2023D00018-数据结构与算法进阶-2023版本科专业人才培养方案教学大纲.docxVIP

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附件5-1

ADDINCNKISM.UserStyle《数据结构与算法进阶》课程教学大纲

（理论课程·2023版）

一、课程基本信息

课程号

2023D00019

开课单位

网络空间安全与计算机学院

课程名称

（中文）数据结构与算法进阶

（英文）DataStructureAdvancedAlgorithm

课程性质

必修

考核类型

考试

课程学分

4

课程学时

68

课程类别

学科基础课程（学科核心课）

先修课程

程序设计与算法基础、人工智能数学基础

适用专业（类）

人工智能

二、课程描述及目标

（一）课程简介

《数据结构与算法进阶》是人工智能专业的一门学科核心课程，是计算机程序设计的基础，旨在通过数据结构与算法的理论教学，使学生掌握数据结构、算法设计与分析的理论和原理，学会合理地组织和表示数据、有效地存储和处理数据、正确地设计和优化算法；掌握计算机经典算法，会对具体算法的优劣做出分析和评价。通过本课程的学习使学生接受系统的、科学的分析问题和解决问题的训练，同时可开拓创新思维，培养学生理论联系实际，会针对实际问题独立设计优质的、高效的算法的能力，会分析算法的复杂性以及根据需要优化算法的时间、空间性能，为后续的相关课程奠定良好的基础。

（二）教学目标

通过本课程的学习，使学生理解和掌握数据的逻辑结构、存储结构及基本运算的实现，掌握算法设计与分析的基本方法；培养学生具备针对实际问题选择适宜的数据组织方式、设计符合要求的高质量算法及分析算法时空复杂度的能力。

课程目标1：理解数据结构、算法的基本概念，掌握逻辑结构、存储结构以及各种基本操作的实现；

课程目标2：能够针对实际问题，选择有效的数据组织与实现方式、合理的算法策略，设计出的高质量的算法；

课程目标3：能够理论联系实际，体现创新意识，实现对复杂问题的求解。

课程目标4：养成自主学习意识和习惯，培养批判性思维和创造性思维。

三、课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求指标点

课程目标

权重

1-1：能系统理解数学、自然科学、计算、工程科学理论基础并用于人工智能领域复杂工程问题的表述；

课程目标1

0.2

1-2：具有人工智能领域需要的数据分析能力，能针对具体的对象建立数学模型并利用计算机求解；

课程目标1

课程目标2

0.3

2-2：能基于相关科学原理和数学模型方法正确表达和分析人工智能的复杂工程问题；

课程目标2

课程目标3

0.3

12-2：具有自主学习的能力，包括对技术问题的理解能力，归纳总结的能力、提出问题的能力，批判性思维和创造性能力；

课程目标3

课程目标4

0.2

四、教学方式与方法

（一）教学方式

目标驱动的教学方式，采用理论与实践相结合的问题驱动方式开展教学；线上线下混合式教学，课堂讲授、课堂讨论与线上自主学习相结合。

（二）教学方法

启发式教学、探讨式教学、案例教学相结合；并引导学生充分利用MOOC、SPOC、微课等网络资源、相关资料进行自主学习。

五、教学重点与难点

（一）教学重点

从数据的逻辑结构、存储结构以及运算实现三个层面分析表、栈、队列、树、图等基本数据结构，使得学生理解和掌握各种索引与查找技术、排序技术、散列技术等实现及其应用场景；在上述基础上，从软件开发的角度，通过应用背景介绍分治策略、贪心策略、回溯算法、动态规划等经典算法，培养学生对算法的时间空间复杂性的分析能力。

（二）教学难点

数据间的逻辑关系与存储表示；栈和队列的特点及应用；字符串模式匹配；数据的压缩存储；二叉树的非递归遍历算法；哈夫曼编码；最小生成树；关键路径；最短路径；排序树、哈希方法等索引与查找技术；分治算法、贪心策略、动态规划算法等算法思想及应用；算法的时间、空间复杂度分析。

六、教学内容、基本要求与学时分配

序号

教学内容

基本要求

学时

教学

方式

对应课程目标

1

程序与算法性能

了解程序、算法与数据的表示、处理方法；理解数据结构、算法的相关概念；掌握算法性能的分析方法。

2

课堂讲授

课程目标1

课程目标2

2

线性结构及应用

理解线性表、栈和队列的特点及存储实现；理解栈和队列的运算特点；掌握栈和队列的适用场景及相关应用算法的实现；掌握字符串的特点、模式匹配等算法；掌握矩阵的特点、表示及压缩存储方法；了解广义表的特点和表示方法。

8

线上自主学习、课堂讲授

课程目标1

课程目标2

3

树型结构及应用

掌握树、二叉树的性质、二叉树的存储结构、二叉树的先序、中序、后序、层次遍历的递归及非递归算法，熟练掌握二叉树的各种应用；掌握哈夫曼树的建立和哈夫曼编码的方法；掌握树和森林的逻辑特点及存储实现、树和森林与二叉树之间的相互转换、树和森林的遍历。

12

线上自主学习、课堂讲授

课程目标1

课程目标2

课程目标3

4

图型结构及应用

理解图的基本概念、