说比第4个人大2岁。 问第4个人的岁数，他说比第3个人大2岁。 问第3个人的岁数，他说比第2个人大2岁。 问第2个人的岁数，他说比第1个人大2岁。 问第1个人的岁数，他说是10岁。 请问第5个人多大。
27.07.2020
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第7章 数据结构与算法
这个问题可以用递归方法解决。递归过程如下： age（5）＝age（4）十2 age（4）＝age（3）十2 age（3）＝age（2）十2 age（2）＝age（1）十2 age（ l）＝10
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第7章 数据结构与算法
2．算法的空间复杂度 算法的空间复杂度是指执行这个算法所需要的内存空间。 类似算法的时间复杂度，空间复杂度作为算法所需存储空 间的度量。
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第7章 数据结构与算法
7.2 数据结构的基本概念 数据结构主要研究三个问题：
（1）数据集合中各数据元素之间所固有的逻辑关 系，即数据的逻辑结构；
现实世界中存在的一切个体都可以是数据元素（简称元 素）。
例如： 春、夏、秋、冬； 26、56、65、 73、26、…； 父亲、儿子、女儿。
数据元素之间的关系可用前后件关系 例如， “春”是“夏”前件，“夏”是“春”的后件。
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大学计算机课程：数据结构与算法
Introduction大学计算机课程中的数据结构和算法是非常重要的组成部分。
在计算机科学领域中，数据结构和算法是基础，也是核心的概念。
它们帮助我们理解问题，设计和实现解决方案并提高代码的效率。
本文将深入探讨大学计算机课程中的数据结构和算法。
什么是数据结构和算法？数据结构是计算机中组织和存储数据的方式。
它们帮助我们有效地组织和管理大量的数据。
数据结构包括数组，链表，栈，队列，树等等。
每个数据结构都有其自己的特点和应用场景。
算法是一系列解决问题的步骤和指令。
它是解决特定问题的方法。
算法可以应用于各种数据结构，以实现特定的功能，如搜索，排序和图形算法等。
在计算机科学中，数据结构和算法是相辅相成的，并且在计算机程序的开发和优化中起着关键作用。
数据结构数组数组是一种容器，可以存储多个相同类型的元素。
数组的特点是可以快速访问任意位置的元素，但插入和删除元素的操作相对较慢。
它是一种简单且常用的数据结构。
链表是一种线性数据结构，由一系列节点组成。
每个节点都包含一个数据元素和一个指向下一个节点的指针。
链表的特点是插入和删除元素的操作比较快，但访问任意位置的元素较慢。
栈栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，类似于一堆盘子。
只能从栈的顶部插入和删除元素。
栈的应用场景包括表达式求值，函数调用和浏览器的历史记录。
队列队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，类似于排队等候。
只能从队列的一端插入元素，从另一端删除元素。
队列的应用场景包括请求处理，打印任务和消息传递等。
树树是一种非线性的数据结构。
它由一系列节点组成，每个节点可以有一个父节点和多个子节点。
树的特点是层次结构，例如文件系统和组织结构。
树的应用场景包括查找，排序和图形算法等。
图图是一种非线性的数据结构，由节点和边组成。
节点表示实体，边表示节点之间的关系。
图的特点是可以表示复杂的关系网络，例如社交网络和路由器的连接。
图的应用场景包括最短路径算法和网络分析等。
搜索算法搜索算法用于在给定数据集中查找特定元素或满足特定条件的元素。
本科专业认证《程序设计、算法与数据结构(一)》教学大纲
