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文档简介

第5章数组与广义表第2

页5.1数组的概念数据类型相同的元素(变量)构成的有序元素的集合。数组名代表即为该集合的代表。如果要访问其中某个元素(变量),可以通过元素的索引值(下标)访问。C语言中数组元素的索引值从0开始。

intA[30][10];e=A[i][j];

intA[c1..d1,c2..d2]

更一般情况:子界第3

页5.1数组的概念数组的逻辑结构 1.线性结构扩展AMN=a00a01…

a0N-1a10a11…

a1N-1aM-10aM-11…aM-1N-1

A=(A0,A1,…,AN-1)其中:Ai=(a0i,a1i,…,Am-1i)(0≤i≤N-1)二维数组是以数据元素作为线性表的线性表第4

页5.1数组的概念数组的逻辑结构2.二维数组中的每个元素都受两个线性关系的约束——行、列AMN=a00a01…

a0N-1a10a11…

a1N-1............aM-10aM-11…aM-1N-1在行关系中ai,j直接前趋ai,j-1ai,j直接后继ai,j+1在列关系中ai,j直接前趋ai-1,jai,j直接后继ai+1,jN维数组中的每个元素受N个线性关系的约束第5

页5.1数组的概念数组的基本操作初始化操作InitArray(&A,n,bound1,…,boundn)销毁操作DestroyArray(&A)读元素操作Value(A,&e,index1,…,indexn)写元素操作Assign(&A,e,index1,…,indexn)在高级语言中的典型体现:intA[M][N];A[i][j]=x;写y=A[i][j];读AMN=a00a01…

a0N-1a10a11…

a1N-1aM-10aM-11…aM-1N-1第6

页5.1数组的概念数组的基本操作1. 读:给定一组下标,读出对应的数组元素;2. 写:给定一组下标,存储或修改与其相对应的数组元素。

读/写操作本质上只对应一种操作—寻址:确定指定元素在内存中的物理地址。数组的存储 两种形式:既可以是顺序存储,也可以采用链式结构。第7

页5.2数组的存储和实现数组的存储结构与寻址——一维数组 设有M个元素的一维数组,下标范围为闭区间[0,M-1],每个数组元素占用L

个存储单元。La0ai-1ai……aM-1a1……Loc(a0)Loc(ai)

ai

的存储地址:Loc(ai

)=Loc(a0)+i×L

第8

页5.2数组的存储和实现数组的存储结构与寻址——二维数组常用的两种映射方法:按行优先:先行后列,先存储行号较小的元素,行号相同者先存储列号较小的元素。按列优先:先列后行,先存储列号较小的元素,列号相同者先存储行号较小的元素。

二维数组内存二维结构一维结构第9

页5.1数组的概念Pascal语言数组的行优先存储a111a112a113

…a11n

a121a122a123

…a12n

…………

a1m1a1m2a1m3

…a1mn

a211a212a213

…a21n

a221a222a223

…a22n

…………

a2m1a2m2a2m3

…a2mn

ak11ak12ak13

…ak1n

ak21ak22ak23

…ak2n

…………

akm1akm2akm3

…akmn第10

页5.1数组的概念FORTRAN语言数组的列优先存储a111a211a311

…ak11a121a221a321

…ak21

…………

a1m1a2m1a3m1

…akm1

a112a212a312

…ak12

a122a222a322

…ak22

…………

a1m2a2m2a3m2

…akm2

a11na21na31n

…ak1n

a12na22na32n

…ak2n

…………

a1mna2mna3mn

…akmn第11

页5.2数组的存储和实现二维数组——按行优先(M×N)0N-1

0M-1aij前面的元素个数=阴影部分的面积=整行数×每行元素个数+本行中aij前面的元素个数=i×N+j本行中aij

之前的元素个数每行元素个数整行数aijLoc(aij)

=Loc(a00)+(N×i+j)×L第12

页5.2数组的存储和实现二维数组——按行优先的更一般情况l2h2

l1h1aij前面的元素个数=阴影部分的面积=整行数×每行元素个数+本行中aij前面的元素个数=(i

-l1)×(h2

-l2+1)+(j

-l2)aijLoc(aij)=Loc(al1l2)+((i-l1)×(h2-l2+1)+(j-l2))×L本行中aij

前面的元素个数每行元素个数整行数第13

页5.2数组的存储和实现三维数组

三维数组:A[m1,m2,m3]:Loc(aijk)=Loc(a000)+(i×m2×m3+j×m3+k)×L

第14

页5.2数组的存储和实现N维数组

N维数组A[b1,b2,…,bn]中某元素地址

Loc(j1,j2,…,jn) =Loc(0,0,…,0)+(b2×b3×...×bn×j1

+b3×...×bn×j2+...+bn×jn-1+jn)L =Loc(0,0,…,0)+∑ciji 其中:cn=L,ci-1=bi×ci,1<i≤n。ni=1数组基址Ci为常数第15

页5.2数组的存储和实现二维数组——静态数组表示法 typedefElemTypeArray[m*n]; ArrayA;

