数据结构(C语言版)

前    言
数据结构是计算机应用、计算机软件及信息管理专业的一门重要的基础课程，也是计算机课程体系中的核心课程之一，是设计和实现系统软件及大型应用软件的技术基础，它主要研究各种基本数据的逻辑结构、存储结构和基本运算的实现，以及查找排序等常用算法的实现。通过学习数据结构课程，使读者学会如何把现实世界的问题转化为计算机内部的表示和处理，进而学会组织数据，选择合适的逻辑结构和存储结构，设计算法，形成良好的程序设计风格，提高逻辑思维和抽象思维的能力。
本书主要面向高职高专、成人高校等计算机类专业的学生，本着“培养技术应用型人才”的原则，力求以应用为主体，对基本理论作深入浅出的阐述。因此本教材具有如下特色。
(1) 简洁性：尽量避开抽象理论的介绍和复杂公式的推导，简明扼要地介绍学生需要掌握的基础知识和技术。
(2) 通俗性：对每章中的基本数据结构均通过具体的实例引出，通过通俗易懂的语言介绍专业知识。
(3) 实用性：本书采用C语言作为描述语言，在介绍各种数据结构的基本操作及查找排序算法后均给出主函数，使每个算法都能直接上机实现，并且除第1章以外每章的最后一节都精选了涉及该章内容的案例，另外，最后还配有专门的实训内容，并给出了完整的C程序，供学生上机操作，方便学生自学，同时也方便教师授课。
本教材共分9章，总课时数为70学时左右，其中上机实习20学时。
第1章介绍数据结构的一般概念和算法分析的初步知识；第2章～第5章分别讨论了线性表、栈与队列、串、数组等线性逻辑结构、存储结构以及对于不同存储结构的各种基本操作的算法实现；第6章和第7章介绍了树和图这两种重要的非线性逻辑结构、存储方法及重要的应用；第8章和第9章讨论了各种查找算法及排序算法。
本书由郝春梅任第一主编，齐景嘉任第二主编，董春波、卢金昊、吴波任副主编，各章编写分工如下：第1章和第6章由大庆石油学院应用技术职业学院卢金昊编写；第2章由哈尔滨金融高等专科学校吴波编写；第3章和实训部分由哈尔滨金融高等专科学校齐景嘉编写；第4章和第5章由大庆职业学院董春波编写；第7、8、9章由哈尔滨金融高等专科学校郝春梅编写；全书由哈尔滨金融高等专科学校郝春梅统稿和定稿，黑龙江大学李傲霜审阅了书稿，在此表示感谢。
本书编者都是多年从事本课程教学的一线教师，但由于水平有限，书中难免存在错误与疏漏之处，敬请读者及同行们予以批评指正。

编  者

本书系统地介绍了各种常用的数据结构以及查找、排序算法，对每种数据结构以实例作为切入点，详细阐述了基本概念、逻辑结构、存储表示、基本操作以及相关的应用，书中每章均有典型案例，并给出了算法实现的思路及完整的C程序。为了便于学生自学和教师教学，每章后均配有大量习题及参考答案。附录B是各章实训题目及参考答案。本书中所有程序均在TC 2.0下调试运行通过。

本书内容精练，通俗易懂，既便于教学，又适合自学。本书既可作为高职高专计算机专业及信息管理专业讲授数据结构课程的教材，也可作为从事计算机软件与应用的工作人员、参加自学考试的考生及社会上数据结构学习者的参考用书。