《程序设计、算法与数据结构（一）》教学大纲课程编号：0812000217课程名称：程序设计、算法与数据结构（一）英文名称：Programming,Algorithm and Data Structure I学分：3 课程性质：必修总学时：48 其中，讲授48学时，实验0学时，上机0学时，实训0学时适用专业：网络工程建议开设学期： 1先修课程：无开课单位：计算机与通信工程学院一、课程简介《程序设计、算法与数据结构（一）》是计算机科学与技术、软件工程、网络工程、通信工程专业基础课程，是课程群的启蒙课，也是学生进入大学后的第一门程序设计类课程，其目的是以C语言程序设计为基础，使学生熟悉C程序设计的基本语法，通过大量的编程练习，引导学生进入程序设计的殿堂，培养学生基本的数据结构和算法分析能力，为后续课程的学习打下基础。
二、课程目标与毕业要求依据2017培养方案中的毕业要求，考虑本课程与专业毕业要求的支撑关系，制定本课程学习目标。
课程目标1：通过程序三种基本控制结构，函数等知识点的学习，要求学生掌握结构化程序设计的基本思想，深入领会自顶向下、逐步求精的设计方法，识别网络工程项目的设计与开发过程中功能模块划分的问题。
（支持毕业要求 2.1能运用数学、自然科学及网络工程的基本原理，识别和判断网络工程问题的关键环节。
）课程目标2：在程序设计C语言后阶段学习过程中，针对成绩管理信息系统大作业的要求，将同学分组了解系统功能与应用背景，对具体的开发任务进行分工联调并编程实现。
通过系统实现强化个体的角色意识和团队意识。
（支撑毕业要求9.1：能够理解多学科背景下的团队中每个角色的定位与责任，具有团队合作意识，能够胜任个体、团队成员的角色任务。
）课程目标3：通过学习标准的C语言程序设计语法，运用函数、线性表、字符串、链表等基本知识，通过学习算法的描述方法，使学生能将实际问题转换成计算机描述的算法问题，培养学生运用程序算法的描述方法进行交流的能力。
程序设计,算法与数据结构
程序设计,算法与数据结构
序设计、算法与数据结构是计算机科学中的三个核心概念，它们相互关联，是学习计算机科学和软件开发的基础。
1.程序设计：程序设计是计算机科学中的一个分支，它涉及到如何编写计算机程序以
解决特定问题。
程序设计语言是用于编写程序的工具，包括高级语言（如Python、Java）和低级语言（如汇编语言）。
程序设计语言提供了各种控制结构（如顺序、选择和循环）和数据类型（如整数、浮点数、字符串和数组），使得程序员能够以更抽象的方式表达他们的思想。
2.算法：算法是一系列精确的规则，用于计算某个值或解决某个问题。
算法通常具有
输入、输出和处理步骤。
算法可以分为不同的类型，如排序算法、搜索算法、图算法等。
算法的效率可以通过时间复杂度和空间复杂度来衡量。
设计高效的算法是计算机科学中的一项重要任务，因为它可以大大提高程序的性能。
3.数据结构：数据结构是一种组织数据的方式，以便能够有效地进行存储、检索和更
新。
数据结构可以分为线性数据结构和非线性数据结构，如数组、链表、栈、队列、树和图等。
数据结构的选择对程序的性能和可维护性有很大的影响。
例如，使用适当的数据结构可以大大提高搜索和排序的效率。
总的来说，程序设计、算法和数据结构是相互关联的。
程序员使用程序设计语言编写程序，这些程序使用算法来解决问题，而算法和程序则依赖于适当的数据结构来存储和处理数据。
因此，理解和掌握这些概念对于成为成功的程序员和计算机科学家至关重要。
大学计算机科学：数据结构与算法分析
大学计算机科学：数据结构与算法分析1. 数据结构简介在计算机科学中，数据结构是指将数据组织和存储的方式。
它是计算机程序设计的基础，也是解决各种问题的关键。
本节将简单介绍常用的数据结构，包括数组、链表、栈、队列和树。
1.1 数组数组是一种线性数据结构，它由相同类型的元素组成，并按照一定顺序排列。
数组的优点是可以快速访问任何一个元素，并支持随机访问。
然而，插入和删除操作较为复杂，并且占用连续内存空间。
1.2 链表链表是另一种常见的线性数据结构，不同于数组，链表中的元素通过指针连接起来。
链表适合频繁插入和删除操作，但对于随机访问则效率较低。
1.3 栈栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，类似于专门收纳物品的箱子。
栈支持两种基本操作：压栈（push）和弹栈（pop），可以用来解决递归问题、进行函数调用等。
1.4 队列队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，类似于排队买票。
