数据结构——基于C语言的描述

“数据结构”课程是计算机、电子信息类及相关专业的专业基础。它在整个课程体系中处于承上启下的核心地位： 一方面扩展和深化在离散数学、程序设计语言等课程学到的基本技术和方法； 另一方面为进一步学习操作系统、编译原理、数据库等专业知识奠定坚实的理论与实践基础。本课程在教给学生数据结构设计和算法设计的同时，培养学生的抽象思维能力、逻辑推理能力和形式化思维方法，增强分析问题、解决问题和总结问题的能力，更重要的是培养专业兴趣，树立创新意识。本书在内容选取上符合人才培养目标的要求及教学规律和认知规律，在组织编排上体现“先理论、后应用、理论与应用相结合”的原则，并兼顾学科的广度和深度，力求适用面广泛。
全书共分11章。第1章综述数据、数据结构和抽象数据类型等基本概念及算法描述与分析方法； 第2~7章主要从抽象数据类型的角度分别讨论线性表、栈和队列、串、数组和广义表、树和二叉树、图等基本类型的数据结构及其应用； 第8章和第9章讨论查找和排序的各种方法，着重从时间性能、应用场合及使用范围方面进行分析和比较； 第10章主要介绍顺序文件、索引文件、索引顺序文件、哈希文件、多关键字文件的基本操作方法； 第11章介绍数据结构课程实验的目的、步骤及内容。本书对数据结构众多知识点的来龙去脉做了详细解释和说明； 每章后面配有难度各异的适量习题，并在附录中给出习题的参考答案，供读者理解知识及复习提高之用。随书配备电子教案，以及第11章实验的源代码。
全书采用类C语言描述数据结构和操作算法。类C语言是C语言的一个精选子集，同时又采用了C 对C非面向对象的增强功能，使本书对各种抽象数据类型的定义和与数据结构相关的操作算法的描述更加简明清晰，可读性更好，既不拘泥于C语言的细节，又容易转换成能够上机执行的C程序或C 程序。
从课程性质上讲，“数据结构”是高等院校计算机科学、电子信息科学及相关专业考试计划中的一门专业基础课； 其教学要求是学会分析研究计算机加工的数据结构的特性，以便为应用涉及的数据选择适当的逻辑结构、存储结构及其相应的算法，并初步掌握算法的时空分析技术。从课程学习上讲，“数据结构”的学习是复杂程序设计的训练过程； 其教学目的是着眼于原理与应用的结合，在深化理解和灵活掌握教学内容的基础上，学会把知识用于解决实际问题，书写出符合软件工程规范的文件，编写出结构清晰及正确易读的程序代码。可以说，“数据结构”比“高级程序设计语言”等课程有着更高的要求，它更注重培养学生分析抽象数据的能力。
在本书的构思与编写过程中，得到了孙一林、邱李华等多位教授，以及多位研究生的帮助，在此表示感谢。本书可作为计算机类专业和电子信息类相关专业的本科或专科教材，也可供从事计算机工程与应用工作的科技工作者参考。本书结构严谨、层次清楚、概念准确、深入浅出、通俗易懂、便于自学。
由于编者水平有限，书中不当之处敬请读者提出批评和建议。订购本书作为教材的教师可联系编者获取第11章实验的源代码（见清华大学出版社官方网站本书页面）。
编者2019年8月

本书系统地介绍数据结构基础理论知识及算法设计，第1~7章从抽象数据类型的角度讨论各种基本类型的数据结构及其应用，主要包括线性表、栈和队列、串、数组和广义表、树和二叉树及图； 第8章和第9章主要讨论查找和排序的各种实现方法及其综合比较； 第10章介绍不同类型文件的基本操作方法； 第11章介绍数据结构课程实验的目的、步骤及内容； 附录给出全书习题的参考答案。全书采用类C语言作为数据结构和算法的描述语言，随书配备电子教案，以及第11章实验的源代码。 本书在内容选取上符合人才培养目标的要求及教学规律和认知规律，在组织编排上体现“先理论、后应用、理论与应用相结合”的原则，并兼顾学科的广度和深度，力求适用面广。本书具有结构严谨、层次清楚、概念准确、深入浅出、描述清晰等特点。 本书可作为计算机类专业和信息类相关专业的本科或专科教材，也可供从事计算机工程与应用工作的科技工作者参考。

彭波，博士，现任中国农业大学信息与电气工程学院教授 (博导)，教授本科课程《C语言程序设计》、《数据结构》、《算法设计与分析》、《多媒体技术》等，曾出版教材《数据结构》(十一五国家规划教材)、《数据结构与算法》、《数据结构教程》、《数据结构习题与解答》、《多媒体技术教程》、《多媒体技术及应用》、《程序设计》等。曾建设校《数据结构》、《多媒体技术》精品课程。曾获得宝钢教育基金奖优秀教师、校杰出教师等。