Amn=a00a01…

a0n-1a10a11…

a1n-1

……am-10am-11…am-1n-1a00….a0n-1a10….a1n-1….am-10….am-1n-1第16

页5.2数组的存储和实现数组的动态表示法 typedefstruct{ ElemType*base;//动态空间基址

intdim;//数组维数

int*bound;//维界基址(各维大小)

int*constants;//数组映像函数常量基址 }Array;A.baseA.dimA.boundsA.constantsb1b2b3c1c2c3a000a0013A[b1][b2][b3]第17

页初始化数组操作

StatusInitArray(Array2&A,intb1,intb2){//数组的初始化

if(b1<=0||b2<=0) returnERROR;else{A.bound1=b1;A.bound2=b2;

if(!(A.base=(ElemType*)malloc(b1*b2*sizeof(ElemType)

)

)

)exit(OVERFLOW);returnOK;}}第18

页销毁数组操作StatusDestroyArray(Array2&A){/*销毁数组A*/if(A.base){free(A.base);A.base=NULL;A.bound1=0;A.bound2=0;returnOK;}elsereturnERROR;}第19

读元素操作StatusValue(Array2A,ElemType&e,intj1,intj2){/*若各下标不超界,则将所指定的A的元素值赋值给e,并返回OK*/if((j1<0)||(j1>=A.bound1)||(j2<0)||(j2>=A.bound2))returnERROR;e=*(A.base+A.bound2*j1+j2);returnOK;}第20

页写元素操作StatusAssign(Array2&A,ElemTypee,intj1,intj2){/*若下标不超界,则将e的值赋给所指定的A的元素,并返回OK。*/if((j1<0)||(j1>=A.bound1)||(j2<0)||(j2>=A.bound2))returnERROR;*(A.base+A.bound2*j1+j2)=e;returnOK;}第21

页n维数组元素存储地址的计算

假设数组Ab1b2…bn

每个元素占用L个存储单元,Loc(j1,j2,…,jn)为元素aj1,j2,…,jn

的存储地址。Loc(0,0,…,0)是数组A的基址。 Loc(j1,j2,…,jn)= Loc(0,0,…,0)+(b2…bnj1

+

b3…bnj2

+…+bnjn-1

+jn)L =Loc(0,…,0)+(c1j1+c2j2+…+cn-1jn-1+cnjn)intB[4][3][5]a000a001

a00b1-1a010a011a01b1-1a020a021a02b1-1第22

页5.3矩阵的压缩存储

为节省存储空间,时常会对某些矩阵进行压缩存储。所谓压缩存储: 1)对多个值相同的元只分配一个存储空间; 2)对零元不分配存储空间。

5.3.1特殊矩阵的压缩存储

5.3.2稀疏矩阵的压缩存储第23

页5.3.1特殊矩阵

特殊矩阵:值相同元素或者非零元素的分布有一定规律的矩阵。对称矩阵/上(下)三角矩阵。a11a12…

a1na21a22…

a2n……am1am2…

amna11a12…

a1n0

a22…

a2n

……00…

amn第24

页5.3.1特殊矩阵对称矩阵/上(下)三角矩阵 用一维数组,按行优先存储下三角元素。a11

a12a13a14…

a1na21a22

a23a24…

a2na31a32a33

a34

…a3n…an1an2an3an4

anna11a21a22

a31a32a33

an1an2…

ann

012345n(n+1)/2-1性质:aij=aji1≤i,j≤n第25

页5.3.1特殊矩阵对称矩阵/上(下)三角矩阵 矩阵元素aij

在一维数组中的存储位置

k:a11

a12a13a14…

a1na21a22

a23a24…

a2na31a32a33

a34

…a3n…an1an2an3an4

anna11a21a22

a31a32a33

an1an2…

ann

012345n(n+1)/2-1k=i(i-1)/2+j-1当ijj(j-1)/2+i-1当ij性质:aij=aji1≤i,j≤n对于下标i,j,线性地址第26

页5.3.1特殊矩阵对称矩阵/上(下)三角矩阵aij

在一维数组中的序号=阴影部分的面积=

i×(i+1)/2+j+1∵一维数组下标从0开始∴aij

在一维数组中的下标k=i×(i+1)/2+j0…in-10…j…n-1

aij每行元素个数12…iaij在本行中的序号aij第0行第1行…第i-1行第27

页5.3.2稀疏矩阵稀疏矩阵:含有较多值相同元素或较多零元素,且值相同元素或者零元素分布没有一定规律的矩阵。讨论含有较多零元素的稀疏矩阵的压缩存储。M

=

012900000000000-3000014000240000018000001500-7000M有42(67)个元素,有8个非零元素如何进行稀疏矩阵的压缩存储??第28

页5.3.2稀疏矩阵三元组顺序表M

=

012900000000000-3000014000240000018000001500-7000采用三元组存储:(行,列,值)(

(1,2,12),(1,3,9),(3,1,-3),(3,6,14),(4,3,24),(5,2,18),(6,1,15),(6,4,-7))加上矩阵的行数和列数:6,7

