全国计算机等级考试二级公共基础知识课件版2

2003.11.全国计算机等级考试二级公共基础知识二级公共基础知识(2)2004.2.程序设计基本概念1.1 计算机工作原理 n通过工作原理了解，熟悉计算机内部执行功能的基本意义。为理解程序打下基础，特别理解计算机是机器。1.2 程序概念 n什么是程序？指令的集合。（解释指令）通过硬件控制系统自动完成某一功能。通过一系列代码实现。1.3 程序怎样执行？怎样编写？计算机本身仅能识别二进制代码“0”、“1”。编程最直接、最低级的就是机器语言。为解决机器语言难理解、记忆等问题。出现符号语言。为使编程接近自然语言，出现高级语言。如C、PASCAL、FORTRAN 为配合高级语言编程，出现了开发工具，提高效率、减轻劳动量。如VB、VC、PB、Dephi、VFP等。因此VFP不是编程语言。不管什么形式编写代码，最终都应将代码翻译成机器语言，这就是编译程序的工作。不同的语言有不同的编译器。程序控制是一种逻辑控制。因此，严谨的逻辑思维是一个程序员必备的基本素质。用程序实现某一功能。有许多方法。具体用哪种完全取决于程序员个人的思维方式。因此，程序是脑力劳动的结晶，从某种意义上，编程又是一门艺术。程序的特殊性决定了程序的复杂性，且与实现功能的复杂性密切相关成正比。因此为使复杂的、智力的编程工作规范化、科学化，便出现了各种编程设计方法。如结构化编程方法、面向对象的程序设计方法等。不管用什么方法编程，不管编程者智力程度如何，不管采用什么样的编程语言和方法，程序最终完成的功能稳定、可靠、实用、易维护和安全等是程序的最终目标，也是程序员的追求。程序设计是一个复杂艰巨的过程。编写代码仅是程序设计的一部分。必须先有思想，再有方法，然后才是编写代码，且要经过许多反复，不可急功近利。1.4 程序设计语言或工具 程序设计语言指的是用来编写程序的语言。人与计算机交流要使用语言，以便让计算机工作，计算机也通过语言把结果告诉用计算机的人“人机对话”。人与计算机交流的语言非平常人与人之间交流的语言，是专门的语言程序设计语言。程序设计语言是计算机系统软件的重要组成部分。执行程序设计的语言有很多，可分高级语言和低级语言，区别在于接近自然语言的程度 高级语言一般与具体的计算机硬件无关，比较接近人类自然语言的语法习惯及数学表达形式。用高级语言编写的源程序不能被机器直接执行，需通过编译成解释程序的翻译才可被机器执行（机器语言）。2.基本数据结构与算法2.1 算法2.1.1 算法(algorithm)基本概念对特定问题求解步骤的一种描述，它是指令的有限序列，其中每一条指令表示一个或多个操作。它是一组严谨地定义运算顺序的规则，并且每一个规则都是有效的，且是明确的，此顺序将在有限的次数下终止。算法具有有穷性有穷性、确定性确定性、可行性可行性、输输入入和输出（拥有足够的情报）输出（拥有足够的情报）等个重要特性。2.1.2 算法的基本要素 1、对数据对象的运算和操作n算术运算n逻辑运算n关系运算n数据传输2、算法的控制结构n算法中各操作之间的执行顺序n描述算法的工具通常有传统流程图、N-S结构化流程图、算法描述语言等n一个算法一般可以用顺序、选择、循环顺序、选择、循环三种基本机构组合而成。2.1.3 算法设计基本方法n列举法n归纳法n递推n递归（以简洁的形式设计和描述算法）n减半递推技术n回溯法2.2 算法复杂度2.2.1 时间复杂度n 依据算法算法编制的程序在计算机上运行时所消耗的时间来度量。通常有事后统计法和事前分析估算法。n 一个算法是由控制结构（顺序、分支和循环）和原操作构成的，算法时间取决于两者的综合效果。n 算法中基本操作重复执行次数n和算法执行时间同步增长，称作算法的时间复杂度。2.2.2 算法的空间复杂度n 一般是指执行这个算法所需要的内存空间n一个算法所占用的存储空间包括算法程序所占的空间、输入的初始数据所占的存储空间以及某种数据结构所需要的附加存储空间n 一个上机执行的程序除了需要存储空间来寄存本身所用指令、常数、变量和输入数据外，也需要一些对数据进行操作的工作单元和存储一些为实现计算所需信息的辅助空间。例题讲解n 算法的时间复杂度是指A)执行算法程序所需要的时间 B)算法程序的长度C)算法执行过程中所需要的基本运算次数 D)算法程序中的指令条数n算法的基本特征是可行性、确定性、【1】和拥有足够的情报。n算法的空间复杂度是指 A)算法程序的长度 B)算法程序中的指令条数 C)算法程序所占的存储空间 D)执行过程中所需要的存储空间n在计算机中，算法是指 A)加工方法B)解题方案的准确而完整的描述 C)排序方法D)查询方法n算法分析的目的是 A)找出数据结构的合理性 B)找出算法中输入和输出之间的关系 C)分析算法的易懂性和可靠性 D)分析算法的效率以求改进n算法的工作量大小和实现算法所需的存储单元多少分别称为算法的【1】。2.2 数据结构n数据结构的定义n数据的逻辑结构和存储结构n数据结构的图形表示n线性结构与非线性结构2.2.1 数据结构研究的主要内容数据结构研究的主要内容当今计算机应用的特点：n所处理的数据量大且具有一定的关系；n对其操作不再是单纯的数值计算，而更多地是需要对其进行组织、管理和检索。应用举例1学籍档案管理假设一个学籍档案管理系统应包含如下表1-1所示的学生信息。学 生 基本 情 况学 号姓 名性 别出 生 年 月.99070101李 军男80 12.99070102王 颜 霞女81 2.99070103孙 涛男80 9.99070104单 晓 宏男81 3.n特点：l每个学生的信息占据一行，所有学生的信息按学号顺序依次排列构成一张表格；l表中每个学生的信息依据学号的大小存在着一种前后关系，这就是我们所说的线性结构；l对它的操作通常是插入某个学生的信息，删除某个学生的信息，更新某个学生的信息，按条件检索某个学生的信息等等。应用举例2输出n个对象的全排列 输出n个对象的全排列可以使用下图1-1所示的形式描述。