队列支持两种基本操作：入队（enqueue）和出队（dequeue），可以用来实现广度优先搜索、缓存管理等。
1.5 树树是一种非线性数据结构，由节点和连接节点的边组成。
树具有层次结构，其中某个节点被称为父节点，其下面的节点称为子节点。
树在计算机科学中有着广泛的应用，例如二叉树、AVL树、B树等。
2. 算法分析与设计算法是解决问题的具体步骤集合。
在计算机科学中，算法的效率对程序执行时间和空间开销具有重要影响。
本节将介绍常用的算法分析方法以及常见的算法设计技巧。
2.1 算法分析算法分析是评估算法效率的过程。
常见的衡量指标包括时间复杂度和空间复杂度。
时间复杂度表示算法执行所需时间随输入规模增长时的增长速度；空间复杂度表示算法所需内存空间随输入规模增长时的增长速度。
2.2 常见算法设计技巧•贪心算法：选择当前最优解，不考虑后续步骤可能产生的影响。
•动态规划：将复杂问题拆分为子问题，并存储中间结果以避免重复计算。
•分治法：将大问题分解为若干个小规模的子问题，然后分别求解。
大学计算机基础07.算法与程序设计基础
第7章 算法与程序设计基础
主编：齐晖
运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解！
本章知识点结构
程序和程序 设计语言
算法的概 念与描述
面向对象的程 序设计方法
结构化程序 设计方法
中原工学院计算机基础教学部
7.1 程序和程序设计语言
程序的一般概念 程序（Program）是计算机可以执行的指令或语句序
中原工学院计算机基础教学部
7.3 结构化程序设计方法
结构化程序设计的原则 结构化程序设计基本思想是采用“自顶向下，逐步求
精”的程序设计方法和“单入口、单出口”的控制结 构。 结构化程序的基本结构和特点 解决任何一个复杂的问题，都可以由3种基本结构来 完成：顺序结构、选择结构、循环结构。
1．编写程序时，不需要了解计算机内部结构的语言是（ ）
A．机器语言B．汇编语言C．高级语言D．指令系统
2．能够把由高级语言编写的源程序翻译成目标程序的系统软 件叫（ ）。
A．解释程序 B．汇编程序C．操作系统D．编译程序
3．结构化程序设计主要强调的是（ ）。
A．程序的规模
B．程序的可读性
中原工学院计算机基础教学部
7.4 7.4 面向对象的程序设计方法
面向对象程序设计（Object Oriented Programming， OOP）是软件系统设计与实现的方法，这种新方法既 吸取了结构化程序设计的绝大部分优点，又考虑了现 实世界与面向对象空间的映射关系而提出的一种新思 想，所追求的目标是将现实世界的问题求解尽可能的 简单化。
大学计算机基础 第7章 宋长龙版 吉林大学现用
大学计算机基础第7章宋长龙版吉林大学现用大学计算机基础-第7章-宋长龙版-吉林大学现用1.通过实例的应用，宏观理解数据库及其创建过程。
本2.数据库系统概述第3章三个世界与概念模型4数据模型数据处理技术发展历程、数据库系统组成、功能和安全保护。
现实、信息到数据世界，概念模型及表示方法，实体间关系。
4种常用数据模型的基本特征1/106及表示法。
5.关系数据、关系、属性、元组、值范围、关键字库的基本概念词、主关键字、外部代码、关系模式和关系子模式等。
本6.数据模型数据结构、数据操作、数据完章三个要素整性约束。
概7.关系的基关系选择操作、投影操作和连本操作接操作。
要8.结构化查询语言由数据定义、操纵、查询和控制语言4部分组成。
2/1069.通用关系数据库管理系统第1节银行储蓄存储开户时间、储蓄类型、帐实数据库号、密码、目前余额，存入明细，提款明细等。
例数还有网上购物数据库、无纸化考试数据库、据学生选课数据库、学生信息管理数据库等。
库铁路票务数据库存储日期、车辆信息(车次、厢号、座号)、是否售出、售出区间等。
3/106人工表、数据库表及转换对客观事物进行抽象、提取、总结和总结，最后通过表格描述客观事物（对象）的特征。
教师信息表和学生成绩单。
数据库是结构化的，数据类型和二维表存储在数据库中。
表人工表人工表应拆分一些数据项，使其含义更加明确；为数据项指定一个易于记忆、易于操作且有意义的名称；对数据库表中的一些数据项进行编码。
转换4/106过程。
新建空数据库,然后再建立(添加)二维表。
