《算法c語言基礎(chǔ)》課件

《算法與C語言基礎(chǔ)》本課程旨在為學(xué)生提供算法和C語言編程基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和代碼編寫能力。課程內(nèi)容涵蓋基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、排序算法、搜索算法、遞歸和動態(tài)規(guī)劃等主題。內(nèi)容概述算法解決問題的步驟，比如排序、查找、計算。C語言高級編程語言，實現(xiàn)算法，開發(fā)軟件。計算機科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，例如人工智能、游戲開發(fā)、數(shù)據(jù)分析。什么是算法算法是解決特定問題的一系列步驟或指令。它是一個清晰、準(zhǔn)確、有限的描述，用于解決特定問題或完成特定任務(wù)。例如，制作蛋糕的食譜就是一個簡單的算法，它包含了一系列步驟，從準(zhǔn)備食材到烘焙完成。算法的基本結(jié)構(gòu)1算法描述算法的描述是指用自然語言或其他形式化的語言，解釋算法的步驟和邏輯。這包括算法的輸入、輸出、處理步驟以及一些約束條件。2流程圖流程圖使用圖形符號來表示算法的步驟和數(shù)據(jù)流，以直觀的方式展現(xiàn)算法的執(zhí)行流程。它有助于理解算法的邏輯結(jié)構(gòu)和各個步驟之間的關(guān)系。3偽代碼偽代碼使用類似于編程語言的語法，但更加簡化，以描述算法的步驟和邏輯。它可以被認(rèn)為是算法的半正式描述，有助于將算法轉(zhuǎn)化為實際的代碼。算法的執(zhí)行過程1輸入算法需要輸入數(shù)據(jù)作為初始條件。2處理算法會根據(jù)預(yù)先定義的步驟對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。3輸出算法會生成結(jié)果作為輸出，解決特定問題。算法的執(zhí)行過程是一個將輸入轉(zhuǎn)換為輸出的步驟序列。這個過程由一系列指令組成，這些指令按照特定順序執(zhí)行，以解決特定問題或完成特定任務(wù)。算法的重要性提高代碼效率算法可以優(yōu)化代碼結(jié)構(gòu)，減少代碼冗余，提高代碼執(zhí)行效率。選擇合適的算法可以有效地降低時間和空間復(fù)雜度，使程序運行更快、更節(jié)省內(nèi)存。解決實際問題算法是計算機科學(xué)的核心，它為我們提供了解決各種問題的框架和方法。在日常生活和工作中，我們經(jīng)常需要面對各種問題，算法可以幫助我們找到最佳的解決方案。C語言基礎(chǔ)語法11.標(biāo)識符標(biāo)識符用于命名變量、函數(shù)、數(shù)組等。由字母、數(shù)字和下劃線組成，第一個字符必須為字母或下劃線，區(qū)分大小寫。22.關(guān)鍵字C語言中預(yù)定義的標(biāo)識符，具有特殊含義，不能作為用戶自定義的標(biāo)識符。例如，int、float、char、for、while等。33.數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型決定了變量存儲的數(shù)據(jù)類型，例如整數(shù)、浮點數(shù)、字符等。不同的數(shù)據(jù)類型占用不同的內(nèi)存空間。44.運算符C語言提供各種運算符，用于執(zhí)行算術(shù)、邏輯、位、關(guān)系等運算。例如，加、減、乘、除、取模等。基本數(shù)據(jù)類型數(shù)值類型數(shù)值類型用于存儲數(shù)字，例如整數(shù)、浮點數(shù)等。字符類型字符類型用于存儲單個字符，例如字母、數(shù)字、符號等。布爾類型布爾類型用于存儲邏輯值，只有真和假兩種狀態(tài)。表達(dá)式與運算符表達(dá)式表達(dá)式由運算符、操作數(shù)和函數(shù)組成。運算符用于執(zhí)行特定的操作，操作數(shù)是參與運算的值，函數(shù)是預(yù)定義的代碼塊，用于執(zhí)行特定任務(wù)。運算符運算符分為算術(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算符、位運算符和賦值運算符等。它們用于執(zhí)行不同的操作，例如加減乘除、比較大小、邏輯判斷、位操作和賦值等。運算符優(yōu)先級運算符優(yōu)先級決定了表達(dá)式中不同運算符的執(zhí)行順序。例如，乘除運算的優(yōu)先級高于加減運算，所以表達(dá)式2+3*4的結(jié)果是14，而不是20。