计算机基础课件ppt-第3讲 计算机软件基础知识(1).pdf
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1、计计算算机机软软件件基基础础知知识识第第三三讲讲 基基本本组组成成3.1数数据据结结构构与与算算法法 1.1 算算法法算算法法:是是一一组组有有穷穷指指令令集集,是是解解题题方方案案的的准准确确而而完完整整的的描描述述。通通俗俗地地说说,算算法法就就是是计计算算机机解解题题的的过过程程。算算法法不不等等于于程程序序,也也不不等等于于计计算算方方法法,程程序序的的编编制制不不可可能能优优于于算算法法的的设设计计。 算算法法是是一一组组严严谨谨地地定定义义运运算算顺顺序序的的规规则则,每每一一个个规规则则都都是是有有效效的的,且且是是明明确确的的,此此顺顺序序将将在在有有限限的的次次数数下下终终止
2、止。所所以以其其四四个个基基本本特特征征包包括括: (1) 确确定定性性,算算法法中中每每一一步步骤骤都都必必须须有有明明确确定定义义,不不允允许许有有模模棱棱两两可可的的解解释释,不不允允许许有有多多义义性性; (2) 有有穷穷性性,算算法法必必须须能能在在有有限限的的时时间间内内做做完完,即即能能在在执执行行有有限限个个步步骤骤后后终终止止; (3) 可可行行性性,算算法法原原则则上上能能够够精精确确地地执执行行; (4) 拥拥有有足足够够的的情情报报。 算算法法的的基基本本要要素素:一一是是对对数数据据对对象象的的运运算算和和操操作作;二二是是算算法法的的控控制制结结构构。 指指令令系系
3、统统:一一个个计计算算机机系系统统能能执执行行的的所所有有指指令令的的集集合合。 基基本本运运算算和和操操作作包包括括:算算术术运运算算、逻逻辑辑运运算算、关关系系运运算算、数数据据传传输输。 算算法法的的三三种种基基本本控控制制结结构构:顺顺序序结结构构、选选择择结结构构、循循环环结结构构。 算算法法基基本本设设计计方方法法:列列举举法法、归归纳纳法法、递递推推、递递归归、减减半半递递推推技技术术、回回溯溯法法。 算算法法效效率率的的度度量量算算法法复复杂杂度度:算算法法时时间间复复杂杂度度和和算算法法空空间间复复杂杂度度。 算算法法时时间间复复杂杂度度:指指执执行行算算法法所所需需要要的的
4、计计算算工工作作量量。即即算算法法执执行行过过程程中中所所需需要要的的基基本本运运算算次次数数。通通常常,一一个个算算法法所所用用的的时时间间包包括括编编译译时时间间和和运运行行时时间间。 算算法法空空间间复复杂杂度度:指指执执行行这这个个算算法法所所需需要要的的内内存存空空间间。包包括括算算法法程程序序所所占占的的空空间间,输输入入的的初初始始数数据据所所占占的的空空间间,算算法法执执行行过过程程中中所所需需的的额额外外空空间间。1.2 数数据据结结构构的的基基本本概概念念数数据据结结构构:指指相相互互有有关关联联的的数数据据元元素素的的集集合合。 数数据据结结构构研研究究的的三三个个方方面
5、面: (1) 数数据据集集合合中中各各数数据据元元素素之之间间所所固固有有的的逻逻辑辑关关系系,即即数数据据的的逻逻辑辑结结构构; (2) 在在对对数数据据进进行行处处理理时时,各各数数据据元元素素在在计计算算机机中中的的存存储储关关系系,即即数数据据的的存存储储结结构构(或或物物理理结结构构); (3) 对对各各种种数数据据结结构构进进行行的的运运算算。数数据据的的逻逻辑辑结结构构应应包包含含: (1) 表表示示数数据据元元素素的的信信息息; (2) 表表示示各各数数据据元元素素之之间间的的前前后后件件关关系系(指指逻逻辑辑关关系系,与与存存储储位位置置无无关关)。 数数据据的的逻逻辑辑结结