31213212312321231213211n特点：l在求解过程中，所处理的数据之间具有层次关系，这是我们所说的树形结构；l对它的操作有：建立树形结构，输出最低层结点内容等等。应用举例3制定教学计划 在制定教学计划时，需要考虑各门课程的开设顺序。有些课程需要先导课程，有些课程则不需要，而有些课程又是其他课程的先导课程。比如，计算机专业课程的开设情况如下表1-2所示：计 算 机 专 业 学 生 的 必 修 课 程课 程 编 号课 程 名 称需 要 的 先 导 课 程编 号C 1程 序 设 计 基 础无C 2离 散 数 学C 1C 3数 据 结 构C 1，C 2C 4汇 编 语 言C 1C 5算 法 分 析 与 设 计C 3，C 4C 6计 算 机 组 成 原 理C 1 1C 7编 译 原 理C 5，C 3C 8操 作 系 统C 3，C 6C 9高 等 数 学无C 1 0线 性 代 数C 9C 1 1普 通 物 理C 9C 1 2数 值 分 析C 9，C 1 0，C 1n课程先后关系的图形描形式：c1c9c4c2c12c10c11c5c3c6c7c8n特点 l 课程之间的先后关系用图结构描述；l 通过实施创建图结构，按要求将图结构中的顶点进行线性排序。n结论：结论：数据结构主要研究以下三个方面的问题：数据结构主要研究以下三个方面的问题：n数据的逻辑结构n数据的存储结构n对各种数据结构进行的运算 数据结构是一门研究数据结构是一门研究数据数据组织组织、存储存储和和运算运算的一般方法的学科。的一般方法的学科。2.2.2 基本概念和术语能输入到计算机中能输入到计算机中并能被计算机程序处理的并能被计算机程序处理的符号的集合。符号的集合。整数整数(1,2)(1,2)、实数、实数(1.1,1.2)(1.1,1.2)字符串字符串(Beijing)(Beijing)、图形、声音。图形、声音。2.2.2 基本概念和术语 数据结构是一门研究数据结构是一门研究数据数据组织组织、存储存储和和运算运算的一般方法的学科。的一般方法的学科。2.2.2 基本概念和术语计算机管理图书问题计算机管理图书问题 在图书馆里有各种卡片：有按书名编排的、在图书馆里有各种卡片：有按书名编排的、有按作者编排的、有按分类编排有按作者编排的、有按分类编排如何将查询图书的这些信息存入计算机中如何将查询图书的这些信息存入计算机中既要考虑查询时间短，又要考虑节省空间既要考虑查询时间短，又要考虑节省空间 数据结构是一门研究数据结构是一门研究数据数据组织组织、存储存储和和运算运算的一般方法的学科。的一般方法的学科。最简单的办法之一是建立一张表，最简单的办法之一是建立一张表，每一本书的信息在表中占一行，如每一本书的信息在表中占一行，如 2.2.2 基本概念和术语 数据结构是一门研究数据结构是一门研究数据数据组织组织、存储存储和和运算运算的一般方法的学科。的一般方法的学科。如何将如何将0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,1,2,3,4,5,6,7,8,9这这1010个数存放在个数存放在计算机中能最快地达到你所需要的目的？计算机中能最快地达到你所需要的目的？目的不同，目的不同，最佳最佳的存储方方法就不同的存储方方法就不同。从大到小排列：从大到小排列：9,8,7,6,5,4,3,2,1,09,8,7,6,5,4,3,2,1,0输出偶数：输出偶数：0,2,4,6,8,1,3,5,7,9 0,2,4,6,8,1,3,5,7,9 数据元素在数据元素在计算机中的表示计算机中的表示 数据结构是一门研究数据结构是一门研究数据数据组织组织、存储存储和和运算运算的一般方法的学科。的一般方法的学科。2.2.2 基本概念和术语对数据结构中的节点进行对数据结构中的节点进行操作处理操作处理(插入、删除、修改、查找、排序插入、删除、修改、查找、排序)2.2.2 基本概念和术语 数据结构是一门研究数据结构是一门研究数据数据组织组织、存储存储和和运算运算的一般方法的学科。的一般方法的学科。数据元素数据元素(Data Element)(Data Element)数据元素是数据的基本单位，即数据数据元素是数据的基本单位，即数据集合中的个体。集合中的个体。有时一个数据元数可由若干有时一个数据元数可由若干数据项数据项(Data Item)(Data Item)组成。数据项是数据的最小组成。数据项是数据的最小单位。单位。数据元素亦称数据元素亦称节点节点或或记录记录。数据结构可描述为数据结构可描述为 Group=（D，R）有限个数据元素的集合有限个数据元素的集合有限个节点间关系的集合有限个节点间关系的集合 1数据的逻辑结构 2、数据的存储结构 3、数据的运算：检索、排序、插入、删除、修改等。A线性结构 B非线性结构A 顺序存储 B 链式存储 线性表栈队树形结构图形结构数据结构的三个方面 数据结构可描述为数据结构可描述为 Group=（D，R）线性结构线性结构 A,B,C,，X,Y,Z学 生 成 绩 表86胡孝臣986110395刘忠赏9861107100张卓9861109成绩姓名学号线性表线性表结点间是以线性关系联结结点间是以线性关系联结 1数据的逻辑结构 2、数据的存储结构 3、数据的运算：检索、排序、插入、删除、修改等。A线性结构 B非线性结构A 顺序存储 B 链式存储 线性表栈队树形结构图形结构数据结构的三个方面 数据结构可描述为数据结构可描述为 Group=（D，R）树形结构树形结构全校学生档案管理的组织方式全校学生档案管理的组织方式计算机程序管理系统也是典型的树形结构计算机程序管理系统也是典型的树形结构ABCDEFGH树形结构 结点间具有分层次的连接关系HBCDEFGA 1数据的逻辑结构 2、数据的存储结构 3、数据的运算：检索、排序、插入、删除、修改等。