《数据结构与算法 》课件

《数据结构与算法》课件PPT•数据结构基础•算法基础•线性数据结构•非线性数据结构目录•排序与查找算法•数据结构与算法的应用contents01数据结构基础数据结构的定义总结词基本概念详细描述数据结构是数据元素的集合，以及数据元素之间相互关系和数据操作方式的描述它关注的是数据的组织、存储和操作方式，以提高数据处理的效率数据结构的重要性总结词应用价值详细描述数据结构在计算机科学和信息技术领域中具有至关重要的地位它是计算机算法的基础，对于软件开发、系统设计、数据库管理等方面具有重要意义良好的数据结构设计可以提高程序的性能、可维护性和可扩展性数据结构的分类线性与非线性总结词分类方式详细描述根据元素之间的关系，数据结构可以分为线性结构和非线性结构线性结构如线性表、栈、队列等，元素之间存在一对一的顺序关系；非线性结构如树、图等，元素之间存在一对多或多对多的关系不同的数据结构适用于不同的应用场景，选择合适的数据结构可以提高程序的效率和可读性02算法基础算法的定义与特性总结词描述算法的基本概念和特性详细描述算法是一组明确的规则或指令，用于解决特定问题或完成特定任务它具有输入、输出、确定性、有限性、可执行性等特性算法的复杂度分析总结词介绍算法的时间复杂度和空间复杂度详细描述算法的时间复杂度衡量算法执行时间随输入规模变化的规律，通常用大O表示法表示空间复杂度衡量算法所需存储空间，也用大O表示法表示常见算法分类总结词详细描述列举并简要描述常见的算法分类分治算法将问题分解为若干个子问题，分别求解子问题，再合并子问题的解得到原问题的解贪心算法在每一步选择中都采取当前状态下最好或最优（即最有利）的选择，从而希望导致结果是最好或最优的动态规划算法将问题分解为相互重叠的子问题，并保存子问题的解，避免重复计算回溯算法通过探索所有可能的解来解决问题，当发现当前解不可行时，回溯到上一步重新探索其他解03线性数据结构数组总结词数组是线性数据结构中的基本形式，它以连续的内存空间为基础，用于存储固定长度的同类型元素详细描述数组具有固定的长度，可以通过索引直接访问任意元素它适合于需要快速访问数据的场景，但插入和删除操作需要移动大量元素，效率较低链表总结词链表是一种线性数据结构，它通过指针链接各个节点，节点包含数据和指向下一个节点的指针详细描述链表的优势在于可以动态调整大小，插入和删除操作仅需修改指针，时间复杂度为O1但链表访问特定元素需要从头部遍历，效率较低栈与队列总结词详细描述栈和队列是特殊的线性数据结构，它们栈用于保存按照后进先出顺序访问的数据遵循特定的操作规则栈遵循后进先出元素，常见的操作有压栈、弹栈和查看栈（LIFO）原则，队列遵循先进先出VS顶元素队列用于保存按照先进先出顺序（FIFO）原则访问的数据元素，常见的操作有入队、出队和查看队首元素04非线性数据结构树定义与分类基本操作树是一种非线性数据结构，由节点和边组插入节点、删除节点、查找节点等成，表示层次结构根据性质，树可以分为二叉树、三叉树、多叉树等特性应用场景树具有层次性，每个节点可以有多个子节文件系统、决策树、表达式求值等点，但只能有一个父节点图定义与分类基本操作特性应用场景图是由节点和边组成的数据添加边、删除边、查找路径图中的边可以是有方向的，社交网络、交通网络、路由结构，用于表示对象间的关等也可以是无方向的节点之协议等系根据边的有无，图可以间可以有多种关系，如邻接、分为有向图和无向图相连等05排序与查找算法排序算法•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•选择排序在未排序的序列中找到最小（或最大）的元素，存放到排序序列的起始位置，然后再从剩余未排序的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•插入排序将待排序的元素插入到已经排好序的有序序列中，从而得到一个新的、个数加一的有序序列，算法适用于少量数据的排序，时间复杂度为On^2•快速排序通过一趟排序将待排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另一部分的所有数据要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列查找算法•线性查找从数据结构的一端开始逐个检查每个元素，直到找到所查元素为止这种方法查找速度慢，平均时间复杂度为On•二分查找在有序数组中查找某一特定元素的搜索算法搜索过程从数组的中间元素开始，如果中间元素正好是目标值，则搜索过程结束；如果目标值大于或小于中间元素，则在数组大于或小于中间元素的那一半中查找，而且同样从中间元素开始比较如果在某一步骤数组为空，则代表找不到这种搜索算法每一次比较都使搜索范围缩小一半•哈希查找通过哈希函数将关键字转化为数组下标，直接在数组中查找所查元素这种方法查找速度快，平均时间复杂度为O1•二分查找树的查找基于二叉查找树的查找先沿着左子树查找，如果未找到则再沿着右子树查找06数据结构与算法的应用数据结构与数据库系统数据库系统中的数据存储和检索依赖于数据结构的选择和设计例如，使用哈希表实现快速查找，使用二叉树实现索引等数据结构在数据库系统中的优化起着至关重要的作用，例如通过合理的数据结构减少查询时间，提高数据检索效率数据结构与操作系统操作系统中的任务调度、内存管理等功能需要利用数据结构进行高效处理例如，使用队列实现任务调度，使用堆实现内存管理等数据结构在操作系统中的优化可以显著提高系统的性能和效率，例如通过使用平衡二叉树实现文件系统索引，提高文件访问速度数据结构与人工智能人工智能领域中，数据结构对于机器学习、深度学习等算法的效率至关重要例如，使用决策树、神经网络等数据结构进行分类、预测等任务数据结构在人工智能中的优化可以提升算法的效率和准确性，例如通过使用哈希表实现快速特征匹配，提高图像识别速度THANK YOU。