计算机软件基础知识概要课件.ppt
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1、1计算机软件基础知识 软件基础软件基础第1页,共50页。算法v算法的基本概念算法的基本概念 算法:算法:是一组有穷指令集,是是一组有穷指令集,是解题方案的准确而完整的描解题方案的准确而完整的描述述。通俗地说,算法就是计算机解题的过程。算法不。通俗地说,算法就是计算机解题的过程。算法不等于程序,也不等于计算方法,程序的编制不可能优等于程序,也不等于计算方法,程序的编制不可能优于算法的设计。于算法的设计。算法的基本特征:算法的基本特征:是一组严谨地定义运算顺序的规则,每一个规则都是是一组严谨地定义运算顺序的规则,每一个规则都是有效的,是明确的,此顺序将在有限的次数下终止。有效的,是明确的,此顺序将
2、在有限的次数下终止。算法不等于程序,程序算法不等于程序,程序不可能优于算法。不可能优于算法。基本特性基本特性 可行性:根据实际问题设计的算法,执行得到满意结果可行性:根据实际问题设计的算法,执行得到满意结果 确定性:每一步骤必须有明确定义,不允许有多义性。确定性:每一步骤必须有明确定义,不允许有多义性。有穷性:算法必须能在有限的时间内做完。有穷性:算法必须能在有限的时间内做完。输入和输出:拥有足够的情报,方可执行。输入和输出:拥有足够的情报,方可执行。第2页,共50页。算法的基本要素.1 1.对数据对象的运算和操作对数据对象的运算和操作 算术运算:、算术运算:、等等 逻辑运算:逻辑运算:、=、
3、=、!=!=等等 关系运算:关系运算:andand、oror、notnot等等 数据传输:数据传输:w w、r r等等.2 2.算法的控制结构算法的控制结构 算法中各操作之间的执行顺序算法中各操作之间的执行顺序 描述算法的工具通常有传统流程图、描述算法的工具通常有传统流程图、N-SN-S结构化流结构化流程图、算法描述语言等程图、算法描述语言等 算法可以用算法可以用顺序、选择、循环顺序、选择、循环三种基本机构组合三种基本机构组合而成。而成。第3页,共50页。算法基本设计方法(1 1)列举法:)列举法:根据问题,列举所有可能的情况,并用问题中给定的条根据问题,列举所有可能的情况,并用问题中给定的条
4、件检验哪些是需要的,哪些是不需要的。件检验哪些是需要的,哪些是不需要的。(2 2)归纳法:)归纳法:通过列举少量的特殊情况,经过分析,最后找出一般的通过列举少量的特殊情况,经过分析,最后找出一般的关系。关系。(3 3)递推:)递推:是指从已知的初始条件出发,逐次推出所要求的是指从已知的初始条件出发,逐次推出所要求的各中间结果和最后结果。各中间结果和最后结果。(4 4)递归:)递归:将问题逐层分解的过程。将问题逐层分解的过程。(5 5)减半递推技术:)减半递推技术:“减半减半”,是指将问题规模减半,而,是指将问题规模减半,而问题性质不变;问题性质不变;“递推递推”,是指重复,是指重复“减半减半”
5、过程。过程。(6 6)回溯法:)回溯法:分析问题,找出一个解决总线索,然后沿着这分析问题,找出一个解决总线索,然后沿着这个线索逐步试探。个线索逐步试探。第4页,共50页。算法效率度量算法的复杂度v算法的复杂度:时间复杂度、空间复杂度算法的复杂度:时间复杂度、空间复杂度 算法的时间复杂度算法的时间复杂度 算法时间复杂度是指执行算法所需要的算法时间复杂度是指执行算法所需要的计算工作量计算工作量。工作量用算法所执行的工作量用算法所执行的基本运算次数基本运算次数来度量,而算法所执行的来度量,而算法所执行的基本运算次数是问题规模的函数,即基本运算次数是问题规模的函数,即 算法的工作量算法的工作量=f(n
6、)=f(n)算法空间复杂度算法空间复杂度 算法空间复杂度是指执行这个算法所需要的算法空间复杂度是指执行这个算法所需要的内存空间内存空间。存储空间包括:存储空间包括:算法程序所占的空间、算法程序所占的空间、输入数据所占的空间、输入数据所占的空间、算法执行过程中所需要的额外空间算法执行过程中所需要的额外空间第5页,共50页。数据结构基本概念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。数据结构是一
7、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的一般方法的学科。一般方法的学科。第6页,共50页。数据结构基本概念 图书馆里有各种卡片:有按书名编排的、有按作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。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既要考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。第7页,共50页。数据结构基本概念 最简单的办法之一是建立一张最简单的办法之一
8、是建立一张表表,每一本书的信,每一本书的信息在表中占一行,如息在表中占一行,如 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、存存储储和和运算运算的一般方法的学科。的一般方法的学科。第8页,共50页。数据结构基本概念 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:
9、输出偶数:0,2,4,6,8,1,3,5,7,90,2,4,6,8,1,3,5,7,9 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、存存储储和和运算运算的一般方法的学科。的一般方法的学科。第9页,共50页。数据结构基本概念对数据结构中的对数据结构中的节点进行操作节点进行操作处理处理(插入、删除、修改、查找、排序插入、删除、修改、查找、排序)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、存存储储和和运算运算的一般方法的学科。的一般方法的学科。第10页,共50页。数据结构研究的主要内容v 数据结构主要研究以下三个方面的问题:数据结
