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数据结构ppt课件完整版
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2024/1/28
目录
contents
数据结构概述
线性表
栈和队列
树与二叉树
图论基础
查找与排序算法
数据结构应用案例分析
总结与展望
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数据结构概述
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数据结构是计算机中存储、组织数据的方式，它定义了数据元素之间的逻辑关系以及如何在计算机中表示这些关系。
数据结构定义
根据数据元素之间关系的不同，数据结构可分为线性结构、树形结构、图形结构等。
数据结构分类
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合理的数据结构可以大大提高算法的执行效率，减少时间和空间复杂度。
提高算法效率
简化程序设计
解决实际问题
数据结构的设计和实现可以简化程序设计过程，提高代码的可读性和可维护性。
数据结构是解决实际问题的基础，如排序、查找、图论等问题都需要依赖于特定的数据结构。
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数据元素是数据的基本单位，通常作为一个整体进行考虑和处理。
数据元素可由若干个数据项组成，数据项是数据的不可分割的最小单位。
是性质相同的数据元素的集合，是数据的子集。
是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。
数据元素
数据项
数据对象
数据结构
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线性表
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线性表定义
同一性
有序性
可变性
由n（n=0）个具有相同类型的数据元素（结点）a1，a2，...，an组成的有序序列。
元素之间具有一对一的前驱和后继关系，即除首尾元素外，每个元素都有一个前驱和一个后继。
每个元素必须是同一类型的数据。
线性表的长度可变，即可以插入或删除元素。
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用一段连续的存储单元依次存储线性表的数据元素。
可以随机存取表中任一元素，且存取时间复杂度为O(1)。
优点
定义
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缺点：插入和删除操作需要移动大量元素，时间复杂度高；需要预先分配存储空间，容易造成空间浪费。
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用一组任意的存储单元存储线性表的数据元素（这组存储单元可以是连续的，也可以是不连续的）。
定义
插入和删除操作只需修改指针，不需要移动元素，时间复杂度低；不需要预先分配存储空间，可以充分利用计算机内存空间。
优点
不能随机存取表中任一元素，只能从头结点开始顺序访问，存取时间复杂度高。
缺点
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初始化操作
创建一个空的线性表。
插入操作
在指定位置插入一个元素。
删除操作
删除指定位置的元素。
查找操作
查找指定元素的位置。
遍历操作
访问线性表中的每个元素。
销毁操作
释放线性表占用的存储空间。
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栈和队列
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栈（Stack）是一种特殊的线性数据结构，其数据的存取遵循后进先出（LIFO,LastInFirstOut）的原则。
栈的基本操作包括入栈（push）、出栈（pop）、查看栈顶元素（top）等。
栈的特点
只能在栈顶进行数据的插入和删除操作。
具有记忆功能，能保存数据的状态。
无需地址指针，通过偏移量即可访问元素。
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队列（Queue）也是一种特殊的线性数据结构，其数据的存取遵循先进先出（FIFO,FirstInFirstOut）的原则。
队列的基本操作包括入队（enqueue）、出队（dequeue）、查看队首和队尾元素等。
队列的特点
数据从队尾入队，从队首出队。
队列中元素的插入和删除操作分别在两端进行，因此也称为双端操作。
队列中没有明显的头尾标记，通常通过计数器或循环数组等方式实现。
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表达式求值
利用栈的后进先出特性，可以方便地处理算术表达式中的括号和运算符。
函数调用
在程序执行过程中，函数调用会形成一个函数调用栈，用于保存函数调用的上下文信息。
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浏览器的前进后退功能：通过维护两个栈，分别记录用户浏览过的页面，实现浏览器的前进后退功能。
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CPU任务调度
操作系统采用队列数据结构管理待执行的任务，按照任务的优先级和时间顺序进行调度。
打印任务管理
打印机采用队列数据结构管理打印任务，确保先发送的打印任务先完成。
网络数据传输
在网络通信中，发送方将数据封装成数据包并放入发送队列，接收方从接收队列中取出数据包并进行处理，保证了数据传输的顺序和可靠性。
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树与二叉树
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树是一种非线性数据结构，由节点和边组成，具有层次结构。
树的定义
根节点、子节点、父节点、兄弟节点、叶子节点等。
树的基本术语
树中任意两个节点之间有且仅有一条路径；树中无环；除根节点外，每个节点有且仅有一个父节点。
树的性质
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