表達(dá)式求值表達(dá)式求值是指根據(jù)運算符優(yōu)先級和結(jié)合性，逐步計算表達(dá)式中每個運算符的結(jié)果，最終得到表達(dá)式的最終值。流程控制語句流程控制語句是C語言中用于控制程序執(zhí)行流程的關(guān)鍵部分。通過改變程序的執(zhí)行順序，我們可以實現(xiàn)各種邏輯控制和算法。1順序結(jié)構(gòu)程序按照代碼順序逐行執(zhí)行。2選擇結(jié)構(gòu)根據(jù)條件判斷執(zhí)行不同的代碼塊。3循環(huán)結(jié)構(gòu)重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到滿足特定條件。數(shù)組連續(xù)存儲數(shù)組元素在內(nèi)存中連續(xù)存放，方便訪問。相同數(shù)據(jù)類型數(shù)組中所有元素必須具有相同的數(shù)據(jù)類型，例如int、float或char。索引訪問通過索引值（從0開始）訪問數(shù)組中的特定元素。函數(shù)的定義與調(diào)用定義函數(shù)函數(shù)定義指定了函數(shù)的名稱、參數(shù)列表、返回值類型和函數(shù)體。調(diào)用函數(shù)調(diào)用函數(shù)時，使用函數(shù)名并傳入實際參數(shù)，函數(shù)體執(zhí)行后返回值。參數(shù)傳遞實參傳遞給形參，函數(shù)體操作形參，傳遞方式可以是值傳遞或引用傳遞。函數(shù)參數(shù)傳遞1值傳遞函數(shù)接收的是實參的副本，修改形參不會影響實參的值。2地址傳遞函數(shù)接收的是實參的地址，修改形參會影響實參的值。3引用傳遞函數(shù)接收的是實參的別名，修改形參會影響實參的值。4選擇傳遞方式根據(jù)需要修改實參的值來選擇傳遞方式。全局變量與局部變量全局變量在程序中任何位置都能訪問。局部變量只在定義它們的函數(shù)或代碼塊內(nèi)可見。內(nèi)存分配全局變量在程序開始執(zhí)行時分配內(nèi)存，而局部變量在函數(shù)調(diào)用時分配內(nèi)存。遞歸函數(shù)1定義函數(shù)調(diào)用自身2優(yōu)點簡潔，易于理解3缺點效率可能較低4應(yīng)用階乘，斐波那契數(shù)列遞歸函數(shù)的定義是，函數(shù)調(diào)用自身。遞歸函數(shù)的優(yōu)點是簡潔，易于理解。缺點是效率可能較低。遞歸函數(shù)的應(yīng)用包括階乘，斐波那契數(shù)列等。指針內(nèi)存地址的引用指針是一個變量，存儲的是另一個變量的內(nèi)存地址。通過指針，我們可以直接訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。靈活的內(nèi)存操作指針允許我們動態(tài)地分配和釋放內(nèi)存，以及在程序運行時修改內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。數(shù)組的訪問指針可以用來訪問數(shù)組中的元素，并且可以方便地進(jìn)行數(shù)組的遍歷和操作。函數(shù)的調(diào)用指針可以指向函數(shù)，從而實現(xiàn)函數(shù)的動態(tài)調(diào)用，提高程序的靈活性。動態(tài)內(nèi)存分配在程序運行時，動態(tài)地申請和釋放內(nèi)存空間，提高內(nèi)存利用率。1malloc()從堆中分配內(nèi)存2calloc()分配并初始化內(nèi)存3realloc()調(diào)整已分配內(nèi)存的大小4free()釋放動態(tài)分配的內(nèi)存結(jié)構(gòu)體定義結(jié)構(gòu)體是用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，可以將不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)組織在一起。它像一個容器，可以存儲各種類型的數(shù)據(jù)，使代碼更加清晰簡潔。用途結(jié)構(gòu)體可以用來表示現(xiàn)實世界中的復(fù)雜數(shù)據(jù)，例如學(xué)生信息、商品信息等，方便對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和操作。枚舉類型枚舉定義使用enum關(guān)鍵字定義枚舉類型。枚舉類型包含一組常量，每個常量都有一個唯一的名稱。賦值與使用枚舉常量被默認(rèn)分配整數(shù)值，從0開始遞增。枚舉常量可以在代碼中使用，就像普通常量一樣。枚舉的優(yōu)勢提高代碼可讀性和可維護性避免使用魔術(shù)數(shù)字方便代碼修改文件操作文件打開打開文件是所有文件操作的基礎(chǔ)。