上海交通大学数据结构课件

### 数据结构基础知识详解 #### 一、数据结构的重要性与历史沿革 数据结构作为计算机科学中的核心概念之一，对于理解并解决实际问题至关重要。通过合理选择数据结构，可以在很大程度上提高算法的效率，减少资源消耗。 - **历史沿革**： - 1968年，Donald E. Knuth发表的《The Art of Computer Programming》一书标志着数据结构领域的正式形成。 - IEEE（电气电子工程师学会）分别在1983年、1991年及2000年发布了一系列关于数据结构的教学指南和技术规范。 - 国内在1978年开始设置相关课程，并随之发展出适合国情的教学内容，如1993年的教程等。 #### 二、数据结构与算法的关系 - **计算机科学的两大支柱**：数据结构与算法共同构成了现代计算机科学的基础。 - 数据结构：负责组织和存储数据的方式。 - 算法：用于处理数据的方法和步骤。 - **程序 = 数据结构 + 算法**：这一公式强调了两者在软件开发中的重要性。 #### 三、数据结构的概念 - **数据类型和数据结构**： - **数据值**： - 原子数据值：不可再分解的基本数据单位，如整数、字符等。 - 非原子数据值：可进一步分解的数据单元，如数组、集合等。 - **数据类型**：包括一组值及其上可执行的操作集。 - 原子数据类型：只包含单一的数据值，例如`int`。 - 结构数据类型：由多个数据值组成的复杂类型，例如数组。 - **数据结构**：不仅是一组数据值的集合，还包括这些数据值之间的关系以及对它们的操作。 #### 四、数据结构的分类 - **线性结构**：每个元素只有一个直接前驱和一个直接后继，如链表、栈、队列等。 - **非线性结构**：元素之间存在多对多的关系，如树形结构（树、二叉树）、图结构等。 #### 五、数据结构的应用示例 - **银行账号管理案例**：假设一个银行有10万个账号，按照顺序存储。如果需要插入一个新的账号，传统的顺序搜索方法非常耗时。 - **问题描述**：当需要插入新的账号时（例如“75”），需要先找到合适的插入位置，然后移动所有后面的账号以腾出空间。这会带来很大的时间成本。 - **解决方案**：采用更高效的数据结构（如哈希表或二叉搜索树）可以显著减少搜索和插入的时间。 - **优化思路**：通过改进数据结构来降低访问外部存储器的时间开销是提高系统性能的关键。 #### 六、数据结构的实现方式 - **抽象数据类型 (ADT)**：定义了一组数据值和一组对该数据值的操作，但并不关心具体的实现细节。 - **虚拟数据类型 (VDT)**：在实际编程语言中实现的数据结构，关注具体的实现细节，如内存分配、数据访问等。 #### 七、结论 通过对上海交通大学提供的数据结构课件内容的分析，我们可以清楚地看到数据结构在计算机科学中的基础地位以及它对于解决实际问题的重要性。正确选择和设计数据结构能够极大地提升程序的效率和性能，因此对于学习计算机科学的学生来说，深入理解和掌握数据结构的相关知识是非常必要的。