演講人：日期：中南大學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程目錄CONTENTS02.04.05.01.03.06.課程概述數(shù)組與稀疏矩陣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)課程思政與教學(xué)案例線性表課程建設(shè)與改革01課程概述計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的本科生。授課對象該課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要核心課程之一。課程性質(zhì)01020304中南大學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程。課程名稱需要具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。前置課程課程簡介2014課程目標(biāo)理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、原理和方法。掌握常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如線性表、棧、隊(duì)列、樹、圖等）的存儲和實(shí)現(xiàn)方法。熟練運(yùn)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實(shí)際問題，提高算法設(shè)計(jì)和分析能力。培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和抽象思維能力。04010203課程結(jié)構(gòu)理論教學(xué)講解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念和原理，介紹各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲和實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)踐教學(xué)通過實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生親自動手實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，加深理解。綜合應(yīng)用通過案例分析、算法設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。02數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是描述現(xiàn)實(shí)世界中事物的符號記錄，是計(jì)算機(jī)加工的對象。數(shù)據(jù)項(xiàng)是數(shù)據(jù)的最小單位，有時也稱為字段或域。數(shù)據(jù)對象是性質(zhì)相同的數(shù)據(jù)元素的集合，是數(shù)據(jù)的一個子集。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。基本概念和術(shù)語01030504數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)的基本單位，通常稱為記錄。02數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義邏輯結(jié)構(gòu)指數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系，它分為線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)。線性結(jié)構(gòu)非線性結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)元素之間是一對一的關(guān)系。數(shù)據(jù)元素之間不是一對一的關(guān)系，可能是多對多。123數(shù)據(jù)元素存放在地址連續(xù)的存儲單元中。順序存儲數(shù)據(jù)元素存放在任意存儲單元中，通過指針連接。鏈?zhǔn)酱鎯?1020304指數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的存儲結(jié)構(gòu)，有順序存儲、鏈?zhǔn)酱鎯Φ取Ｎ锢斫Y(jié)構(gòu)包括插入、刪除、查找、排序、遍歷等操作。數(shù)據(jù)的運(yùn)算數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義算法的概念及描述算法的定義算法是指解題方案的準(zhǔn)確而完整的描述，是一系列解決問題的清晰指令。有窮性一個算法必須在執(zhí)行有限個步驟后終止。確定性算法的每一步都必須有確切的含義，不能含糊不清。算法的概念及描述可行性一個算法有0個或多個輸入，以刻畫運(yùn)算對象的初始情況。輸入輸出一個算法有1個或多個輸出，以反映對輸入數(shù)據(jù)加工后的結(jié)果。算法的執(zhí)行步驟必須是可行的，能夠在有限時間內(nèi)完成。算法的概念及描述通常包括問題分析、算法設(shè)計(jì)、算法實(shí)現(xiàn)和算法評價等步驟。算法的設(shè)計(jì)主要通過時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度來衡量算法的性能。算法的評價算法的概念及描述03線性表線性表的定義及基本操作線性表的定義線性表是n個具有相同特性的數(shù)據(jù)元素的有限序列，是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種。線性表的特點(diǎn)線性表的基本操作數(shù)據(jù)元素之間是一對一的關(guān)系，除了第一個和最后一個數(shù)據(jù)元素之外，其它數(shù)據(jù)元素都是首尾相接的。主要包括插入、刪除、查找和遍歷等操作。123線性表的順序存儲結(jié)構(gòu)順序存儲的定義線性表的順序存儲是用一段地址連續(xù)的存儲單元依次存儲線性表的數(shù)據(jù)元素。順序存儲的特點(diǎn)邏輯上相鄰的元素在物理位置上也相鄰，因此可以隨機(jī)訪問線性表中的任意元素。順序存儲的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是存儲密度高，其訪問元素的時間復(fù)雜度為O(1)；缺點(diǎn)是插入和刪除操作需要移動大量元素，時間復(fù)雜度為O(n)。線性表的鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)鏈?zhǔn)酱鎯Φ亩x線性表的鏈?zhǔn)酱鎯κ怯靡唤M任意的存儲單元存放線性表的元素，鏈表中每個元素稱為一個結(jié)點(diǎn)，每個結(jié)點(diǎn)除包含元素本身的信息外，還包括指向其后繼元素的指針。