中南大学数据结构课程

演讲人：日期：中南大学数据结构课程目录CONTENTS02.04.05.01.03.06.课程概述数组与稀疏矩阵数据结构基础课程思政与教学案例线性表课程建设与改革01课程概述计算机科学与技术专业及相关专业的本科生。授课对象该课程是计算机科学与技术专业的重要核心课程之一。课程性质01020304中南大学数据结构课程。课程名称需要具备一定的数学基础和计算机程序设计基础。前置课程课程简介2014课程目标理解数据结构的基本概念、原理和方法。掌握常用数据结构（如线性表、栈、队列、树、图等）的存储和实现方法。熟练运用数据结构解决实际问题，提高算法设计和分析能力。培养学生的逻辑思维能力和抽象思维能力。04010203课程结构理论教学讲解数据结构的基本概念和原理，介绍各种数据结构的存储和实现方法。实践教学通过实验和课程设计，让学生亲自动手实现数据结构，加深理解。综合应用通过案例分析、算法设计和编程实现，培养学生的综合应用能力。02数据结构基础数据是描述现实世界中事物的符号记录，是计算机加工的对象。数据项是数据的最小单位，有时也称为字段或域。数据对象是性质相同的数据元素的集合，是数据的一个子集。数据结构是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。基本概念和术语01030504数据元素是数据的基本单位，通常称为记录。02数据结构的定义逻辑结构指数据元素之间的逻辑关系，它分为线性结构和非线性结构。线性结构非线性结构数据元素之间是一对一的关系。数据元素之间不是一对一的关系，可能是多对多。123数据元素存放在地址连续的存储单元中。顺序存储数据元素存放在任意存储单元中，通过指针连接。链式存储01020304指数据在计算机中的存储结构，有顺序存储、链式存储等。物理结构包括插入、删除、查找、排序、遍历等操作。数据的运算数据结构的定义算法的概念及描述算法的定义算法是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令。有穷性一个算法必须在执行有限个步骤后终止。确定性算法的每一步都必须有确切的含义，不能含糊不清。算法的概念及描述可行性一个算法有0个或多个输入，以刻画运算对象的初始情况。输入输出一个算法有1个或多个输出，以反映对输入数据加工后的结果。算法的执行步骤必须是可行的，能够在有限时间内完成。算法的概念及描述通常包括问题分析、算法设计、算法实现和算法评价等步骤。算法的设计主要通过时间复杂度和空间复杂度来衡量算法的性能。算法的评价算法的概念及描述03线性表线性表的定义及基本操作线性表的定义线性表是n个具有相同特性的数据元素的有限序列，是数据结构的一种。线性表的特点线性表的基本操作数据元素之间是一对一的关系，除了第一个和最后一个数据元素之外，其它数据元素都是首尾相接的。主要包括插入、删除、查找和遍历等操作。123线性表的顺序存储结构顺序存储的定义线性表的顺序存储是用一段地址连续的存储单元依次存储线性表的数据元素。顺序存储的特点逻辑上相邻的元素在物理位置上也相邻，因此可以随机访问线性表中的任意元素。顺序存储的优缺点优点是存储密度高，其访问元素的时间复杂度为O(1)；缺点是插入和删除操作需要移动大量元素，时间复杂度为O(n)。线性表的链式存储结构链式存储的定义线性表的链式存储是用一组任意的存储单元存放线性表的元素，链表中每个元素称为一个结点，每个结点除包含元素本身的信息外，还包括指向其后继元素的指针。链式存储的特点逻辑上相邻的元素在物理位置上不一定相邻，通过指针链接起来，因此可以灵活地进行插入和删除操作。链式存储的优缺点优点是插入和删除操作不需要移动元素，只需修改指针，时间复杂度为O(1)；缺点是存储密度低，访问元素需要从头结点开始遍历，时间复杂度为O(n)。同时，链式存储需要额外的指针空间。线性表的链式存储结构链表的种类根据指针的不同，链表可以分为单链表、双链表、循环链表等。单链表每个结点只包含一个指针，指向其后继元素；双链表每个结点包含两个指针，分别指向前驱和后继元素；循环链表则将最后一个结点的指针指向头结点，形成一个环状结构。04数组与稀疏矩阵数组的定义数组是相同类型数据元素的有限集合数组由相同类型的数据元素组成，这些元素在内存中连续存储。030201数组元素通过索引访问每个数组元素都有一个唯一的索引，用于标识元素在数组中的位置。数组具有固定的大小和形状数组的大小和形状在创建时确定，并在整个生命周期内保持不变。用连续的内存单元存储数组元素，通过计算元素存储地址实现快速访问。数组的顺序表示和实现数组的顺序表示在C/C等语言中，数组通过指针实现；在Java等语言中，数组是对象，通过引用进行访问。数组的实现方式数组支持随机访问，时间复杂度为O(1)；但插入和删除操作需要移动大量元素，时间复杂度为O(n)。数组操作的效率和复杂度稀疏矩阵的基本概念稀疏矩阵的定义矩阵中大部分元素为零的矩阵称为稀疏矩阵。稀疏矩阵的存储方式稀疏矩阵的运算为了节省存储空间，稀疏矩阵通常采用压缩存储方式，如三元组表、十字链表等。稀疏矩阵的加法、乘法等运算需要特殊算法，以提高运算效率。例如，稀疏矩阵乘法通常采用基于行或列的快速算法。12305课程思政与教学案例课程思政教学案例介绍数组与内存管理通过讲解数组在内存中的存储方式，引导学生理解内存管理的重要性，培养学生的责任感和严谨作风。链表与递归通过链表和递归的实例，培养学生的抽象思维能力和逻辑思维能力，同时强调递归思想在实际问题中的应用。图论与算法在图论算法中融入诚信、责任等思政元素，引导学生理解算法背后的数学原理，培养学生的学术诚信和团队合作精神。学生成绩提升通过课程思政的融入，学生成绩显著提升，对数据结构课程的掌握更加深入。教学成果与奖项教学竞赛获奖本课程团队在全国高校数据结构竞赛中屡获佳绩，展示了优秀的教学成果。发表高水平论文课程团队在相关领域发表多篇高水平学术论文，为课程改革提供了有力支撑。目标学生本课程面向计算机科学与技术、软件工程等专业的学生，旨在培养其数据结构和算法设计能力。教学方法采用案例教学、小组讨论、实践编程等多种教学方法，激发学生的学习兴趣和主动性，提高学生的分析问题和解决问题的能力。目标学生与教学方法06课程建设与改革本科课程建设项目数据结构与算法基础课程建设优化课程内容，强化算法设计与分析能力，提高编程实践能力。030201数据结构实验课程建设设计多层次、多类型的实验项目，提高学生的动手能力和创新能力。课程教材建设编写高质量、具有特色的数据结构教材，满足不同层次学生的学习需求。学生创新能力培养引进和培养高水平教师，建立优秀的教学团队，提高课程的教学质量。师资队伍建设教学方法与手段改革采用启发式、讨论式、案例式等多种教学方法，激发学生的学习兴趣和主动性。加强对学生创新意识和创新能力的培养，鼓励学生参加各类竞赛和科研项目。教学成果建设重点培育项目研究生教育教学改革研