如选课数据库包含教师表、课程表、学生表数和成绩表。
数据库的主要内容数据库5/106数据库中其他内容数据有效性规则、关键字、表之间的关系、表索引和安全控制规则。
数据有效性规则黑体字的表之间的连接是表示关系的关键字6/106第2节数据库系统概述数据库技术的产生数据管理经历4个发展阶段对数据的需求正在增加。
为了方便、有效地管理和利用数据资源，计算机数据库技术应运而生。
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算法的特征
采取的方法和步骤可
可行性
行，结构另人满意。 算法中的每一个步骤都必
确定性
须确定，不能产生歧义。
有穷性 输入 输出
执行算法时从外界取得必 要的信息。一个算法可以有零 有 算输法或算出应多的法该个算组时算得有输间法成法到一入内必，是个的。完须并没或结成由能有多果。在有意个就有限义输是效步的出输出,。一,没 个
顺序存储结构是该在如内何存存储中？开辟一块连 续内存单元用于存放数据，逻辑上相邻的
结点在物理位置上也相邻。
数据即：结地点址之间的逻辑关系由存储单元 的相a邻关系2来00体0H现。
例如b：有如2下00顺1H序关系{ a, b, c, d }
c
2002H
d
2003H
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链式存储结构
链式存储结构中，结点由两部分组成： 用于存放数据元素(数据域) 用于存放前件或后件的存储地址(指针域)
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4.数据物理结构
数据在计算机存储器中的存储方式称 为数据物理结构(数据存储结构)。
在数据存储结构中，不仅要存放各个 数据元素信息，还要存放数据元素之间前 后件关系信息。数据元素在计算机中通常 有四种存储方式：存如储果结在b和构c之间增加新数据x
构成 {a,b,x,c,d}的顺序关系,应
其中:
D={ R={
春(春,数 后S,秋夏表据 件,)示元 关冬, (D数素 系夏,数据夏之 的,据秋结间 集}元)构的 合,素(前秋集,合冬)
}
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一般来说，数据之间有集合，线性， 树型和图形 4 种基本逻辑结构。 集合：是一种松散结构，数据元素之间的 关系只是同属于一个集合，可以用其他结 构来表示。
树型结构：
数 据 之 间 存 在 一 对 多 的关系
一 个 结 点 最 多 有 一 个 前件,可以有多个后件
前 件 与 后 件 之 间 有 层 次关系
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一般来说，数据之间有集合，线性， 树型和图形 4 种基本逻辑结构。 图形结构：
数据元素之间存在多 对多的关系
一个结点可以有多个 前件和多个后件
即: 通过指针反映数据元素之间的逻辑关系
例如：有如下顺序关系 { a, b, c }
2000 a 3001
3001 b 1003
1003 c
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顺序存储结构与链式存储结构比较
顺序存储结构： 优点：每个结点占用存储空间最少 缺点：如果数据元素很多，则可能找不到一
块足够大的连续存储单元 不能很好利用存储单元,容易产生碎片
集合
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一般来说，数据之间有集合，线性， 树型和图形 4 种基本逻辑结构。
线性结构：
数据元素之间是一对一的关系
除第一个结点无前件外,其他结点都 只
例有如一: 个春前件 夏
秋
冬
除最后一个结点无后件外,其他结点都 只有一个后件
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一般来说，数据之间有集合，线性， 树型和图形 4 种基本逻辑结构。
1.数据结构示例
学号 姓名 性别 出生日期 班级
专业
20040001 刘强 男 1984/02/13 14001 机械制造
20040002 王晓红 女 1986/05/06 14001 机械制造