A线性结构 B非线性结构A 顺序存储 B 链式存储 线性表栈队树形结构图形结构数据结构的三个方面(亦称物理结构亦称物理结构)1423 D=1,2,3,4 R=(1,2),(1,3),(1,4),(2,3)(3,4),(2,4)213 D=1,2,3 R=(1,2),(2,3),(3,2),(1,3)图形结构图形结构节点间的连结是任意的节点间的连结是任意的 1数据的逻辑结构 2、数据的存储结构 3、数据的运算：检索、排序、插入、删除、修改等。A线性结构 B非线性结构A 顺序存储 B 链式存储 线性表栈队树形结构图形结构数据结构的三个方面(亦称物理结构亦称物理结构)元素n.元素i.元素2元素1LoLo+mLo+(i-1)*mLo+（n-1)*m存储地址存储内容Loc(a)=Lo+（i-1)*m顺序存储每个元素所占用每个元素所占用的存储单元个数的存储单元个数元素n.元素i.元素2元素1存储内容顺序存储结构常用于线性顺序存储结构常用于线性数据结构，将逻辑上相邻数据结构，将逻辑上相邻的数据元素存储在物理上的数据元素存储在物理上相邻的存储单元里。相邻的存储单元里。顺序存储结构的三个弱点：顺序存储结构的三个弱点：1.作插入或删除操作时，需移动大量元数。作插入或删除操作时，需移动大量元数。2.长度变化较大时，需按最大空间分配。长度变化较大时，需按最大空间分配。3.表的容量难以扩充。表的容量难以扩充。1数据的逻辑结构 2、数据的存储结构 3、数据的运算：检索、排序、插入、删除、修改等。A线性结构 B非线性结构A 顺序存储 B 链式存储 线性表栈队树形结构图形结构数据结构的三个方面(亦称物理结构亦称物理结构)1536元素21400元素11346元素3 元素41345h 链式存储 每个节点都由两部分组成：每个节点都由两部分组成：数据域数据域和和指针域指针域。数据域数据域存放元素本身的数据，存放元素本身的数据，指针域指针域存放指针。存放指针。数据元素之间逻辑上的联系由指针来体现数据元素之间逻辑上的联系由指针来体现。1536元素21400元素11346元素3 元素4head 1346 元素3 1536 .1536 元素2 1400 .元素4 1346 1400 元素1 1345 指针 存储内容存储地址 链式存储 13451536元素21400元素11346元素3 元素41345h 链式存储 1.比顺序存储结构的存储密度小比顺序存储结构的存储密度小 (每个节点都由数据域和指针愈组成每个节点都由数据域和指针愈组成)。2.逻辑上相邻的节点物理上不必相邻。逻辑上相邻的节点物理上不必相邻。3.插入、删除灵活插入、删除灵活 (不必移动节点，只要改变节点中的指针不必移动节点，只要改变节点中的指针)。链接存储结构特点：链接存储结构特点：1数据的逻辑结构 2、数据的存储结构 3、数据的运算：检索、排序、插入、删除、修改等。A线性结构 B非线性结构A 顺序存储 B 链式存储 线性表栈队树形结构图形结构数据结构的三个方面(亦称物理结构亦称物理结构)线性结构和非线性结构n如果一个非空的数据结构满足下列两个条件：n有且只有一个根结点；n每一个结点最多有一个前件，也最多有一个后件则称该数据结构为线性结构（线性表）。n如果一个数据结构不是线性结构，则称之为非线性结构。例题讲解n链表不具有的特点是A)不必事先估计存储空间 B)可随机访问任一元素C)插入删除不需要移动元素D)所需空间与线性表长度成正比n数据结构分为逻辑结构与存储结构，线性链表属于 【1】。n数据结构中，与所使用的计算机无关的是数据的 A)存储结构B)物理结构 C)逻辑结构D)物理和存储结构 n数据的逻辑结构有线性结构和【1】两大类。n顺序存储方法是把逻辑上相邻的结点存储在物理位置【2】的存储单元中。n数据处理的最小单位是 A)数据 B)数据元素 C)数据项D)数据结构n数据结构作为计算机的一门学科，主要研究数据的逻辑结构、对各种数据结构进行的运算，以及 A)数据的存储结构 B)计算方法 C)数据映象 D)逻辑存储n线性表的顺序存储结构和线性表的链式存储结构分别是 A)顺序存取的存储结构、顺序存取的存储结构 B)随机存取的存储结构、顺序存取的存储结构 C)随机存取的存储结构、随机存取的存储结构 D)任意存取的存储结构、任意存取的存储结构 n根据数据结构中各数据元素之间前后件关系的复杂程度，一般将数据结构分成 A)动态结构和静态结构 B)紧凑结构和非紧凑结构 C)线性结构和非线性结构 D)内部结构和外部结构 n数据结构包括数据的逻辑结构、数据的【2】以及对数据的操作运算。n数据的基本单位是【5】。n下列叙述中，错误的是 A)数据的存储结构与数据处理的效率密切相关 B)数据的存储结构与数据处理的效率无关 C)数据的存储结构在计算机中所占的空间不一定是连续的 D)一种数据的逻辑结构可以有多种存储结构n数据的存储结构是指A）数据所占的存储空间B）数据的逻辑结构在计算机中的表示C）数据在计算机中的顺序存储方式D）存储在外存中的数据 2.3 线性表2.3.1 线性表的定义 线性表是线性表是n个元素的有限序列，它们之间的个元素的有限序列，它们之间的关系可以排成一个线性序列：关系可以排成一个线性序列：a1，a2，ai，an其中其中n称作表的长度，当称作表的长度，当n=0时，称作空表。时，称作空表。线性表的特点：线性表的特点：1.线性表中所有元素的性质相同。线性表中所有元素的性质相同。2.除第一个和最后一个数据元素之外，其它数据元除第一个和最后一个数据元素之外，其它数据元素有且仅有一个前驱和一个后继。第一个数据元素有且仅有一个前驱和一个后继。第一个数据元素无前驱，最后一个数据元素无后继。素无前驱，最后一个数据元素无后继。3.数据元素在表中的位置只取决于它自身的序号。数据元素在表中的位置只取决于它自身的序号。n在线性表上常用的运算有：在线性表上常用的运算有：初始化、求长度、取元素、修改、初始化、求长度、取元素、修改、前插、删除、检索、排序。前插、删除、检索、排序。