6、构构在在计计算算机机存存储储空空间间中中的的存存放放形形式式称称为为数数据据的的存存储储结结构构,也也称称数数据据物物理理结结构构。 数数据据的的存存储储结结构构有有顺顺序序、链链接接、索索引引等等。 按按逻逻辑辑关关系系分分类类1.线线性性结结构构2.非非线线性性结结构构 :树树结结构构和和图图结结构构线线性性结结构构的的条条件件,(一一个个非非空空数数据据结结构构): (1) 有有且且只只有有一一个个根根结结点点; (2) 每每一一个个结结点点最最多多有有一一个个前前件件,也也最最多多有有一一个个后后件件。 非非线线性性结结构构:不不满满足足线线性性结结构构条条件件的的数数据据结结构构。
7、树树结结构构:一一个个元元素素可可以以有有两两个个或或两两个个以以上上的的 直直接接后后继继元元素素 1.3栈栈和和队队列列 栈栈 是是只只能能通通过过访访问问它它的的一一端端来来实实现现数数据据结结构构存存储储和和检检索索的的一一种种线线性性数数据据结结构构栈栈:限限定定在在一一端端进进行行插插入入与与删删除除的的线线性性表表。 其其允允许许插插入入与与删删除除的的一一端端称称为为栈栈顶顶,用用指指针针top表表示示栈栈顶顶位位置置。 不不允允许许插插入入与与删删除除的的另另一一端端称称为为栈栈底底,用用指指针针bottom表表示示栈栈底底。 栈栈按按照照“先先进进后后出出”(FILO)或或
8、“后后进进先先出出”(LIFO)组组织织数数据据,栈栈具具有有记记忆忆作作用用。 栈栈的的存存储储方方式式有有顺顺序序存存储储和和链链式式存存储储。 栈栈的的基基本本运运算算:(1)入入栈栈运运算算,在在栈栈顶顶位位置置插插入入元元素素; (2) 退退栈栈运运算算,删删除除元元素素(取取出出栈栈顶顶元元素素并并赋赋给给一一个个指指定定的的变变量量);(3) 读读栈栈顶顶元元素素,将将栈栈顶顶元元素素赋赋给给一一个个指指定定的的变变量量,此此时时指指针针无无变变化化。 队队列列:指指允允许许在在一一端端(队队尾尾)进进入入插插入入,而而在在另另一一端端(队队头头)进进行行删删除除的的线线性性表表
9、。 用用rear指指针针指指向向队队尾尾,用用front指指针针指指向向队队头头元元素素的的前前一一个个位位置置。 队队列列是是“先先进进先先出出”(FIFO)或或“后后进进后后出出”(LILO)的的线线性性表表。 队队列列运运算算包包括括:(1) 入入队队运运算算:从从队队尾尾插插入入一一个个元元素素; (2) 退退队队运运算算:从从队队头头删删除除一一个个元元素素。 队队列列的的顺顺序序存存储储结结构构一一般般采采用用队队列列循循环环的的形形式式。它它是是利利用用一一组组地地址址连连续续的的 存存储储单单元元存存放放队队列列中中的的元元素素,由由于于队队列列中中元元素素的的插插入入和和删删
10、除除限限定定在在表表的的两两端端进进行行,因因此此设设置置队队头头指指针针和和队队尾尾指指针针,分分别别指指示示出出当当前前的的队队首首元元素素和和队队尾尾元元素素。1.4 树树与与二二叉叉树树 树树是是一一种种简简单单的的非非线线性性结结构构,其其所所有有元元素素之之间间具具有有明明显显的的层层次次特特性性。 在在树树结结构构中中,每每一一个个结结点点只只有有一一个个前前件件,称称为为父父结结点点。没没有有前前件件的的结结点点只只有有一一个个,称称为为树树的的根根结结点点,简简称称树树的的根根。每每一一个个结结点点可可以以有有多多个个后后件件,称称为为该该结结点点的的子子结结点点。没没有有后
11、后件件的的结结点点称称为为叶叶子子结结点点。 在在树树结结构构中中,一一个个结结点点所所拥拥有有的的直直接接后后件件的的个个数数称称为为该该结结点点的的度度,所所有有结结点点中中最最大大的的度度称称为为树树的的度度。树树的的最最大大层层次次称称为为树树的的深深度度。二二叉叉树树的的特特点点: (1) 非非空空二二叉叉树树只只有有一一个个根根结结点点;(2) 每每一一个个结结点点最最多多有有两两棵棵子子树树,且且分分别别称称为为该该结结点点的的左左子子树树与与右右子子树树。 满满二二叉叉树树是是指指除除最最后后一一层层外外,每每一一层层上上的的所所有有结结点点有有两两个个子子结结点点,则则k层层