第29

页5.3.2稀疏矩阵三元组顺序表

#defineMAXSIZE12500typedefstruct{inti,j;//非零元的行下标和列下标

ElemTypee;//非零元值

}Triple;typedefstruct{Tripledata[MAXSIZE+1];

//用于存储三元组表,data[0]未用

intmu,nu,tu;//行数、列数和非零元个数

}TSMatrix;第30

页5.3.2稀疏矩阵三元组表的顺序存储M

=

012900000000000-3000014000240000018000001500-7000ije12345678M.dataM.muM.nuM.tu31-361151212521813

9432464-73614678

按行(行内按列)顺序存储非零元素。第31

页5.3.2稀疏矩阵三元组表的顺序存储——转置算法M

=

012900000000000-3000014000240000018000001500-7000

T

=

00-3001512000180900240000000-70000000014000000000

基本算法:交换对应行/列位置上的元素。第32

页5.3.2稀疏矩阵一般矩阵的转置算法

…inta[m][n],b[m][n];for(i=0;i<m;++i)

for(j=0;j<n;++j)b[j][i]=a[i][j];

…算法的时间复杂度为:O(m*n)第33

页5.3.2稀疏矩阵ije12345678M.dataM.muM.nuM.tu31-361151212521813

9432464-7361467821124

6

-713

-33

42416

1531963

142

518ije12345678M.dataM.muM.nuM.tu678第34

页5.3.2稀疏矩阵转置运算算法TransposeSMatrix(TSMatrixM,TSMatrix&T)基本思想 对M.data从头至尾扫描:

第1次扫描时,将M.data中列号为1的三元组赋值到T.data中; 第2次扫描时,将M.data中列号为2的三元组赋值到T.data中; 依此类推,直至将M.data所有三元组赋值到T.data中。第35

页121213931-3361443245218611564-7ijvijv31-325

1813

-361151615121221

1252

1813

931

9432434

2464

-746

-7361463

14M.dataT.data第一次扫描查找第1列元素第一次扫描结束第二次扫描结束第二次扫描查找第2列元素第三次扫描查找第3列元素第四次扫描查找第4列元素第五次扫描查找第5列元素第六次扫描查找第6列元素5.3.2稀疏矩阵第七次扫描查找第7列元素三元组表的顺序存储——转置算法第36

页5.3.2稀疏矩阵StatusTranMatrix(TSMatrixM,TSMatrix&T){T.mu=M.nu;T.nu=M.mu;T.tu=M.tu;

if(T.tu)//非零元素个数!=0{q=1;//q为当前三元组在T.data[]存储位置(下标)

for(col=1;col<=M.nu;++col)

for(p=1;p<=M.tu;++p)//p为扫描M.data指示器

if(M.data[p].j==col){T.data[q].i=M.data[p].j;T.data[q].j=M.data[p].i;

T.data[q].e=M.data[p].e;++q;}

}//if

returnOK;}//TranMtrix算法的时间复杂度:O(nu*tu)第37

页5.3.2稀疏矩阵时间复杂度分析转置算法TranMatrix的时间复杂度为O(nutu)当非零元的个数tu和矩阵元素个数munu同数量级时,转置运算算法的时间复杂度为O(numunu)算法一般用于tu<<munu的情况第38

页5.3.2稀疏矩阵提高算法效率num[col]:存储M第col列非零元个数cpos[col]:存储M第col列第一个非零元在T.data中的位置121213931-3361443245218611564-7ijvM.datacpos[col]的计算方法:

cpos[1]=1cpos[col]=cpos[col-1]+num[col-1]2colncolnum[col]cpot[col]1234567

22811012785319第39

页5.3.2稀疏矩阵第3列第二个非零元在b中的位置121213931-3361443245218611564-7colnum[col]cpot[col]1234567228110135278M.dataT.data12122112第2列第一个非零元在b中的位置139第3列第一个非零元在b中的位置31931-313-33614631443243424521825186115161564-746-74第2列第二个非零元在b中的位置65第4列第二个非零元在b中的位置第1列第一个非零元在b中的位置2793第6列第一个非零元在b中的位置扫描M.data实现M到T的转置809第40

页5.3.2稀疏矩阵StatusFastTransMatrix(TSMatrixM,TSMatrix&T){//采用三元组顺序表存储稀疏矩阵,求M的转置矩阵T

T.mu=M.nu;T.nu=M.mu;T.tu=M.tu;

if(T.tu){for(col=1;col<=M.nu;++col)num[col]=0;//求M中每一列非零元个数

for(t=1;t<=M.tu;++t)++num[M.data[t].j];

//求第col列中第一个非零元在T.data中的序号

cpot[1]=1;

for(col=2;col<=M.nu;++col)cpot[col]=cpot[col-1]+num[col-1];第41

页5.3.2稀疏矩阵

for(p=1;p<M.tu;++p){col=M.data[p].j;q=cpot[col];T.data[q].i=M.data[p].j;T.data[q].j=M.data[p].i;T.data[q].e=M.data[p].e;++cpot[col];

}

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