數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(嚴(yán)蔚敏)課件第10章

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(嚴(yán)蔚敏)課件第10章引言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)概念線性表棧隊列樹形結(jié)構(gòu)contents目錄引言01數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機科學(xué)和軟件工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識，是計算機程序設(shè)計的重要理論基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程之一，對于培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計能力和解決實際問題的能力具有重要意義。本章主要介紹樹形結(jié)構(gòu)中的二叉樹及其應(yīng)用，包括二叉樹的定義、性質(zhì)、存儲結(jié)構(gòu)、遍歷算法以及二叉樹的應(yīng)用等。背景介紹010204章節(jié)目標(biāo)掌握二叉樹的基本概念、性質(zhì)和存儲結(jié)構(gòu)。理解二叉樹的遍歷算法，包括前序遍歷、中序遍歷和后序遍歷。學(xué)習(xí)二叉樹在計算機科學(xué)中的應(yīng)用，如堆排序、二叉搜索樹等。通過實踐練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計和編程能力。03數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)概念02數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組成數(shù)據(jù)元素數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義01020304數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系的集合，包括數(shù)據(jù)的表示和操作。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)約束等部分。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的基本單位，表示數(shù)據(jù)的最小單位。數(shù)據(jù)元素中的具體內(nèi)容，可以是數(shù)值、字符、圖像等。如整型、浮點型、字符型等。基本數(shù)據(jù)類型自定義數(shù)據(jù)類型抽象數(shù)據(jù)類型用戶根據(jù)需要自定義的數(shù)據(jù)類型，如結(jié)構(gòu)體、類等。對數(shù)據(jù)類型的抽象描述，包括數(shù)據(jù)元素和相關(guān)操作。030201數(shù)據(jù)類型分類合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠減少數(shù)據(jù)的存儲空間，提高存儲效率。提高數(shù)據(jù)存儲效率通過合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠加快數(shù)據(jù)的查找、插入、刪除等操作的速度。提高數(shù)據(jù)處理速度合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠使軟件更加模塊化、可維護和可擴展。提高軟件可維護性合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠減少軟件中的錯誤和漏洞，提高軟件的可靠性。提高軟件可靠性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性線性表03線性表是一種具有n個元素的有限序列，其中n大于0，每個元素有唯一的位置，即下標(biāo)從0到n-1。線性表線性表具有一對一的映射關(guān)系，即每個元素在表中的位置是唯一的，且線性表中的元素個數(shù)是有限的。線性表的特性線性表的定義使用數(shù)組來存儲線性表中的元素，通過數(shù)組下標(biāo)來訪問和操作元素。數(shù)組實現(xiàn)使用鏈表來存儲線性表中的元素，每個元素包含數(shù)據(jù)域和指針域，通過指針來鏈接各個元素。鏈表實現(xiàn)結(jié)合數(shù)組和鏈表的優(yōu)點，使用動態(tài)內(nèi)存分配來創(chuàng)建和刪除元素，具有更好的靈活性和效率。動態(tài)數(shù)組實現(xiàn)線性表的實現(xiàn)方式

線性表的應(yīng)用場景通訊錄管理使用線性表來存儲和管理通訊錄中的聯(lián)系人信息，方便查找、添加、刪除和修改聯(lián)系人信息。日志管理使用線性表來存儲和管理系統(tǒng)日志信息，按照時間順序排列日志條目，便于查詢和審計。任務(wù)調(diào)度使用線性表來存儲和管理任務(wù)列表，按照任務(wù)優(yōu)先級或時間順序進行排序和調(diào)度。棧04棧的定義：棧是一種特殊的線性表，只允許在表的一端進行插入和刪除操作。棧的表示方法：數(shù)組、鏈表等。棧的特性：后進先出（LastInFirstOut，LIFO）。棧的常用操作：push（入棧）、pop（出棧）、peek（查看棧頂元素）等。棧的定義棧的最大容量取決于其實現(xiàn)方式。棧的容量一個空的棧沒有任何元素；非空的棧至少有一個元素?？諚Ｅc非空棧棧的插入和刪除操作發(fā)生在固定的端點，稱為棧頂。棧的邊界棧的性質(zhì)函數(shù)調(diào)用機制函數(shù)調(diào)用的參數(shù)和返回地址可以通過棧來保存和恢復(fù)。后進先出數(shù)據(jù)存儲例如括號匹配、表達式求值等。深度優(yōu)先搜索使用棧來保存節(jié)點訪問的狀態(tài)，避免重復(fù)訪問。棧的應(yīng)用場景隊列050102隊列的定義隊列中的元素遵循先進先出（FIFO）的原則。隊列是一種特殊的線性表，只允許在表的前端進行刪除操作，在表的后端進行插入操作。

隊列的性質(zhì)隊列具有先進先出（FIFO）的性質(zhì)，即最早進入隊列的元素將最先出隊。隊列是一種特殊的線性表，其插入和刪除操作分別在表的后端和前端進行，遵循嚴(yán)格的FIFO原則。隊列中的元素不重復(fù)，即每個元素在隊列中只出現(xiàn)一次。隊列的應(yīng)用場景任務(wù)調(diào)度：在多任務(wù)系統(tǒng)中，可以使用隊列來管理任務(wù)的執(zhí)行順序，按照任務(wù)的優(yōu)先級或到達時間將任務(wù)加入隊列，然后按照隊列的先進先出原則執(zhí)行任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)通信：在網(wǎng)絡(luò)通信中，可以使用隊列來管理數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。當(dāng)有新的數(shù)據(jù)包到達時，將其加入發(fā)送隊列，按照先進先出的原則逐個發(fā)送數(shù)據(jù)包。同時，接收端也可以使用隊列來管理接收到的數(shù)據(jù)包，確保數(shù)據(jù)包的順序正確。事件處理：在事件驅(qū)動的系統(tǒng)中，可以使用隊列來管理事件的觸發(fā)和處理。當(dāng)有新的事件發(fā)生時，將其加入事件隊列，系統(tǒng)按照先進先出的原則逐個處理事件。緩沖處理：在輸入輸出系統(tǒng)中，可以使用隊列作為緩沖區(qū)來暫時存儲待處理的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時，可以將數(shù)據(jù)加入隊列進行緩沖，然后按照先進先出的原則逐個處理數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)丟失或處理不及時的情況發(fā)生。樹形結(jié)構(gòu)06樹形結(jié)構(gòu)的定義樹形結(jié)構(gòu)是一種層次結(jié)構(gòu)，其中每個節(jié)點可以有多個子節(jié)點，但只能有一個父節(jié)點。樹形結(jié)構(gòu)通常用于表示具有層次關(guān)系的數(shù)據(jù)，例如組織結(jié)構(gòu)、文件系統(tǒng)等。B樹B樹是一種自平衡的多路搜索樹，能夠保持數(shù)據(jù)有序，以便進行高效的查找、插入和刪除操作。二叉樹每個節(jié)點最多有兩個子節(jié)點，通常稱為左子節(jié)點和右子節(jié)點。多叉樹每個節(jié)點可以有多個子節(jié)點。平衡樹在二叉樹中，如果每個節(jié)點的左子樹和右子樹的高度差不超過1，則稱為平衡樹。平衡樹在查找、插入和刪除操作中具有良好的性能。樹形結(jié)構(gòu)的分類文件系統(tǒng)通常采用樹形結(jié)構(gòu)來組織和管理文件和目錄。文件