12、上上有有2k-1个个结结点点,深深度度为为m的的满满二二叉叉树树有有2m-1个个结结点点。 完完全全二二叉叉树树是是指指除除最最后后一一层层外外,每每一一层层上上的的结结点点数数均均达达到到最最大大值值,在在最最后后一一层层上上只只缺缺少少右右边边的的若若干干结结点点。 二二叉叉树树基基本本性性质质: (1) 在在二二叉叉树树的的第第k层层上上,最最多多有有2k-1(k1)个个结结点点; (2) 深深度度为为m的的二二叉叉树树最最多多有有2m-1个个结结点点; (3) 度度为为0的的结结点点(即即叶叶子子结结点点)总总是是比比度度为为2的的结结点点多多一一个个;即即n0=n2+1 (4) 具具
13、有有n个个结结点点的的二二叉叉树树,其其深深度度至至少少为为log2n+1,其其中中log2n表表示示取取log2n的的整整数数部部分分 (5) 具具有有n个个结结点点的的完完全全二二叉叉树树的的深深度度为为log2n+1;二二叉叉树树的的遍遍历历: (1) 前前序序遍遍历历(DLR),首首先先访访问问根根结结点点,然然后后遍遍历历左左子子树树,最最后后遍遍历历右右子子树树;(树树根根在在第第一一,下下走走不不跳跳结结点点)(2) 中中序序遍遍历历(LDR),首首先先遍遍历历左左子子树树,然然后后访访问问根根结结点点,最最后后遍遍历历右右子子树树;(有有左左先先左左,再再寻寻根根,后后找找右右
14、。最最左左边边的的结结点点最最先先遍遍历历,最最右右边边的的结结点点最最后后遍遍历历) (3) 后后序序遍遍历历(LRD)首首先先遍遍历历左左子子树树,然然后后访访问问遍遍历历右右子子树树,最最后后访访问问根根结结点点。(有有左左先先左左,再再找找右右,后后寻寻根根,到到最最右右一一路路上上行行,树树根根在在最最后后) 二二叉叉树树中中度度为为 0 的的节节点点的的个个数数比比度度为为 2 的的节节点点的的个个数数多多一一。二二叉叉树树遍遍历历总总结结: 前前序序遍遍历历:最最左左边边的的一一定定是是根根节节点点;中中序序遍遍历历:根根节节点点左左侧侧是是左左子子树树,右右侧侧是是右右子子树树
15、;后后续续遍遍历历:最最右右边边是是根根结结点点。 3.2 软软件件工工程程基基本本概概念念 计计算算机机软软件件是是包包括括程程序序、数数据据及及相相关关文文档档的的完完整整集集合合。 软软件件的的特特点点包包括括: (1) 软软件件是是一一种种逻逻辑辑实实体体,具具有有抽抽象象性性; (2) 软软件件的的生生产产与与硬硬件件不不同同,它它没没有有明明显显的的制制作作过过程程; 软软件件在在运运行行、使使用用期期间间不不存存在在磨磨损损、老老化化问问题题; (4) 软软件件的的开开发发、运运行行对对计计算算机机系系统统具具有有依依赖赖性性,受受计计算算机机系系统统的的限限制制,这这导导致致了
16、了软软件件移移植植的的问问题题; 软软件件复复杂杂性性高高,成成本本昂昂贵贵; (6) 软软件件开开发发涉涉及及诸诸多多的的社社会会因因素素。 软软件件工工程程是是指指应应用用计计算算机机科科学学、数数学学及及管管理理科科学学等等原原理理,以以工工程程化化的的原原则则和和方方法法来来解解决决软软件件问问题题的的工工程程,其其目目的的是是提提高高软软件件成成产产率率、提提高高软软件件质质量量、降降低低软软件件成成本本。软软件件按按功功能能分分为为应应用用软软件件、系系统统软软件件、支支撑撑软软件件(或或工工具具软软件件)。 软软件件危危机机主主要要表表现现在在成成本本、质质量量、生生产产率率等等
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