2.3.2 线性表的顺序存储结构及其插入与删除操作n特点：特点：1、线性表中数据元素类型一致，只有数、线性表中数据元素类型一致，只有数据域，存储空间利用率高。据域，存储空间利用率高。2、所有元素所占的存储空间是连续的、所有元素所占的存储空间是连续的 3、各数据元素在存储空间中是按逻辑顺、各数据元素在存储空间中是按逻辑顺序依次存放的序依次存放的 2.做插入、删除时需移动大量元素。做插入、删除时需移动大量元素。3.空间估计不明时，按最大空间分配。空间估计不明时，按最大空间分配。元素元素a an n.元素元素a ai i.元素元素a a2 2元素元素a a1 1bb+mb+(i-1)*m b+(maxlen-1)*m存储地址存储地址内存状态内存状态Loc(元素元素i)=b+（i-1)*m顺序存储结构示意图顺序存储结构示意图(顺序表顺序表)：首地址首地址起始地址起始地址基地址基地址每个元素所占用每个元素所占用的存储单元个数的存储单元个数元素元素a a1 1元素元素a a2 2.元素元素a ai+1i+1.01i线性表的顺序存储结构线性表的顺序存储结构可用可用VB语言中的一维数组来描语言中的一维数组来描述述.Dim VM As integer;/*V是数组的名字，是数组的名字，M是数组大小，假是数组大小，假设数组中的元素是整型类型设数组中的元素是整型类型*/第第i个元素的个元素的ai存储地址：存储地址：Loc(ai)=Loc(a1)+(i-1)*mVVViViVm-1Vm-1.a2a1an.ai+1ai01i-1in-1 1-1插入运算插入运算ai-1.a2a1alength ai+1ai x ai-1.a2 a1 ai ai+1 alength alength ai+1 ai xOption Base 0Function int insq(i As Integer，x As Integer,V()As Integer,M As Integer,）/*顺序表顺序表插入函数插入函数*/*在线性表在线性表V中第中第i 个元素之前插入个元素之前插入x，i 的合法值为的合法值为 1 i n */Dim n As Integer，j As Integer n=UBound(V)/*获取表长获取表长*/If n=M Then /*M是存储空间的大小是存储空间的大小*/print overflown“Exit FunctionEnd IfIf(in+1)Then print i is error“Exit Function /*i值不合法值不合法*/Else for j=n To i Step-1 V(j)=V(j-1)/*插入位置后的元素依次右移插入位置后的元素依次右移*/Next J V(j)=x /*插入插入x*/End IfEnd Function注意数组元注意数组元素从素从0 0开始开始1-2删除运算删除运算Option Base oFunction delsq(i As Integer,V()As Integer）/*在线性表在线性表V中删除第中删除第i 个元素个元素*/Dim n As Integer,j As Integer n=UBound(V)If in Then print This element is not in the list“Exit Function else For j=I To n V(j-1)=V(j)/*被删除元素之后的元素左移被删除元素之后的元素左移*/Next JEnd ifEnd Function 插入算法的分析 假设线性表中含有n个数据元素，在进行插入操作时，若假定在n+1个位置上插入元素的可能性均等，则平均移动元素的个数为：1n1iis2n1)i(n1n1E 删除算法的分析 在进行删除操作时，若假定删除每个元素的可能性均等，则平均移动元素的个数为：分析结论 顺序存储结构表示的线性表，在做插入或删除操作时，平均需要移动大约一半的数据元素。当线性表的数据元素量较大，并且经常要对其做插入或删除操作时，这一点需要值得考虑。n1idl21ni)(nn1E例题讲解n链表不具有的特点是A)不必事先估计存储空间 B)可随机访问任一元素C)插入删除不需要移动元素D)所需空间与线性表长度成正比n顺序存储方法是把逻辑上相邻的结点存储在物理位置【2】的存储单元中。n长度为n的顺序存储线性表中，当在任何位置上插入一个元素概率都相等时，插入一个元素所需移动元素的平均个数为【1】。n线性表L=(a1,a2,a3,ai，an)，下列说法正确的是 A)每个元素都有一个直接前件和直接后件 B)线性表中至少要有一个元素 C)表中诸元素的排列顺序必须是由小到大或由大到小 D)除第一个元素和最后一个元素外，其余每个元素都有一个且只有一个直接前件和直接后件n线性表的顺序存储结构和线性表的链式存储结构分别是 A)顺序存取的存储结构、顺序存取的存储结构 B)随机存取的存储结构、顺序存取的存储结构 C)随机存取的存储结构、随机存取的存储结构 D)任意存取的存储结构、任意存取的存储结构 n根据数据结构中各数据元素之间前后件关系的复杂程度，一般将数据结构分成 A)动态结构和静态结构 B)紧凑结构和非紧凑结构 C)线性结构和非线性结构 D)内部结构和外部结构n当线性表采用顺序存储结构实现存储时，其主要特点是【1】。n线性表若采用链式存储结构时，要求内存中可用存储单元的地址 A)必须是连续的 B)部分地址必须是连续的 C)一定是不连续的 D)连续不连续都可以n下列叙述中，错误的是 A)数据的存储结构与数据处理的效率密切相关 B)数据的存储结构与数据处理的效率无关 C)数据的存储结构在计算机中所占的空间不一定是连续的 D)一种数据的逻辑结构可以有多种存储结构 2.4 栈和队列2.4.1 栈和队列的定义 栈和队列是两种特殊的线性表，它们是是两种特殊的线性表，它们是运算时要受到某些限制的线性表，故也运算时要受到某些限制的线性表，故也称为称为限定性的数据结构。