10、构主要研究以下三个方面的问题:数据的逻辑结构:数据的逻辑结构:数据集合中各元素的信息,及元素之间所数据集合中各元素的信息,及元素之间所固有的逻辑关系(固有的逻辑关系(前后件关系前后件关系)数据的存储结构:数据的存储结构:各数据元素在计算机中的存储关系各数据元素在计算机中的存储关系 对各种数据结构进行的运算对各种数据结构进行的运算 主要目的是为了提高数据的效率。主要目的是为了提高数据的效率。所谓提高数据处理的效率,主所谓提高数据处理的效率,主要包括两个方面:一是提高数据处理的速度,二是尽量节省在数据处理过程中所要包括两个方面:一是提高数据处理的速度,二是尽量节省在数据处理过程中所占用的计算机存储
11、空间。占用的计算机存储空间。第11页,共50页。数据结构类型 1数据的逻辑结构数据的逻辑结构 2、数据的存储结构、数据的存储结构 3、数据的运算:检索、排序、插入、删除、修改等。、数据的运算:检索、排序、插入、删除、修改等。A线性结构线性结构 B非线性结构非线性结构A 顺序存储顺序存储 B 链式存储链式存储 线性表线性表栈栈队队树形结构树形结构图形结构图形结构数据结构的三个方面数据结构的三个方面 第12页,共50页。线性结构和非线性结构 n(1)有且只有一个根结点;n(2)每一个结点最多有一个前件,也最多有一个后件。n(3)首节点无前件,尾节点无后件。不满足线性结构条件的数据结构注意:在一个线
12、性结构中插入或删除任何一个节点后还应是线性结构;否则,不能称为线性结构。86胡孝臣986110395刘忠赏9861107100张卓9861109成绩姓名学号第13页,共50页。树形结构非线性非线性结构结构 第14页,共50页。树形结构ABCDEFGHHBCDEFGA第15页,共50页。图形结构 1423 D=1,2,3,4 R=(1,2),(1,3),(1,4),(2,3)(3,4),(2,4)无向图无向图213 D=1,2,3 R=(1,2),(2,3),(3,2),(1,3)有向图有向图第16页,共50页。顺序存储与链式存储Lo+(n-1)*m元素n.元素i.元素2元素1LoLo+mLo+
13、(i-1)*m存储地址存储地址存储内容存储内容Loc(a)=Lo+(i-1)*m每个元每个元素所占素所占用的存用的存储单元储单元个数个数 常用于线性数据结构,将逻辑上相邻的数据元素存储在物理上相邻的存储单元里。插入或删除操作时,需移动大量元数。长度变化较大时,需按最大空间分配。表的容量难以扩充第17页,共50页。顺序存储与链式存储 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1536元素21400元素11346元素3 元素4head1345第18页,共50页。栈和队列 栈和队列是两种运算时要受到某些特殊限制的线
14、性表,故也称为限定性的数据结构。栈:限定只能在表的一端进行插入和删除的特殊的线性表,此种结构称为后进先出。n设栈s=(a1,a2,,ai,an)n其中a1是栈底元素,an是栈顶元素。n栈顶(top):允许插入和删除的一端;n约定top始终指向新数据元素将存放的位置。n栈底(bottom):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第19页,共50页。栈和队列队列的主要运算n设置一个空队列;n插入一个新的队尾(rear)元素,称为进队;n删除队头(front)元素,称为出队;n读取队头元素;a1 ,a2 ,a3 ,a4 ,an-1 ,an队头队头队尾队尾队列:限定
15、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(FIFO)表。第20页,共50页。栈和队列 3 2 1 0 (a)rear=front=0(队空)队空)e3 e4 (c)e1,e2出队,出队,e4入队入队rear=4front e1 e2 e3 (b)rearfront(b)e1,e2,e3入队入队队列的主要运算n队空时,令rear=front=0;元素个数rear-frontn当有新元素入队时,尾指针加1,当有元素出队时,头指针加1。故在非空队列中,头指针始终指向队头元素前一个位置,而尾指针始终指向队尾元素的位置第21页,共50页。栈和队列计算循环队列长度:fro
16、nt=rear,队列长度0;frontrear,队列长度rear+size-front a1 ,a2 ,a3 ,a4 ,an-1 ,an队头队头队尾队尾循环队列:首尾相接的队列,逻辑上形成一个环状。第22页,共50页。树与二叉树树的定义:由一个或多个结点组成的有限集合。仅有一个根结点,结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:学校的行政关系、书现实世界中,能用树的结构表示:学校的行政关系、书的层次结构、人类的家族血缘关系等。的层次结构、人类的家族血缘关系等。第23页,共50页。树与二叉树结点(结点(NodeNode
17、):):树中的元素树中的元素结点的度(结点的度(DegreeDegree):):结点拥有的子树数。结点拥有的子树数。结点的层次:结点的层次:从根结点开始算起,根为第一层。从根结点开始算起,根为第一层。叶子(叶子(LeafLeaf):):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(ChildChild):):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(SiblingSibling):):同一双亲的孩子。同一双亲的孩子。双亲(双亲(ParentParent):):孩子结点的上层结点,称为其的双亲。孩子结点的上层结点,称为其的双亲。深度(深度(
18、Depth)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(ForestForest):):M 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 F第24页,共50页。树与二叉树二叉树(Binary Tree)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
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