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《数据结构查找》ppt课件•引言目录•数据结构基础CONTENTS•查找算法概述•线性查找算法•二分查找算法•分块查找算法•哈希查找算法01CHAPTER引言课程简介数据结构查找是计算机科学中的重要概念,它涉及到如何有效地在数据结构中查找信息本课程将介绍各种数据结构查找算法,包括线性查找、二分查找、哈希查找等通过学习本课程,学生将掌握数据结构查找的基本原理和方法,提高解决实际问题的能力课程目标理解数据结构查找的了解数据结构查找算基本概念和原理法的性能分析和优化方法掌握各种数据结构查找算法的实现和应用02CHAPTER数据结构基础数据结构定义01020304基础概念数据结构是计算机中数据的组数据结构是计算机科学中的基数据结构通常包括线性结构、织形式,它定义了数据之间的本概念,是设计和实现算法的树形结构、图形结构等类型相互关系和数据的操作方式基础数据结构分类01分类方式02根据数据的组织方式,数据结构可以分为线性结构和非线性结构03线性结构包括数组、链表、栈、队列等非线性结构包括树形结构、图形结构等,其中树形结构又可以分为二04叉树、多叉树等,图形结构又可以分为有向图、无向图等数据结构的重要性应用价值数据结构在软件开发、数据库设计、人数据结构是计算机科学中的核心概念,工智能等领域中有着广泛的应用是解决实际问题的关键数据结构能够影响算法的效率,良好的数据结构能够有效地组织和存储数据,数据结构设计可以提高算法的执行效率提高数据的可管理性和可维护性03CHAPTER查找算法概述查找算法定义查找算法的输入查找算法的输入通常是一个数据结查找算法定义构(如数组、列表、树、图等)和一个目标值,即要查找的元素查找算法是一种用于在数据结构中查找特定元素的方法它通常涉及在数据结构中搜索、比较和定位元素查找算法的输出查找算法的输出是目标值在数据结构中的位置或该元素是否存在查找算法分类0102030405线性查找二分查找哈希查找树查找图查找线性查找是最简单的查找二分查找是一种高效的查哈希查找利用哈希表实现树查找算法适用于树形数图查找算法适用于图数据算法,它按照顺序逐个比找算法,适用于已排序的快速查找它通过将目标据结构,如二叉树、B树等结构,通过遍历图的边和较数据结构中的元素,直数据结构它将数据结构值映射到哈希表中,直接它利用树的结构特性进行节点来找到目标元素常到找到目标值或遍历整个分成两半,比较中间元素定位到对应的元素哈希查找,通常具有较好的平见的图查找算法有深度优数据结构与目标值,根据比较结果查找的效率取决于哈希函均性能先搜索(DFS)和广度优先决定在左半部分或右半部数的设计和哈希表的冲突搜索(BFS)分继续查找处理机制查找算法的性能指标时间复杂度01时间复杂度是衡量查找算法效率的重要指标,它表示算法执行所需的时间与数据结构中元素数量的关系较小的时间复杂度通常意味着更快的查找速度空间复杂度02空间复杂度表示算法所需额外空间与数据结构中元素数量的关系对于某些算法,如哈希查找,空间复杂度可能较高,因为它需要额外的存储空间来维护哈希表稳定性03稳定性是指算法在找到目标值时的行为表现稳定的查找算法在找到目标值时不会移动其他元素的位置,而部分不稳定算法可能会改变其他元素的位置04CHAPTER线性查找算法线性查找算法原理线性查找算法是一种基本的查找算法,其基本原理是从数据结构的一端开始,顺序扫描每个元素,直到找到目标元素或扫描完整个数据结构线性查找算法适用于数据量较小、数据结构有序或无序的情况,其时间复杂度为On,其中n为数据结构中元素的数量线性查找算法实现•在Python中,线性查找算法的实现非常简单,可以通过遍历列表或数组来实现以下是一个简单的线性查找算法实现线性查找算法实现```pythondef