2.4.1.12.4.1.1栈的定义栈的定义栈栈：限定只能在表的一端进行插入和删除的特殊的线性表限定只能在表的一端进行插入和删除的特殊的线性表,此种结构称为此种结构称为后进先出后进先出设栈设栈s=s=（a a1 1，a a2 2，.,a.,ai i，.，a an n），其中其中a a1 1是栈底元素，是栈底元素，a an n是栈顶元素。是栈顶元素。栈顶（栈顶（top)top)：允许插入和删除的一端；：允许插入和删除的一端；约定约定toptop始终指向新数据元素将存放的位置。始终指向新数据元素将存放的位置。栈底（栈底（bottom):bottom):不允许插入和删除的一端。不允许插入和删除的一端。a1 a2 .an进栈进栈出栈出栈栈顶栈顶栈底栈底队列的主要运算队列的主要运算（1）设置一个空队列；）设置一个空队列；（2）插入一个新的队尾元素，称为进队；）插入一个新的队尾元素，称为进队；（3）删除队头元素，称为出队；）删除队头元素，称为出队；（4）读取队头元素；）读取队头元素；2.4.1.2 队列的定义队列的定义定义：定义：一种特殊的线性结构，限定只能在表的一端进行插入，在表的另一端进行删除的线性表 。此种结构称为先进先出（先进先出（FIFO）表表。a1 ,a2 ,a3 ,a4 ,an-1 ,an 队 列 示 意 图队头队尾2.4.2 栈的顺序存储结构及其基本运算栈的顺序存储结构及其基本运算 a2 a1 a1 a2 top 用顺序存储结构表示的栈用顺序存储结构表示的栈。顺序栈用一组连续的存储单元存放自栈底到栈顺序栈用一组连续的存储单元存放自栈底到栈顶的数据元素，一般用一维数组表示，设置一个顶的数据元素，一般用一维数组表示，设置一个简单变量简单变量top指示栈顶位置，称为指示栈顶位置，称为栈顶指针栈顶指针，它它始终指向待插入元素的位置。始终指向待插入元素的位置。基本运算：压（进）栈：PUSH出栈：POP 3 2 1 0 (a)rear=front=-1(队空）队空）e3 e4 (c)(c)e1,e2出队，出队，e4入队入队 队队 满满rear=4front e1 e2 e3 (b)rearfront(b)e1,e2,e3入队入队队空时，队空时，令令rear=front=-1，当有当有新元素入队时，尾指针加新元素入队时，尾指针加1，当有元，当有元素出队时，头指针加素出队时，头指针加1。故在非空队。故在非空队列中，列中，头指针头指针始终指向始终指向队头元素前一队头元素前一个位置个位置，而，而尾指针尾指针始终指向始终指向队尾元素队尾元素的位置的位置2.4.3 队列的顺序存储结构及其基本运算队列的顺序存储结构及其基本运算例题讲解n栈和队列的共同特点是 A)都是先进先出 B)都是先进后出 C)只允许在端点处插入和删除元素 D)没有共同点n如果进栈序列为e1,e2,e3,e4，则可能的出栈序列是 A)e3,e1,e4,e2 B)e2,e4,e3,e1 C)e3,e4,e1,e2D)任意顺序n一些重要的程序语言(如C语言和Pascal语言)允许过程的递归调用。而实现递归调用中的存储分配通常用 A)栈B)堆 C)数组 D)链表n栈底至栈顶依次存放元素A、B、C、D，在第五个元素E入栈前，栈中元素可以出栈，则出栈序列可能是 A)ABCED B)DCBEA C)DBCEA D)CDABE n栈通常采用的两种存储结构是 A)线性存储结构和链表存储结构 B)散列方式和索引方式 C)链表存储结构和数组 D)线性存储结构和非线性存储结构n栈和队列通常采用的存储结构是【1】。n下列数据结构中，按先进后出原则组织数据的是 A)线性链表 B)栈 C)循环链表 D)顺序表n当循环队列非空且队尾指针等于队头指针时，说明循环队列已满，不能进行入队运算。这种情况称为【2】。n由两个栈共享一个存储空间的好处是 A)减少存取时间，降低下溢发生的机率 B)节省存储空间，降低上溢发生的机率 C)减少存取时间，降低上溢发生的机率 D)节省存储空间，降低下溢发生的机率n下列关于栈的叙述中正确的是）在栈中只能插入数据 B）在栈中只能删除数据C）栈是先进先出的线性表 D）栈是后进先出的线性表n下列关于队列的叙述中正确的是）在队列中只能插入数据 B）在队列中只能删除数据C）队列是先进先出的线性表 D）队列是后进先出的线性表2.5 链表n线性单链表n双向链表n循环链表结构及其基本运算结构及其基本运算2.5.1 线性表的链式存储结构线性表的链式存储结构 将线性表的元素放到一个具有头指针的链表中，链表将线性表的元素放到一个具有头指针的链表中，链表中每个结点包含数据域和指针域。中每个结点包含数据域和指针域。数据域存放数据，指针域存放数据域存放数据，指针域存放后继结点后继结点的地址，最后的地址，最后一个结点的指针域为空。逻辑上相邻的数据元素在内存一个结点的指针域为空。逻辑上相邻的数据元素在内存中的物理存储空间不一定相邻。中的物理存储空间不一定相邻。上图的线性表为上图的线性表为ZHAO，QIAN，SUN，LI，ZHOU，WU，ZHENG，WANG线性链表表示法线性链表表示法:链式存储结构的特点链式存储结构的特点 插入、删除灵活方便，不需要移动结点，只插入、删除灵活方便，不需要移动结点，只要改变结点中指针域的值即可。要改变结点中指针域的值即可。适合于线性表是动态变化的适合于线性表是动态变化的,不进行频繁查找不进行频繁查找操作、但经常进行插入删除时使用。操作、但经常进行插入删除时使用。链表的查找只能从头指针开始顺序查找。链表的查找只能从头指针开始顺序查找。a1a2ana3L.