目    录
 
第1章  绪论 1
1.1  引言 1
1.2  基本概念与术语 4
1.3  抽象数据类型 9
1.3.1  数据类型 9
1.3.2  抽象数据类型概述 10
1.4  算法和算法分析 11
1.4.1  算法的基本概念 11
1.4.2  算法的时间复杂度 14
1.4.3  算法的空间复杂度 16
本章小结 16
习题 17
第2章  线性表 19
2.1  线性表的定义及其基本操作 19
2.1.1  线性表的引例 19
2.1.2  线性表的定义 20
2.1.3  线性表的基本操作 20
2.2  线性表的顺序存储结构 20
2.2.1  顺序表结构 20
2.2.2  顺序表的基本操作 22
2.3  线性表的链式存储结构 26
2.3.1  链式存储结构 26
2.3.2  单链表上的基本运算 26
2.3.3  循环链表和双向链表 33
2.4  顺序表与链表的比较 36
2.5  线性表的应用 36
本章小结 43
习题 43
第3章  栈和队列 47
3.1  栈 47
3.1.1  栈的引例 47
3.1.2  栈的定义及基本操作 47
3.1.3  栈的顺序存储表示和
操作的实现 48
3.1.4  栈的链式存储表示和
操作的实现 51
3.2  栈的应用 53
3.3  队列 56
3.3.1  队列的引例 56
3.3.2  队列的定义及基本操作 56
3.3.3  队列的顺序存储表示和
操作的实现 57
3.3.4  队列的链式存储表示和
操作的实现 61
3.4  队列的应用 64
本章小结 66
习题 67
第4章  串 71
4.1  串的定义及基本操作 71
4.1.1  串的基本概念 71
4.1.2  串的基本操作 72
4.2  串的存储结构 73
4.2.1  串的顺序存储结构 73
4.2.2  串的堆式存储 78
4.2.3  串的块链式存储结构 81
4.3  串的应用 81
本章小结 84
习题 84
第5章  数组 86
5.1  数组的定义和运算 86
5.2  数组的顺序存储结构 87
5.3  矩阵的压缩存储结构 89
5.3.1  特殊矩阵 89
5.3.2  稀疏矩阵 91
5.4  广义表的定义 94
5.5  广义表的存储结构 95
5.5.1  头尾表示法 95
5.5.2  孩子兄弟表示法 96
5.6  数组的应用 97
本章小结 101
习题 101
第6章  树和二叉树 104
6.1  树的概念和基本操作 104
6.1.1  树的引例 104
6.1.2  树的定义和基本术语 104
6.1.3  树的基本操作 106
6.2  二叉树 107
6.2.1  二叉树的定义 107
6.2.2  二叉树的性质 107
6.2.3  二叉树的基本操作 109
6.3  二叉树的存储结构 110
6.3.1  顺序存储结构 110
6.3.2  链式存储结构 110
6.4  二叉树的遍历 112
6.4.1  先序遍历 112
6.4.2  中序遍历 113
6.4.3  后序遍历 113
6.4.4  层次遍历 114
6.5  线索二叉树 115
6.5.1  线索二叉树的概念 115
6.5.2  中序线索二叉树的
构造算法 116
6.5.3  线索二叉树的遍历 117
6.6  哈夫曼树及其应用 119
6.6.1  哈夫曼树的定义 119
6.6.2  构造哈夫曼树 120
6.6.3  哈夫曼树的应用 122
6.7  树与森林 124
6.7.1  树的存储结构 124
6.7.2  树、森林与二叉树的转换 126
6.8  二叉树的应用 128
本章小结 131
习题 131
第7章  图 135
7.1  图的定义和术语 135
7.1.1  图的引例 135
7.1.2  图的定义 136
7.1.3  图的基本术语 136
7.2  图的存储结构 139
7.2.1  邻接矩阵 139
7.2.2  邻接链表 141
7.3  图的遍历 144
7.3.1  深度优先搜索 144
7.3.2  广度优先搜索 147
7.4  最小生成树 149
7.4.1  普里姆(Prim)算法 149
7.4.2  克鲁斯卡尔(Kruskal)算法 150
7.5  最短路径 151
7.5.1  单源最短路径 151
7.5.2  每一对顶点之间的
最短路径 153
7.6  AOV网拓扑排序 157
7.6.1  AOV网 157
7.6.2  AOV网拓扑排序 158
7.7  图的应用 162
本章小结 166
习题 166
第8章  查找 170
8.1  基本概念 170
8.2  静态查找表 171
8.2.1  顺序查找 171
8.2.2  折半查找 173
8.2.3  分块查找 175
8.3  动态查找表 176
8.3.1  二叉排序树的概念 176
8.3.2  二叉排序树的查找 177
8.3.3  二叉排序树的插入和生成 178
8.3.4  二叉排序树的删除 179
8.3.5  二叉排序树查找算法
效率分析 180
8.4  哈希表查找 181
8.4.1  哈希表的概念 181
8.4.2  哈希函数的构造方法 181
8.4.3  处理冲突的方法 182
8.4.4  哈希表的查找 184
8.5  查找的应用 185
本章小结 188
习题 189
第9章  排序 191
9.1  基本概念 191
9.2  插入排序 192
9.2.1  直接插入排序 192
9.2.2  希尔排序 194
9.3  交换排序 195
9.3.1  冒泡排序 195
9.3.2  快速排序 197
9.4  选择排序 200
9.4.1  直接选择排序 200
9.4.2  堆排序 201
9.5  归并排序 205
9.6  各种内部排序方法的比较 207
9.7  排序的应用 208
本章小结 210
习题 211
附录A  习题答案 213
附录B  数据结构实训及答案 233
参考文献 261

本书系统地介绍了各种常用的数据结构以及查找、排序算法，对每种数据结构以实例作为切入点，详细阐述了基本概念、逻辑结构、存储表示、基本操作以及相关的应用，书中每章均有典型案例，并给出了算法实现的思路及完整的C程序。为了便于学生自学和教师教学，每章后均配有大量习题及参考答案。附录B是各章实训题目及参考答案。本书中所有程序均在TC 2.0下调试运行通过。

本书内容精练，通俗易懂，既便于教学，又适合自学。本书既可作为高职高专计算机专业及信息管理专业讲授数据结构课程的教材，也可作为从事计算机软件与应用的工作人员、参加自学考试的考生及社会上数据结构学习者的参考用书。