需要指定要打開的文件路徑以及打開模式。文件讀寫文件讀寫包括從文件中讀取數(shù)據(jù)或向文件中寫入數(shù)據(jù)。常用的函數(shù)包括`fread`、`fwrite`、`fscanf`、`fprintf`等。文件關(guān)閉文件操作完成后需要及時關(guān)閉文件，釋放系統(tǒng)資源，防止數(shù)據(jù)丟失。預(yù)處理指令預(yù)處理階段預(yù)處理指令在程序編譯之前進(jìn)行處理，用于對源代碼進(jìn)行一些預(yù)處理操作。指令格式預(yù)處理指令以#開頭，后面跟指令名稱和參數(shù)，例如#include、#define等。常用指令常見的預(yù)處理指令包括：包含頭文件、宏定義、條件編譯等，它們可以簡化代碼、提高可讀性、方便代碼管理。排序算法概述排序算法排序算法將無序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有序數(shù)據(jù)，方便查找和處理。算法分類常見的排序算法包括冒泡排序、選擇排序、插入排序、歸并排序、快速排序等。算法復(fù)雜度算法復(fù)雜度用來評估算法效率，包括時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。冒泡排序比較與交換相鄰元素進(jìn)行比較，若順序錯誤則交換位置。重復(fù)比較從第一個元素開始，依次比較相鄰元素，直至最后一個元素。排序完成重復(fù)上述過程，直到整個數(shù)組有序排列。時間復(fù)雜度最佳情況為O(n)，最差情況為O(n^2)。選擇排序1查找最小值在未排序的數(shù)組中，找到最小值的索引。2交換位置將找到的最小值與數(shù)組第一個元素交換位置。3遞歸排序?qū)κＳ辔磁判虻淖訑?shù)組重復(fù)上述步驟，直到所有元素都排序完成。插入排序1原理將數(shù)據(jù)依次插入已排序的序列2步驟將下一個元素與已排序序列中的元素比較3效率時間復(fù)雜度為O(n^2)4應(yīng)用適合小型數(shù)據(jù)集或近乎有序的數(shù)據(jù)插入排序算法簡單易懂，適合處理小型數(shù)據(jù)集或近乎有序的數(shù)據(jù)。它通過不斷將未排序元素插入已排序序列中的正確位置來實現(xiàn)排序。插入排序的平均時間復(fù)雜度為O(n^2)，對于大型數(shù)據(jù)集效率較低，但它是一種穩(wěn)定的排序算法，即相等元素在排序后保持其相對順序。歸并排序1.分割將待排序的數(shù)組遞歸地劃分為兩個子數(shù)組，直到每個子數(shù)組只包含一個元素。2.合并對兩個已排序的子數(shù)組進(jìn)行合并，形成一個有序的子數(shù)組。3.重復(fù)不斷重復(fù)步驟1和2，直到所有子數(shù)組合并為一個完整的排序數(shù)組。4.效率歸并排序是一種穩(wěn)定的排序算法，時間復(fù)雜度為O(nlogn)，適用于各種數(shù)據(jù)規(guī)模。查找算法概述11.查找算法的作用在大量數(shù)據(jù)中快速定位目標(biāo)元素，提升效率。22.查找算法的分類常見分類包括順序查找、二分查找、哈希查找等。33.查找算法的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫管理、信息檢索、數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域。44.查找算法的選擇根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、查找效率等因素選擇合適的算法。順序查找1定義順序查找是一種最簡單的查找算法，從線性表中第一個元素開始，逐個比較元素的值與目標(biāo)值是否相等。如果相等，則找到目標(biāo)元素；否則，繼續(xù)比較下一個元素，直到找到目標(biāo)元素或比較完所有元素。如果在所有元素都比較完后還沒有找到目標(biāo)元素，則表示目標(biāo)元素不存在。2優(yōu)點實現(xiàn)簡單，容易理解。適用于線性表結(jié)構(gòu)，并且不需要額外的存儲空間。3缺點時間復(fù)雜度較高，在最壞情況下需要遍歷整個線性表。如果目標(biāo)元素位于線性表的末尾，則需要比較所有元素。二分查找1有序數(shù)組前提條件：數(shù)組有序2目標(biāo)值比較與中間元素比較3范圍縮減目標(biāo)值大于中間元素，搜索右半部分4遞歸或循環(huán)重復(fù)步驟，直到找到目標(biāo)值或范圍為空二分查找是一種高效的搜索算法，適用于有序數(shù)組。它通過不斷比較目標(biāo)值與中間元素，將搜索范圍縮減一半，最終找到