线性表的链式存储结构可用线性表的链式存储结构可用C语言中的语言中的“结构指针结构指针”来描述来描述带头结点的线性链表带头结点的线性链表datanexttypedef struct LNode int data;Struct LNode*next;JD;babaxPP单链表的插入运算单链表的插入运算S在在P所指向的结点之后插入新的结点所指向的结点之后插入新的结点babaxanaia1a2PPai-1xL单链表的插入运算单链表的插入运算S单链表的插入运算单链表的插入运算void lbcr(JD*p,int x)/*在在P所指向的结点之后插入新的结点所指向的结点之后插入新的结点*/JD*s;/*定义指向结点类型的指针定义指向结点类型的指针 */s=(JD*)malloc(sizeof(JD);/*生成新结点生成新结点*/s-data=x;s-next=p-next;p-next=s;return OK;anaia1a2Pai-1L单链表的插入运算单链表的插入运算void lbcr(JD*p,int x)/*在在P所指向的结点之后插入新的结点所指向的结点之后插入新的结点*/JD*s;/*定义指向结点类型的指针定义指向结点类型的指针 */s=(JD*)malloc(sizeof(JD);/*生成新结点生成新结点*/s-data=x;s-next=p-next;p-next=s;return OK;anaia1a2Pai-1L单链表的插入运算单链表的插入运算void lbcr(JD*p,int x)/*在在P所指向的结点之后插入新的结点所指向的结点之后插入新的结点*/JD*s;/*定义指向结点类型的指针定义指向结点类型的指针 */s=(JD*)malloc(sizeof(JD);/*生成新结点生成新结点*/s-data=x;s-next=p-next;p-next=s;return OK;Sanaia1a2Pai-1xL单链表的插入运算单链表的插入运算void lbcr(JD*p,int x)/*在在P所指向的结点之后插入新的结点所指向的结点之后插入新的结点*/JD*s;/*定义指向结点类型的指针定义指向结点类型的指针 */s=(JD*)malloc(sizeof(JD);/*生成新结点生成新结点*/s-data=x;s-next=p-next;p-next=s;return OK;Sanaia1a2Pai-1xL单链表的插入运算单链表的插入运算void lbcr(JD*p,int x)/*在在P所指向的结点之后插入新的结点所指向的结点之后插入新的结点*/JD*s;/*定义指向结点类型的指针定义指向结点类型的指针 */s=(JD*)malloc(sizeof(JD);/*生成新结点生成新结点*/s-data=x;s-next=p-next;p-next=s;return OK;Sanaia1a2Pai-1xL单链表的插入运算单链表的插入运算void lbcr(JD*p,int x)/*在在P所指向的结点之后插入新的结点所指向的结点之后插入新的结点*/JD*s;/*定义指向结点类型的指针定义指向结点类型的指针 */s=(JD*)malloc(sizeof(JD);/*生成新结点生成新结点*/s-data=x;s-next=p-next;p-next=s;return OK;void lbsc(JD*p)/*删除删除p指针指向结点的后一个结点指针指向结点的后一个结点*/JD*q;if(p-next!=NULL)q=p-next;/*q指向指向p的后继结点的后继结点*/p-next=q-next;/*修改修改p结点的指针域结点的指针域*/free(q);/*删除并释放结点删除并释放结点*/单链表的删除运算单链表的删除运算ai-1a1aiai+1Lpvoid lbsc(JD*p)/*删除删除p指针指向结点的后一个结点指针指向结点的后一个结点*/JD*q;if(p-next!=NULL)q=p-next;/*q指向指向p的后继结点的后继结点*/p-next=q-next;/*修改修改p结点的指针域结点的指针域*/free(q);/*删除并释放结点删除并释放结点*/单链表的删除运算单链表的删除运算ai-1a1aiai+1Lpvoid lbsc(JD*p)/*删除删除p指针指向结点的后一个结点指针指向结点的后一个结点*/JD*q;if(p-next!=NULL)q=p-next;/*q指向指向p的后继结点的后继结点*/p-next=q-next;/*修改修改p结点的指针域结点的指针域*/free(q);/*删除并释放结点删除并释放结点*/单链表的删除运算单链表的删除运算a1q qai-1a1aiai+1Lpqvoid lbsc(JD*p)/*删除删除p指针指向结点的后一个结点指针指向结点的后一个结点*/JD*q;if(p-next!=NULL)q=p-next;/*q指向指向p的后继结点的后继结点*/p-next=q-next;/*修改修改p结点的指针域结点的指针域*/free(q);/*删除并释放结点删除并释放结点*/单链表的删除运算单链表的删除运算ai-1a1aiai+1Lpqvoid lbsc(JD*p)/*删除删除p指针指向结点的后一个结点指针指向结点的后一个结点*/JD*q;if(p-next!=NULL)q=p-next;/*q指向指向p的后继结点的后继结点*/p-next=q-next;/*修改修改p结点的指针域结点的指针域*/free(q);/*删除并释放结点删除并释放结点*/单链表的删除运算单链表的删除运算ai-1a1aiai+1Lpvoid lbsc(JD*p)/*删除删除p指针指向结点的后一个结点指针指向结点的后一个结点*/JD*q;if(p-next!=NULL)q=p-next;/*q指向指向p的后继结点的后继结点*/p-next=q-next;/*修改修改p结点的指针域结点的指针域*/free(q);/*删除并释放结点删除并释放结点*/单链表的删除运算单链表的删除运算线性链表的查找操作：线性链表的查找操作：设无表头结点的线性链表的头指针为设无表头结点的线性链表的头指针为h,沿着链表的开沿着链表的开始往后找结点始往后找结点x，若找到，则返回该结点在链表中的，若找到，则返回该结点在链表中的位置，否则返回空地址。位置，否则返回空地址。JD*lbcz(JD*h,int x)JD*p;p=h;while(p!