鏈?zhǔn)酱鎯Φ奶攸c(diǎn)邏輯上相鄰的元素在物理位置上不一定相鄰，通過指針鏈接起來，因此可以靈活地進(jìn)行插入和刪除操作。鏈?zhǔn)酱鎯Φ膬?yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是插入和刪除操作不需要移動元素，只需修改指針，時間復(fù)雜度為O(1)；缺點(diǎn)是存儲密度低，訪問元素需要從頭結(jié)點(diǎn)開始遍歷，時間復(fù)雜度為O(n)。同時，鏈?zhǔn)酱鎯π枰~外的指針空間。線性表的鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)鏈表的種類根據(jù)指針的不同，鏈表可以分為單鏈表、雙鏈表、循環(huán)鏈表等。單鏈表每個結(jié)點(diǎn)只包含一個指針，指向其后繼元素；雙鏈表每個結(jié)點(diǎn)包含兩個指針，分別指向前驅(qū)和后繼元素；循環(huán)鏈表則將最后一個結(jié)點(diǎn)的指針指向頭結(jié)點(diǎn)，形成一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)。04數(shù)組與稀疏矩陣數(shù)組的定義數(shù)組是相同類型數(shù)據(jù)元素的有限集合數(shù)組由相同類型的數(shù)據(jù)元素組成，這些元素在內(nèi)存中連續(xù)存儲。030201數(shù)組元素通過索引訪問每個數(shù)組元素都有一個唯一的索引，用于標(biāo)識元素在數(shù)組中的位置。數(shù)組具有固定的大小和形狀數(shù)組的大小和形狀在創(chuàng)建時確定，并在整個生命周期內(nèi)保持不變。用連續(xù)的內(nèi)存單元存儲數(shù)組元素，通過計(jì)算元素存儲地址實(shí)現(xiàn)快速訪問。數(shù)組的順序表示和實(shí)現(xiàn)數(shù)組的順序表示在C/C等語言中，數(shù)組通過指針實(shí)現(xiàn)；在Java等語言中，數(shù)組是對象，通過引用進(jìn)行訪問。數(shù)組的實(shí)現(xiàn)方式數(shù)組支持隨機(jī)訪問，時間復(fù)雜度為O(1)；但插入和刪除操作需要移動大量元素，時間復(fù)雜度為O(n)。數(shù)組操作的效率和復(fù)雜度稀疏矩陣的基本概念稀疏矩陣的定義矩陣中大部分元素為零的矩陣稱為稀疏矩陣。稀疏矩陣的存儲方式稀疏矩陣的運(yùn)算為了節(jié)省存儲空間，稀疏矩陣通常采用壓縮存儲方式，如三元組表、十字鏈表等。稀疏矩陣的加法、乘法等運(yùn)算需要特殊算法，以提高運(yùn)算效率。例如，稀疏矩陣乘法通常采用基于行或列的快速算法。12305課程思政與教學(xué)案例課程思政教學(xué)案例介紹數(shù)組與內(nèi)存管理通過講解數(shù)組在內(nèi)存中的存儲方式，引導(dǎo)學(xué)生理解內(nèi)存管理的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感和嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)。鏈表與遞歸通過鏈表和遞歸的實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和邏輯思維能力，同時強(qiáng)調(diào)遞歸思想在實(shí)際問題中的應(yīng)用。圖論與算法在圖論算法中融入誠信、責(zé)任等思政元素，引導(dǎo)學(xué)生理解算法背后的數(shù)學(xué)原理，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)誠信和團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)生成績提升通過課程思政的融入，學(xué)生成績顯著提升，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的掌握更加深入。教學(xué)成果與獎項(xiàng)教學(xué)競賽獲獎本課程團(tuán)隊(duì)在全國高校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)競賽中屢獲佳績，展示了優(yōu)秀的教學(xué)成果。發(fā)表高水平論文課程團(tuán)隊(duì)在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表多篇高水平學(xué)術(shù)論文，為課程改革提供了有力支撐。目標(biāo)學(xué)生本課程面向計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)的學(xué)生，旨在培養(yǎng)其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計(jì)能力。教學(xué)方法采用案例教學(xué)、小組討論、實(shí)踐編程等多種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力。目標(biāo)學(xué)生與教學(xué)方法06課程建設(shè)與改革本科課程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)課程建設(shè)優(yōu)化課程內(nèi)容，強(qiáng)化算法設(shè)計(jì)與分析能力，提高編程實(shí)踐能力。030201數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)設(shè)計(jì)多層次、多類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。課程教材建設(shè)編寫高質(zhì)量、具有特色的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)引進(jìn)和培養(yǎng)高水平教師，建立優(yōu)秀的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，提高課程的教學(xué)質(zhì)量。師資隊(duì)伍建設(shè)教學(xué)方法與手段改革采用啟發(fā)式、討論式、案例式等多種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。加強(qiáng)對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生參加各類競賽和科研項(xiàng)目。教學(xué)成果建設(shè)重點(diǎn)培育項(xiàng)目研究生教育教學(xué)改革研