20040003 李明 男 1984/10/25 14001 机械制造
20040041 张宇 男 1984/06/14 14002 机械电子工程
{春，夏，数秋据，元冬素}之间有层次上的高低关系 家庭成员{每祖个父数、据父元亲素、由一儿个子数}是据数项组据成结，构
数据元素之间有位置上的前后关系
学生信息数据结构
每个数据元素由多个数据项组成
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数据结构是指带有结构特性的数 据元素集合。
主要研究数：据集合中数据元素之间所固有的关系 数据逻辑结构 数据存储结构(物理结构) 对数数据据处所理进时行数的据在操计作算机中的即存算储法关系
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7.2.2 算法的描述方法
用于描述算法的工具很多，通常有自 然语言、伪代码、流程图和N-S图等工具。
s n 100
例如：计算 n1
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7.2.3 算法的评价
在计算机程序设计中，某一任务的算 法设计得优与多劣个，算将法直解接决影同响一个程问序题的时运, 行 效率、稳定性和执 高;可行占时维用间护存短性储的空。算间通法少常时的从间算以效法下空率4个 方面评价一个算间法效率。高。
链式存储结构: 优点：充分利用所有存储单元 缺点：每个结点占用较多存储单元
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7.2.1 算法的定义
算法就是操作步骤，是解决“做什么” 和“怎么做”的问题。算法是程序的灵魂， 广义来说，为解决一个问题而采取的方法和 步骤就称为算法。
算法是定义在逻辑结构上的操作， 独立于计算机，但算法的实现依赖于数 据的存储结构。
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3.数据逻辑结构
数据结构中数据元素之间所固有的关 系描述成前后件(前驱与后继)关系。数据 之间前后件关系是它们之间的逻辑关系， 与它们在计算机中的存储位置无关，因此 将这种关系称为逻辑结构。
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数据结构的表示
一个数据结构可以表示为：S= ( D, R )
季节数据结构可以定义成 S=(D, R)
第七章 数据结构、算法及程序设计
计算机程序主要对数据进行加工和 处理。
数据结构
程序中需要说明
算法 数据算结法构:操:数作据数的据组的织步形骤式和和方存法储方式
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本章概要(6学时)
1. 数据结构的基本概念 2. 算法的基本概念 3. 典型的数据结构 4. 典型算法
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7.1 数据结构基本概念
正确性 算法本身没有语法错误,执行时输
可读性 算入法正要确容数易据理能解够和得阅到读正,确容结易果实现,
健壮性
同算时法也能要够便对于输程入序的维各护种和数完据善给予适 当的提示和处理 。
执行效率 指算法执行的时间性能和空间性能
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7.3 线性表结构
数据逻辑结构分为：
线性结构 有且只有一个开始结点和
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2.数据结构的定义 数据结构是指具有相同特征、相互之间
有关联的数据集合。 数据也称为数据元素或结点，现实世界
中每个对象都可以映像成数据元素。
数据结构中数据元素都具有某种共同特征 数据结构中数据元素之间存在着某种关系
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向量{2，43，68，45，32}是数据结构 季度名称组每成个数的据集元合素是由数一据个结数据构项：组成，