=NULL&p-data!=x)p=p-next;return(p);2.5.2 循环链表循环链表:首尾相接的链表。首尾相接的链表。将最后一个结点的空指针改为指向头结点，从任一结点将最后一个结点的空指针改为指向头结点，从任一结点出发均可找到其它结点。出发均可找到其它结点。a1a2ana3L.带头结点的单链表带头结点的单链表a1a2ana3L.循环单链表循环单链表2.5.3 双向链表双向链表 在每个结点中设置两个指针，在每个结点中设置两个指针，一个指向后继，一个指向前驱。可一个指向后继，一个指向前驱。可直接确定一个结点的前驱和后继结直接确定一个结点的前驱和后继结点。可提高效率。点。可提高效率。datanextbefore5.线性表的应用：应用最广的数据结构。线性表的应用：应用最广的数据结构。高级语言中的数组；高级语言中的数组；计算机的文件系统；计算机的文件系统；计算机的目录系统；计算机的目录系统；电话号码查询系统（可采用顺序表或单链表结构电话号码查询系统（可采用顺序表或单链表结构）；）；各种事务处理（各种表格均采用顺序表和线性链表结各种事务处理（各种表格均采用顺序表和线性链表结构）构）LS28375PR(1)L=P-link;28375PRSLL 对以下单链表分别执行下列各程序段对以下单链表分别执行下列各程序段,并画并画出结果示意图出结果示意图.LS28375PR(2)R-data=P-data;28575PRS(3)R-data=P-link-data;28775PRSLS28375PR(4)P-link-link-link-data=P-data;25375PRSLS28375PR(5)T=P;while(T!=NULL)T-data=(T-data)*2;T=T-link;LS2PR1014616LS28375PR(6)T=P;while(T-link!=NULL)T-data=(T-data)*2;T=T-link;LS2PR101468LS28375PR(7)P=(JD*)malloc(sizeof(JD);P-data=10;R-link=P;P-link=S;LS28375PR(7)P=(JD*)malloc(sizeof(JD);P-data=10;R-link=P;P-link=S;PLS28375PRLS28375PR(7)P=(JD*)malloc(sizeof(JD);P-data=10;R-link=P;P-link=S;P10LS28375PRLS28375PR(7)P=(JD*)malloc(sizeof(JD);P-data=10;R-link=P;P-link=S;LS28375RP10LS28375PR(7)P=(JD*)malloc(sizeof(JD);P-data=10;R-link=P;P-link=S;LS28375RP10LS28375PR(8)T=L;T-link=P-link;free(P);LS2837PRT5LS28375PR(9)S-link=L;LS28375PR如果如果 S-link=L 则则S所指向的结点为尾结点所指向的结点为尾结点.LS28375PR例题讲解n链表不具有的特点是A)不必事先估计存储空间 B)可随机访问任一元素C)插入删除不需要移动元素D)所需空间与线性表长度成正比n用链表表示线性表的优点是 A)便于随机存取 B)花费的存储空间较顺序存储少 C)便于插入和删除操作 D)数据元素的物理顺序与逻辑顺序相同n长度为n的顺序存储线性表中，当在任何位置上插入一个元素概率都相等时，插入一个元素所需移动元素的平均个数为【1】。n线性表L=(a1,a2,a3,ai，an)，下列说法正确的是A)每个元素都有一个直接前件和直接后件B)线性表中至少要有一个元素C)表中诸元素的排列顺序必须是由小到大或由大到小D)除第一个元素和最后一个元素外，其余每个元素都有一个且只有一个直接前件和直接后件 n在单链表中，增加头结点的目的是 A)方便运算的实现 B)使单链表至少有一个结点 C)标识表结点中首结点的位置 D)说明单链表是线性表的链式存储实现n非空的循环单链表head的尾结点(由p所指向)，满足 A)p-next=NULLB)p=NULL C)p-next=head D)p=head n循环链表的主要优点是 A)不再需要头指针了 B)从表中任一结点出发都能访问到整个链表 C)在进行插入、删除运算时，能更好的保证链表不断开 D)已知某个结点的位置后，能够容易的找到它的直接前件n线性表的顺序存储结构和线性表的链式存储结构分别是 A)顺序存取的存储结构、顺序存取的存储结构 B)随机存取的存储结构、顺序存取的存储结构 C)随机存取的存储结构、随机存取的存储结构 D)任意存取的存储结构、任意存取的存储结构 n当循环队列非空且队尾指针等于队头指针时，说明循环队列已满，不能进行入队运算。这种情况称为【2】。n用链表表示线性表的突出优点是【1】。2.6 树n树的基本概念n二叉树的定义及其存储结构n二叉树的前序、中序和后序遍历2.6.1 树的定义树的定义 由一个或多个结点组成的有限集合由一个或多个结点组成的有限集合。仅有一个根结点，结仅有一个根结点，结点间有明显的层次结构关系。点间有明显的层次结构关系。A C G T2D H I T3J M B E L KT1 F现实世界中，能用树的结构表示的例子：现实世界中，能用树的结构表示的例子：学校的行政关系、书的层次结构、人类的家族血缘关学校的行政关系、书的层次结构、人类的家族血缘关系等。系等。介绍几个概念：介绍几个概念：结点（结点（Node）：树中的元素，包含数据项及若干指向其）：树中的元素，包含数据项及若干指向其子树的分支。子树的分支。结点的度（结点的度（Degree）：结点拥有的子树数。）：结点拥有的子树数。结点的层次：从根结点开始算起，根为第一层。结点的层次：从根结点开始算起，根为第一层。叶子（叶子（Leaf）：度为零的结点，也称端结点。）