linear_searchdata_structure,targetfor iin rangelendata_structure线性查找算法实现if data_structure[i]==target returni#返回目标元素的索引return-1#如果没有找到目标元素,则返回-1```线性查找算法性能分析线性查找算法的时间复杂度为On,其中n为数据结构中元素的数量在最坏的情况下,即目标元素位于数据结构的末尾时,线性查找算法需要扫描整个数据结构,因此其性能较差线性查找算法的空间复杂度为O1,因为该算法只需要常数级别的额外空间来存储变量和指针线性查找算法适用于数据量较小、数据结构有序或无序的情况,但在数据量较大或数据结构有序的情况下,使用更高效的查找算法(如二分查找算法)会更加合适05CHAPTER二分查找算法二分查找算法原理定义基本思想时间复杂度二分查找算法是一种在有序数组通过将数组分成两半,比较中间Olog n,其中n是数组的长度中查找特定元素的搜索算法元素与目标值,根据比较结果决定继续在数组的哪一半中查找,直到找到目标值或确定目标值不存在于数组中二分查找算法实现步骤
1.找到数组的中间元素
01022.如果中间元素等于目标值,则查找成功
3.如果中间元素大于目标值,则在左半部0304分数组中继续查找
4.如果中间元素小于目标值,则在右半部
5.重复步骤1-4,直到找到目标值或确定0506分数组中继续查找目标值不存在于数组中二分查找算法性能分析优点
1.时间复杂度为Olog n,在
2.适用于大型数据集的查找操有序数组中查找效率较高作010203缺点
1.前提条件是有序数组,对于
2.如果数组中存在多个目标值,无序数组需要先进行排序操作只能返回其中一个位置信息04050606CHAPTER分块查找算法分块查找算法原理分块查找算法是一种基于比较的查找算法,它将数据分成若干块,通过比较关键字和块首元素的关键字来缩小查找范围,最终找到目标元素分块查找算法的基本思想是将数据分成大小相等的块,每个块中的数据按顺序排列在查找过程中,首先比较待查关键字和块首元素的关键字,如果相等则在该块中继续查找,否则在关键字小于块首元素所在块中查找,直到找到目标元素或查找范围为空分块查找算法实现010203确定分块大小建立索引表查找过程根据数据量的大小和存储为了快速定位到相应的块,根据待查关键字和索引表设备的特性,确定分块的需要建立一个索引表,记中的信息,确定要查找的大小分块大小的选择会录每个块的首个元素的位块,然后在该块中顺序查影响算法的效率置和关键字范围找目标元素分块查找算法性能分析时间复杂度分块查找算法的时间复杂度取决于分块的大小和数据量的大小如果分块大小合适,则查找效率较高在最坏情况下,时间复杂度为On空间复杂度分块查找算法需要额外的空间来存储索引表,因此空间复杂度为On适用场景分块查找算法适用于数据量较大且有序的场景,如数据库、文件系统等07CHAPTER哈希查找算法哈希查找算法原理哈希表哈希函数冲突处理哈希表是一种数据结构,哈希函数将键映射到存储当两个不同的键哈希到同它使用哈希函数将键映射位置,生成一个唯一的地一地址时,需要进行冲突到存储位置,以便快速查址处理,常见的处理方式有找链地址法和开放地址法哈希查找算法实现初始化哈希表查找元素创建一个空的哈希表,并定义哈希函使用哈希函数计算元素的存储位置,数和冲突处理方式然后在该位置查找元素插入元素使用哈希函数计算元素的存储位置,并将元素插入到该位置哈希查找算法性能分析时间复杂度理想情况下,哈希查找的时间复杂度为O1,即平均时间复杂度为O1但在最坏情况下,如果所有键都哈希到同一地址,时间复杂度为On空间复杂度哈希表需要额外的空间来存储哈希表本身和可能的冲突元素,因此空间复杂度为OnTHANKS谢谢。