计算机专业课讲义－数据结构

数据结构是计算机科学中的核心课程，它探讨了如何有效地存储和组织数据，以便在各种算法中高效地访问和操作这些数据。本讲义主要聚焦于使用C++编程语言来实现和理解数据结构。 1. **数组**：数组是最基本的数据结构，它允许我们在内存中以固定大小的连续空间存储相同类型的数据。C++中的数组提供了直接访问元素的能力，通过索引进行操作，但插入和删除元素的操作效率较低。 2. **链表**：链表解决了数组在动态扩展和插入删除上的局限性。每个节点包含数据和指向下一个节点的指针，使得插入和删除操作只需要改变相邻节点的链接关系。C++中，可以使用结构体或类来表示链表节点。 3. **栈**：栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，常用于函数调用、表达式求值等场景。C++标准库提供`std::stack`容器适配器，可以基于数组或链表实现。 4. **队列**：队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，适用于任务调度、缓冲区等。C++标准库中的`std::queue`也是容器适配器，通常基于`std::deque`实现。 5. **树**：树是一种非线性的数据结构，每个节点包含数据以及指向其子节点的引用。二叉树是最常见的一种，包括二叉搜索树（BST）、完全二叉树、满二叉树等。C++中可以使用类来表示树节点，通过指针连接。 6. **堆**：堆是一种特殊的树形数据结构，满足堆属性（最大堆或最小堆），常用于优先队列的实现。C++标准库提供`std::priority_queue`。 7. **图**：图由顶点和边构成，可以表示复杂的关系。图遍历算法如深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）是图算法的基础。 8. **散列表**（哈希表）：散列表通过哈希函数将键映射到数组索引，实现快速查找。C++标准库中的`std::unordered_map`和`std::unordered_set`提供了散列表的实现。 9. **排序算法**：快速排序、归并排序、冒泡排序、选择排序等都是数据结构课程中常见的排序算法，它们对数据的处理效率和稳定性各有特点。 10. **查找算法**：二分查找、顺序查找、二叉搜索树查找等是查找算法的主要类型，其中二分查找对有序数据特别高效。 在C++中实现这些数据结构时，需要掌握指针、引用、动态内存分配等基础知识。同时，理解和利用STL（Standard Template Library，标准模板库）中的容器和算法，能帮助我们更高效地编写代码。 通过深入学习和实践这些数据结构，不仅可以提升编程技能，还能为解决复杂问题打下坚实基础，无论是软件开发、算法设计还是系统分析，数据结构都是不可或缺的知识。希望这本讲义能帮助你深入理解并掌握这些概念，提升你的计算机科学素养。