：度为零的结点，也称端结点。孩子（孩子（Child）：结点子树的根称为该结点的孩子结点。）：结点子树的根称为该结点的孩子结点。兄弟（兄弟（Sibling）：同一双亲的孩子。）：同一双亲的孩子。双亲（双亲（Parent）：孩子结点的上层结点，称为这些结点的）：孩子结点的上层结点，称为这些结点的双亲。双亲。深度（深度（Depth)：树中结点的最大层次数。树中结点的最大层次数。森林（森林（Forest）：）：M棵互不相交的树的集合。棵互不相交的树的集合。A C G T2D H I T3J M B E L KT1 F2.6.2 二叉树二叉树（Binary Tree）1、二叉树的定义及其性质、二叉树的定义及其性质 (1)二叉树的定义二叉树的定义二叉树的五种基本形态二叉树的五种基本形态二叉树一种特殊的树型结构，特点是树中每个结点只有两棵二叉树一种特殊的树型结构，特点是树中每个结点只有两棵子树，且子树有左右之分，次序不能颠倒。子树，且子树有左右之分，次序不能颠倒。空二叉树空二叉树 仅有仅有根结点根结点 右子树右子树为空为空 左子树左子树为空为空左右子树左右子树均非空均非空因为树的每个结点的度不同，存储困难，使对树的处理算法因为树的每个结点的度不同，存储困难，使对树的处理算法很复杂。所以引出二叉树的讨论。很复杂。所以引出二叉树的讨论。二叉数是二叉数是n(nn(n 0)0)个结点的有限集合。它或为空个结点的有限集合。它或为空数数(n=0),(n=0),或由一个根结点和两棵分别称为根的左子或由一个根结点和两棵分别称为根的左子树和右子树的互不相交的二叉数组成。树和右子树的互不相交的二叉数组成。特别要注意：特别要注意：二叉数不是树的特殊情况。二叉数不是树的特殊情况。a aa ab bb b两棵不同的二叉数两棵不同的二叉数A、二叉树的第i层上至多有2 i-1（i 1）个结点。(2)二叉树的基本性质二叉树的基本性质423167891011121314155第三层上第三层上(i=3)(i=3)，有，有2 23-13-1=4=4个节点。个节点。第四层上第四层上(i=4)(i=4)，有，有2 24-14-1=8=8个节点。个节点。A、二叉树的第i层上至多有2 i-1（i 1）个结点。B、深度为h的二叉树中至多含有2h-1个结点。(2)二叉树的基本性质二叉树的基本性质423167891011121314155此树的深度此树的深度h=4h=4，共有，共有2 24 4-1=15-1=15个节点。个节点。A、二叉树的第i层上至多有2 i-1（i 1）个结点。B、深度为h的二叉树中至多含有2h-1个结点。C、若在任意一棵二叉树中，有n0个叶子结点，有n2个度为2的结点，则：n0=n2+1(2)二叉树的基本性质二叉树的基本性质423167891011121314155n n0 0=8=8n n2 2=7=7（3）满二叉树）满二叉树423167891011121314155特点：每一层上都含有最大结点数。特点：每一层上都含有最大结点数。4231678910 11125 非完全二叉树非完全二叉树（4）完全二叉树4231678910 11125 完全二叉树完全二叉树特点：除最后一层外，每一层都取最大结点数，特点：除最后一层外，每一层都取最大结点数，最后一层结点都集中在该层最左边的若干位置。最后一层结点都集中在该层最左边的若干位置。（5）树与二叉树的区别）树与二叉树的区别A树的结点个数至少为树的结点个数至少为1，而二叉树的结点个数可以为，而二叉树的结点个数可以为0。B树中结点的最大度数没有限制，二叉树结点最大度数为树中结点的最大度数没有限制，二叉树结点最大度数为2。C树的结点无左、右之分，二叉树的结点子树有明确的左、右之分。树的结点无左、右之分，二叉树的结点子树有明确的左、右之分。树 二叉树2、二叉树的存储结构、二叉树的存储结构(2)链式存储结构链式存储结构T16若父结点在数组中若父结点在数组中i下标处，其左孩子在下标处，其左孩子在2*i处，右孩子在处，右孩子在2*i+1处。处。11 A B c F E D 1 2 4 8 910 5 6 3 712131415(1)顺序存储结构顺序存储结构(1)顺序存储结构顺序存储结构2h-1=24-1=15用一组连续的存储单元存放二叉树用一组连续的存储单元存放二叉树的数据元素。结点在数组中的相对的数据元素。结点在数组中的相对位置蕴含着结点之间的关系。位置蕴含着结点之间的关系。0000FE000DC0BA15141312111098765432100一般二叉树必须按完全二叉树的形式存储，将造成存储的浪费。一般二叉树必须按完全二叉树的形式存储，将造成存储的浪费。2.6.3 二叉树的遍历二叉树的遍历 查找某个结点，或对二叉树中全部结点进行某种处理，就需要遍查找某个结点，或对二叉树中全部结点进行某种处理，就需要遍历。历。（1）遍历定义及遍历算法）遍历定义及遍历算法 遍历是指按某条搜索路线寻访树中每个结点，且每个结点只被访遍历是指按某条搜索路线寻访树中每个结点，且每个结点只被访问一次。问一次。按先左后右的原则，一般使用三种遍历：按先左后右的原则，一般使用三种遍历：先序遍历先序遍历(D L R):访问根结点，按先序遍历左子树，按先序遍历右子树。访问根结点，按先序遍历左子树，按先序遍历右子树。中序遍历中序遍历(L D R):按中序遍历左子树，访问根结点，按中序遍历右子树。按中序遍历左子树，访问根结点，按中序遍历右子树。后序遍历后序遍历(L R D):按后序遍历左子树，按后序遍历右子树，访问根结点。按后序遍历左子树，按后序遍历右子树，访问根结点。二叉树为空时，执行空操作，即空二叉树已遍历完。二叉树为空时，执行空操作，即空二叉树已遍历完。（2）遍历算法）遍历算法先序遍历：先序遍历：D L R中序遍历：中序遍历：L D R后序遍历：后序遍历：L R DADBCT1T2T3D L RAD L RD L RBDCD L R以先序遍历以先序遍历D L RD L R为例演示遍