数据结构与算法课程教学大纲

数据结构与算法课程教学大纲一、课程基本信息1.课程名称：数据结构与算法2.课程代码：[具体代码]3.课程类型：专业基础课4.学分/学时：[X]学分，[16X]学时（理论教学[12X]学时+实践教学[4X]学时）5.适用专业：计算机相关专业6.先修课程：高级语言程序设计、离散数学

二、课程目标1.使学生系统掌握数据结构与算法的基本概念、基本原理和基本方法，具备扎实的数据结构与算法基础。2.培养学生运用数据结构与算法解决实际问题的能力，提高学生的逻辑思维能力和程序设计能力。3.让学生了解数据结构与算法在计算机科学及其他领域的广泛应用，激发学生对计算机科学的兴趣和探索精神。

三、课程内容与要求绪论（2学时）1.教学内容数据结构与算法的基本概念数据结构的逻辑结构、存储结构及运算算法的定义、特性、设计要求及分析方法2.教学要求理解数据、数据元素、数据项、数据对象、数据结构、抽象数据类型等基本概念。掌握数据结构的逻辑结构（线性结构、非线性结构）、存储结构（顺序存储、链式存储、索引存储、散列存储）及运算。了解算法的定义、特性（有穷性、确定性、输入、输出、可行性）、设计要求（正确性、可读性、健壮性、效率与低存储量需求）及分析方法（时间复杂度、空间复杂度）。

线性表（8学时）1.教学内容线性表的逻辑结构和抽象数据类型线性表的顺序存储结构及实现线性表的链式存储结构（单链表、双向链表、循环链表）及实现线性表的应用（如多项式相加、一元多项式求导等）2.教学要求掌握线性表的逻辑结构特点，熟悉线性表的抽象数据类型定义。熟练掌握线性表的顺序存储结构，包括存储表示、初始化、插入、删除、查找等基本操作的实现。深入理解线性表的链式存储结构，掌握单链表、双向链表、循环链表的存储表示及基本操作（如创建、插入、删除、查找、遍历等）的实现。能够运用线性表解决实际问题，如实现多项式的各种运算。

栈和队列（6学时）1.教学内容栈的逻辑结构、抽象数据类型及应用栈的顺序存储结构和链式存储结构及实现队列的逻辑结构、抽象数据类型及应用队列的顺序存储结构和链式存储结构及实现栈和队列的应用案例（如表达式求值、括号匹配、迷宫求解、层次遍历等）2.教学要求理解栈和队列的逻辑结构特点，掌握它们的抽象数据类型定义。熟练掌握栈和队列的顺序存储结构与链式存储结构，以及它们的基本操作（如进栈、出栈、入队、出队、判空、判满等）的实现。能够运用栈和队列解决实际问题，如实现表达式求值、括号匹配检查、迷宫求解、二叉树层次遍历等算法。

串（4学时）1.教学内容串的基本概念和抽象数据类型串的存储结构（顺序存储、链式存储）及实现串的基本操作（如求串长、串连接、子串定位、串比较等）的实现模式匹配算法（BF算法、KMP算法）2.教学要求掌握串的基本概念和抽象数据类型定义。了解串的顺序存储和链式存储结构，掌握串的基本操作（如求串长、串连接、子串定位、串比较等）的实现。理解模式匹配的概念，熟练掌握BF算法和KMP算法的基本思想及实现。

数组和广义表（6学时）1.教学内容数组的逻辑结构和存储结构特殊矩阵（对称矩阵、三角矩阵、对角矩阵）的压缩存储稀疏矩阵的三元组表存储和十字链表存储广义表的定义、逻辑结构和存储结构广义表的基本操作（如求表头、表尾、深度、长度等）2.教学要求掌握数组的逻辑结构和存储结构特点，了解多维数组的存储方式。掌握特殊矩阵（对称矩阵、三角矩阵、对角矩阵）的压缩存储方法，能够实现特殊矩阵的压缩存储和恢复。理解稀疏矩阵的概念，掌握稀疏矩阵的三元组表存储和十字链表存储方式及基本操作。掌握广义表的定义、逻辑结构和存储结构，能够实现广义表的基本操作。

树和二叉树（10学时）1.教学内容树的基本概念、逻辑结构和存储结构二叉树的定义、性质、存储结构二叉树的遍历（先序遍历、中序遍历、后序遍历、层次遍历）及应用线索二叉树的概念和构造树和森林的遍历及与二叉树的转换哈夫曼树和哈夫曼编码2.教学要求理解树的基本概念、逻辑结构和存储结构，掌握树的基本操作。熟练掌握二叉树的定义、性质（如节点数、叶子节点数、度为2的节点数之间的关系等）、存储结构（顺序存储、链式存储）。熟练掌握二叉树的各种遍历方法（先序遍历、中序遍历、后序遍历、层次遍历）及其应用，如二叉树的递归遍历和非递归遍历实现，利用遍历进行二叉树的其他操作（如求节点个数、叶子节点个数、深度等）。理解线索二叉树的概念，掌握线索二叉树的构造方法。掌握树和森林的遍历方法以及它们与二叉树的转换关系。掌握哈夫曼树的构造方法和哈夫曼编码的实现，理解哈夫曼编码在数据压缩中的应用。