第1章绪论

1.1数据结构的范畴

1.1.1计算机处理问题的分类

1.1.2非数值性问题的求解

1.2数据结构发展的概况

1.3数据结构相关的概念

1.3.1数据的概念

1.3.2结构的概念

1.3.3类型的概念

1.4算法描述与算法分析

1.4.1算法的概念

1.4.2算法描述

1.4.3算法分析

习题

第2章线性表

2.1线性表的类型定义

2.1.1线性表的定义

2.1.2线性表的抽象数据类型

2.2线性表的顺序表示及操作实现

2.2.1顺序表的定义

2.2.2顺序表的操作实现

2.3线性表的链式表示及操作实现

2.3.1单链表的定义

2.3.2单链表的操作实现

2.3.3循环链表

2.3.4双向链表

2.3.5静态链表

2.4线性表两种存储表示的比较

2.4.1基于空间的比较

2.4.2基于时间的比较

习题

第3章栈和队列

3.1栈

3.1.1栈的类型定义

3.1.2栈的存储表示及操作实现

3.1.3栈与递归问题

3.2队列

3.2.1队列的类型定义

3.2.2队列的存储表示及操作实现

习题

第4章串

4.1串的类型定义

4.1.1串的定义

4.1.2串的抽象数据类型

4.2串的存储表示及操作实现

4.2.1定长顺序存储表示

4.2.2堆分配存储表示

4.2.3串的块链存储表示

4.3串的模式匹配

4.3.1简单的模式匹配方法——BF算法

4.3.2改进的模式匹配方法——KMP算法

习题

第5章数组和广义表

5.1数组

5.1.1数组的类型定义

5.1.2数组的顺序表示及操作实现

5.2矩阵的压缩存储

5.2.1特殊矩阵的压缩存储

5.2.2稀疏矩阵的压缩存储

5.3广义表

5.3.1广义表的类型定义

5.3.2广义表的链式表示及操作实现

习题

第6章树和二叉树

6.1树

6.1.1树的类型定义

6.1.2树的存储表示及操作实现

6.2二叉树

6.2.1二叉树的类型定义

6.2.2二叉树的重要性质

6.2.3二叉树的存储表示及操作实现

6.2.4线索二叉树

6.3树和森林与二叉树的转换

6.3.1树与二叉树的转换

6.3.2森林与二叉树的转换

6.4哈夫曼树及其应用

6.4.1哈夫曼树

6.4.2哈夫曼编码

习题

第7章图

7.1图的类型定义

7.1.1图的定义

7.1.2图的抽象数据类型

7.1.3图的遍历

7.2图的存储表示与操作实现

7.2.1邻接矩阵

7.2.2邻接表

7.2.3十字链表

7.2.4邻接多重表

7.2.5图的操作实现

7.3图的连通性及其应用

7.3.1无向图的连通分量

7.3.2生成树和生成森林

7.3.3小生成树

7.4有向无环图及其应用

7.4.1拓扑排序

7.4.2关键路径

7.5短路径

7.5.1单源短路径

7.5.2其他短路径

习题

第8章查找

8.1查找的基本概念

8.2静态查找表

8.2.1静态查找表的类型定义

8.2.2顺序表的查找

8.2.3有序表的查找

8.2.4索引顺序表的查找

8.3动态查找表

8.3.1动态查找表的类型定义

8.3.2二叉排序树和平衡二叉树

8.3.3B-树、B 树和键树

8.4哈希表

8.4.1哈希表的定义

8.4.2哈希函数的构造

8.4.3处理冲突的方法

8.4.4哈希表上的查找

习题

第9章排序

9.1排序的基本概念

9.2插入排序

9.2.1直接插入排序

9.2.2希尔排序

9.3交换排序

9.3.1冒泡排序

9.3.2快速排序

9.4选择排序

9.4.1简单选择排序

9.4.2堆排序

9.5归并排序

9.5.12路归并排序

9.5.2归并排序

9.6基数排序

9.6.1多关键字排序

9.6.2链式基数排序

9.7排序方法比较

习题

第10章文件

10.1文件的基本概念

10.2顺序文件

10.2.1顺序文件的查找

10.2.2顺序文件的修改

10.2.3顺序文件的特点

10.3索引文件

10.3.1索引文件的分类

10.3.2索引文件的存储

10.3.3索引文件的操作

10.3.4利用查找表建立多级索引

10.4索引顺序文件

10.4.1ISAM文件

10.4.2VSAM文件

10.5哈希文件

10.5.1哈希文件的操作

10.5.2哈希文件的特点

10.6多关键字文件

10.6.1多重表文件

10.6.2倒排文件

10.7文件综合举例

习题

第11章课程实验

11.1实验概述

11.1.1教学目的

11.1.2实验步骤

11.2实验内容

11.2.1线性表

11.2.2栈和队列

11.2.3串

11.2.4数组和广义表

11.2.5树和二叉树

11.2.6图

11.2.7查找

11.2.8排序

附录习题参考答案

本书系统地介绍数据结构基础理论知识及算法设计，第1~7章从抽象数据类型的角度讨论各种基本类型的数据结构及其应用，主要包括线性表、栈和队列、串、数组和广义表、树和二叉树及图； 第8章和第9章主要讨论查找和排序的各种实现方法及其综合比较； 第10章介绍不同类型文件的基本操作方法； 第11章介绍数据结构课程实验的目的、步骤及内容； 附录给出全书习题的参考答案。全书采用类C语言作为数据结构和算法的描述语言，随书配备电子教案，以及第11章实验的源代码。 本书在内容选取上符合人才培养目标的要求及教学规律和认知规律，在组织编排上体现“先理论、后应用、理论与应用相结合”的原则，并兼顾学科的广度和深度，力求适用面广。本书具有结构严谨、层次清楚、概念准确、深入浅出、描述清晰等特点。 本书可作为计算机类专业和信息类相关专业的本科或专科教材，也可供从事计算机工程与应用工作的科技工作者参考。

彭波，博士，现任中国农业大学信息与电气工程学院教授 (博导)，教授本科课程《C语言程序设计》、《数据结构》、《算法设计与分析》、《多媒体技术》等，曾出版教材《数据结构》(十一五国家规划教材)、《数据结构与算法》、《数据结构教程》、《数据结构习题与解答》、《多媒体技术教程》、《多媒体技术及应用》、《程序设计》等。曾建设校《数据结构》、《多媒体技术》精品课程。曾获得宝钢教育基金奖优秀教师、校杰出教师等。