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《工学数据结构》ppt课件•数据结构概述•线性数据结构目录•非线性数据结构•数据结构操作CONTENTS•数据结构应用•数据结构优化01数据结构概述数据结构的定义总结词基础概念详细描述数据结构是计算机中数据的组织形式,它定义了数据元素之间的相互关系数据结构是计算机科学中的基础概念,是解决实际问题的重要工具数据结构的重要性总结词解决问题详细描述数据结构在计算机科学中具有至关重要的作用,它是解决实际问题的基础通过合理的数据结构选择,可以提高程序的效率、可读性和可维护性数据结构的分类总结词分类方式详细描述数据结构可以根据不同的分类方式进行划分,如根据数据的组织方式可以分为线性结构和非线性结构,根据数据的逻辑关系可以分为顺序结构和链式结构等02线性数据结构数组总结词详细描述有序存储、随机访问数组采用连续的存储空间,可以快速访问任意位置的元素由于空间利用率较高,因此数组在处理大量数据时具有较高的效率详细描述总结词数组是一种线性数据结构,它按照一定的顺序存储数据,插入、删除操作复杂可以通过索引直接访问任意位置的元素在数组中,元素之间的顺序是固定的,可以通过索引进行随机访问总结词详细描述空间效率、连续存储在数组中插入和删除元素需要移动大量数据,因此操作复杂度较高如果频繁进行插入和删除操作,可能会导致效率低下链表总结词详细描述非连续存储、节点链接在链表中插入和删除元素只需要修改指针指向,不需要移动大量数据,因此操作复杂度较低链表适用于需要频繁进行插入和删除操作的数据结构详细描述总结词链表是一种线性数据结构,它通过节点之间的链接关系实空间利用率低、访问速度慢现数据的存储和访问每个节点包含数据和指向下一个节点的指针,链表中的元素顺序由节点的链接关系决定总结词详细描述插入、删除操作简单链表采用非连续的存储空间,导致空间利用率较低同时,由于需要通过节点链接访问元素,访问速度相对较慢栈和队列总结词详细描述先进后出、先进先栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构,只能在一端进行插入和删除操作队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构,只能在另一端进行插入和删除操作总结词详细描述应用广泛、操作受限栈和队列在实际应用中非常广泛,如表达式求值、括号匹配等但由于其操作的特殊性,栈和队列的操作受限,只能按照特定的规则进行03非线性数据结构树定义操作树是一种非线性数据结构,由常见的树操作有插入、删除、节点和边组成,其中节点表示查找等数据元素,边表示节点之间的关系分类应用根据节点的度数,树可以分为树在计算机科学中广泛应用于二叉树、三叉树、多叉树等表示层级关系和组织结构,如文件系统、网页排名等图定义分类图是由节点和边组成的集合,节点和根据边的有无,图可以分为有向图和边可以表示对象和它们之间的关系无向图;根据节点的连通性,图可以分为连通图和非连通图操作应用常见的图操作有遍历、搜索、最小生图在计算机科学中广泛应用于表示网成树等络、社交关系、交通路线等哈希表010203定义特性应用哈希表是一种通过哈希函数将键哈希表具有快速的插入、删除和哈希表在计算机科学中广泛应用映射到桶中的数据结构,每个桶查找操作于实现关联数组、缓存、数据库中可以存储一个键值对索引等04数据结构操作插入操作顺序插入链表插入在顺序存储的数据结构中,如数组,插入在链表中,插入操作通常涉及到找到合适操作需要移动插入位置及其后面的元素,的位置,并在该位置插入新节点以腾出空间给新元素二叉搜索树插入AVL树插入在二叉搜索树中,插入操作需要找到合适在AVL树中,插入操作需要保持树的平衡,的空闲位置或创建新的节点可能涉及到旋转操作删除操作顺序删除二叉搜索树删除在顺序存储的数据结构中,如数组,删除操作需在二叉搜索树中,删除操作可能涉及到找到要删要移动元素以填补被删除元素的位置除的节点,并重新排列树以保持其性质A BC D链表删除AVL树删除在链表中,删除操作通常涉及到找到要删除的节在AVL树中,删除操作需要保持树的平衡,可能点并从链表中移除涉及到旋转操作查找操作顺序查找二分查找在顺序存储的数据结构中,如数组,查找在有序数组中,二分查找是一种高效的查操作需要从第一个元素开始逐个比较,直找方法,通过不断将搜索范围减半来找到到找到目标或遍历完整个数组目标二叉搜索树查找哈希查找在二叉搜索树中,查找操作从根节点开始,在哈希表中,查找操作通过计算关键字的比较节点的值与目标值,然后沿着相应的哈希值来找到对应的桶,然后在该桶中查分支进行查找找目标05数据结构应用排序算法冒泡排序通过重复地遍历待排序的数列,一次比较两个元素,如果他们的顺序错误就把他们交换过来遍历数列的工作是重复地进行直到没有再需要交换,也就是说该数列已经排序完成选择排序在未排序序列中找到最小(或最大)元素,存放到排序序列的起始位置,然后再从剩余未排序元素中继续寻找最小(或最大)元素,然后放到已排序序列的末尾以此类推,直到所有元素均排序完毕图论问题最小生成树一个连通无向图中一棵包含图中所有顶点的树称为该图的最小生成树最小生成树有多种算法,其中Kruskal算法和Prim算法是最常用的两种算法最短路径在一个图中,从一个顶点到另一个顶点的最短路径是路径长度最短的路径Dijkstra算法和Floyd-Warshall算法是最常用的两种求解最短路径的算法数据库系统关系型数据库关系型数据库使用表格来存储数据,每个表格由行和列组成,每行表示一条记录,每列表示一个字段关系型数据库具有结构化查询语言(SQL)来执行各种查询、插入、更新和删除操作非关系型数据库非关系型数据库不使用表格结构来存储数据,而是使用其他数据结构如键值对、文档、列族或图形等非关系型数据库通常具有高可用性、可伸缩性和灵活性等特点,常见的非关系型数据库包括MongoDB、Cassandra和Redis等06数据结构优化时间复杂度优化减少重复计算通过使用缓存、记忆化搜索等技术,避免重复计算相同的问题,提高算法效率选择合适的数据结构根据问题特性,选择合适的数据结构,如使用哈希表、二叉搜索树等,以便快速查找、插入和删除元素优化循环结构减少循环次数,使用循环展开、循环合并等技术,提高循环的执行效率算法选择与改进根据问题类型,选择合适的算法,如快速排序、归并排序等,并进行优化改进,以提高算法的时间复杂度空间复杂度优化通过使用原地算法、空间压缩等技术,减少算法所需的额外空减少额外空间间哈希表是一种可以快速查找、插入和删除元素的数据结构,使使用哈希表用哈希表可以有效地降低空间复杂度根据问题特性,选择合适的数据结构,如使用稀疏矩阵、压缩优化数据结构矩阵等,以减少空间占用根据问题类型,选择合适的算法,并进行优化改进,以降低空算法选择与改进间复杂度算法优化实践0103实践案例分析性能测试与调优通过分析具体问题的算法实现,通过性能测试和调优工具,对算找出时间复杂度和空间复杂度较法进行性能分析和优化改进高的部分,并进行优化改进0204代码优化技巧团队协作与交流掌握常见的代码优化技巧,如避在团队中分享算法优化经验和技免重复计算、使用缓存、使用位巧,共同提高团队的算法优化能运算等,以提高代码执行效率力THANKS感谢您的观看。