图（8学时）1.教学内容图的基本概念、逻辑结构和存储结构图的遍历（深度优先搜索、广度优先搜索）及应用图的连通性（连通图、连通分量、强连通图、强连通分量）生成树和最小生成树（Prim算法、Kruskal算法）最短路径问题（Dijkstra算法、Floyd算法）拓扑排序和关键路径2.教学要求理解图的基本概念（如顶点、边、有向图、无向图、网、子图、邻接顶点、度、入度、出度等）、逻辑结构和存储结构（邻接矩阵、邻接表、十字链表、邻接多重表）。熟练掌握图的深度优先搜索和广度优先搜索遍历算法及其应用，如利用遍历判断图的连通性、求图的连通分量等。理解图的连通性概念，掌握连通图、连通分量、强连通图、强连通分量的定义和判断方法。掌握生成树和最小生成树的概念，熟练掌握Prim算法和Kruskal算法求解最小生成树。掌握最短路径问题的基本概念，熟练掌握Dijkstra算法和Floyd算法求解最短路径。理解拓扑排序和关键路径的概念，掌握拓扑排序算法和关键路径的求解方法。

查找（6学时）1.教学内容查找的基本概念和平均查找长度顺序查找和折半查找二叉排序树的定义、性质、插入和删除操作平衡二叉树的定义、性质和调整方法B树和B+树的定义、性质及基本操作哈希表的定义、哈希函数的构造方法、冲突处理方法2.教学要求理解查找的基本概念，掌握平均查找长度的计算方法。熟练掌握顺序查找和折半查找算法及其性能分析。掌握二叉排序树的定义、性质，能够实现二叉排序树的插入和删除操作。理解平衡二叉树的概念和性质，掌握平衡二叉树的调整方法（左旋、右旋、先左旋后右旋、先右旋后左旋）。理解B树和B+树的定义、性质，掌握它们的基本操作（如插入、删除、查找等）。掌握哈希表的基本概念，理解哈希函数的构造方法（如直接定址法、数字分析法、平方取中法、折叠法、除留余数法等）和冲突处理方法（如开放定址法、链地址法等）。

排序（6学时）1.教学内容排序的基本概念和评价指标插入排序（直接插入排序、折半插入排序、希尔排序）交换排序（冒泡排序、快速排序）选择排序（简单选择排序、堆排序）归并排序各种排序算法的比较和应用场景分析2.教学要求理解排序的基本概念，掌握评价排序算法的性能指标（如时间复杂度、空间复杂度、稳定性等）。熟练掌握插入排序（直接插入排序、折半插入排序、希尔排序）、交换排序（冒泡排序、快速排序）、选择排序（简单选择排序、堆排序）、归并排序等算法的基本思想、实现过程和性能分析。能够比较各种排序算法的优缺点，根据实际问题选择合适的排序算法。

四、实践教学内容与要求1.实践教学目标通过实践教学，使学生加深对数据结构与算法理论知识的理解，提高学生运用数据结构与算法解决实际问题的能力，培养学生的编程能力、调试能力和创新能力。2.实践教学内容线性表、栈、队列、串等数据结构的实现与应用编程实验。树、图等复杂数据结构的遍历及相关算法的编程实验。查找和排序算法的实现与性能测试编程实验。综合应用数据结构与算法解决实际问题的课程设计。3.实践教学要求实验前要求学生认真预习实验内容，明确实验目的、要求和步骤。实验过程中要求学生独立完成程序设计和调试，遇到问题及时查阅资料或向教师请教。实验报告要求内容完整、格式规范，包括实验目的、实验环境、实验步骤、实验结果、问题分析与解决等。课程设计要求学生综合运用所学的数据结构与算法知识，设计并实现一个具有一定功能的应用系统，要求系统功能完整、算法设计合理、程序结构清晰、代码质量高。

五、课程考核1.考核方式：本课程采用平时成绩+期末考试成绩的考核方式。2.平时成绩（40%）考勤（10%）：包括出勤情况、课堂纪律等。作业（20%）：布置适量的课后作业，定期检查并批改，根据作业完成情况评定成绩。实践成绩（10%）：根据实验报告、实验表现和课程设计完成情况评定成绩。3.期末考试成绩（60%）：采用闭卷考试形式，考试时间为[具体时长]，主要考查学生对数据结构与算法基本概念、基本原理和基本方法的掌握程度，以及运用所学知识解决问题的能力。

六、教材及参考资料1.教材：[教材名称]，[作者]，[出版社]，[出版年份]2.参考资料[参考教材1名称]，[作者]，[出版社]，[出版年份][参考教材2名称]，[作者]，[出版社]，[出版年份]相关在线课程资源、学术论文、技术博客等

七、教学方法与手段1.教学方法讲授法：系统讲解数据结构与算法的基本概念、原理和方法。案例教学法：通过实际案例分析，加深学生对知识的理解和应用能力。讨论法：组织学生讨论问题，激发学生的思维和创新能力。实