《矢量数据结构》课件

《矢量数据结构》课程目标理解矢量数据结构掌握矢量的基本概念，属性和操作。掌握矢量的应用了解矢量在实际编程中的应用场景，以及如何使用矢量解决问题。掌握矢量的算法学习矢量相关的常用算法，如排序、查找、遍历等。矢量概述矢量是一种动态数据结构，类似于动态数组，可根据需要动态调整大小。它是一种顺序容器，支持随机访问，元素存储在连续的内存位置。矢量通常用于存储同类数据的集合，并提供高效的元素访问、插入、删除等操作。矢量的核心概念是“动态扩展”，即在需要时自动扩展容量，以容纳更多元素。这种动态特性使矢量能够灵活地处理不同数量的数据，而无需事先预知确切的存储空间大小。矢量基本属性容量表示矢量可以存储的元素数量。大小表示矢量中当前存储的元素数量。元素类型表示矢量存储的元素类型，例如整数、浮点数或字符串。矢量的声明与初始化1声明指定矢量类型和名称2初始化创建矢量对象并分配内存3赋值将值赋给矢量元素矢量元素的访问1下标访问使用下标运算符`[]`访问矢量元素，类似数组访问。例如，`vector[index]`。2迭代器访问使用迭代器遍历矢量元素，可通过`begin()`和`end()`获取迭代器。3at()方法使用`at()`方法访问指定索引的元素，并进行边界检查，防止越界访问。矢量元素的插入与删除插入使用`push_back()`方法可以将元素添加到矢量的末尾.删除使用`pop_back()`方法可以删除矢量末尾的元素.插入指定位置使用`insert()`方法可以将元素插入到矢量的指定位置.删除指定位置使用`erase()`方法可以删除矢量的指定位置的元素.矢量容量的扩展1动态分配矢量容量不足时，自动申请新的内存空间。2内存拷贝将原有数据复制到新的内存地址。3释放旧内存释放不再使用的旧内存区域。矢量的遍历循环遍历使用循环语句（如for循环或while循环）遍历矢量的所有元素，依次访问每个元素。迭代器使用迭代器来访问矢量中的元素，迭代器提供了一种更便捷的遍历方式。范围遍历C++11引入了范围遍历功能，使用自动推断的变量来遍历矢量的所有元素。常用的矢量操作添加元素使用push()方法在矢量末尾添加新元素。删除元素使用pop()方法删除矢量末尾的元素，或使用erase()方法删除特定位置的元素。访问元素使用下标运算符[]或at()方法访问矢量中的元素。排序使用sort()方法对矢量中的元素进行排序。矢量与指针的关系矢量使用指针来管理内存，提高效率。指针指向内存地址，方便访问和修改元素。指针链接元素，形成连续的内存空间。矢量的内存管理1动态分配矢量使用动态内存分配，根据需要自动扩展其容量，避免了预先分配固定大小内存带来的浪费。2自动释放矢量在超出作用域时会自动释放其占用的内存空间，避免内存泄漏。3内存碎片频繁插入和删除元素会导致内存碎片化，降低内存使用效率。可以通过内存压缩或重新分配来解决。矢量的异常处理越界访问当访问矢量中不存在的元素时，会抛出异常。内存分配失败当矢量需要扩展容量时，如果内存分配失败，会抛出异常。迭代器失效当矢量元素被插入或删除时，迭代器可能会失效，导致程序崩溃。矢量的拷贝与赋值1浅拷贝仅复制矢量的地址，共享同一块内存空间。2深拷贝复制矢量内容到新的内存空间，独立存在。3赋值操作使用赋值运算符(=)将一个矢量的内容复制到另一个矢量中。矢量的比较操作相等比较判断两个矢量是否完全相同。大小比较比较两个矢量的大小关系。矢量的排序算法1冒泡排序逐个比较相邻元素，交换位置。2插入排序将元素插入已排序的部分。3选择排序每次选择最小元素，并将其放置到正确位置。4归并排序将序列递归地分成两半，然后合并排序。5快速排序选择一个基准元素，将序列划分为两部分，并递归排序。矢量的查找算法1线性查找逐个比较2二分查找有序数组3哈希查找散列函数矢量的应用案例1使用矢量存储地图数据。矢量数据能够精确地表示地理要素的形状、位置和属性。例如，道路、河流和建筑物可以存储为矢量数据，以便在地图应用程序中进行渲染和分析。矢量的应用案例2矢量在游戏开发中扮演着重要的角色。例如，在角色动画和场景建模中，矢量可以用于创建平滑的运动轨迹和精确的几何形状。矢量还可以用于存储和管理游戏中的各种数据，例如角色属性、游戏地图等。矢量的应用案例3矢量在游戏开发中发挥着重要作用。例如，在角色动画、游戏地图和场景设计中，矢量数据结构可以有效地存储和管理大量点、线和面的信息，从而实现流畅的图形渲染和动态效果。矢量的优缺点分析优点随机访问动态扩展内存连续易于操作缺点插入删除慢内存占用大矢量与其他容器的比较1数组矢量和数组都用于存储固定大小的元素，但矢量提供了动态大小调整的功能，更灵活。2链表矢量提供快速随机访问元素，而链表擅长在中间插入或删除元素。选择取决于访问模式。3集合集合不存储重复元素，并提供了高效的搜索和去重功能，与矢量侧重于顺序访问不同。矢量的未来发展趋势性能优化不断提升矢量的内存效率和运行速度，以适应日益复杂的应用场景。多线程支持利用多核处理器优势，提升矢量操作的并行处理能力，提高程序执行效率。与其他数据结构的结合探索与其他数据结构的协同，如树、图等，以构建更强大的数据模型。课程小结回顾要点我们已经详细学习了矢量数据结构的定义、属性、操作和应用。矢量是C++中的一种重要的数据结构，它可以有效地存储和管理大量数据。展望未来矢量数据结构在软件开发中扮演着重要的角色，在未来，它将与其他数据结构和算法相结合，应用于更复杂的软件系统。思考与练习本节课学习了矢量数据结构的基本概念和应用，请同学们思考以下问题：矢量数据结构的优势和劣势是什么？在实际应用中，如何选择合适的容器类型？尝试用矢量数据结构实现一些简单的算法，例如排序算法或查找算法。知识点回顾矢量数据结构定义、基本属性、声明与初始化、元素访问、插入与删除。容量与内存管理容量扩展、内存分配、异常处理。算法与操作排序