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数据结构课程教学大纲
一、课程基本概况
课程名称：数据结构
课程名称（英文）： Data Structures
课程编号：B09042
课程总学时：60（其中，讲课48，实验12）
课程学分：3
课程分类：专业选修课
开设学期：4
适用专业：计算机网络工程本科
先修课程：集合论，图论，高级语言（结构或记录，指针）
后续课程：数据库，编译原理，操作系统等
二、课程的性质、目的和任务
数据结构是计算机专业的一门核心专业课程，是软件课程中非常重要的一门课程，在整个专业教学中占有十分重要的地位，是一门理论性非常强的课程。通过课堂教学、课外练习和上机实习，使学生了解数据对象的特性，数据组织的基本方法，并初步具备分析和解决现实世界问题在计算机中如何表示和处理的能力以及培养良好的程序设计技能，为后续课程的学习和科研工作的参与打下良好的基础。
三、主要内容、重点及深度
本门课程共60学时，其中理论教学48学时，实验教学12学时。其中，理论教学部分：
第一章
绪论
（一）目的要求
了解数据结构的意义与发展过程、数据结构在计算机科学中的作用、学习本课程的目的、任务及要求。理解数据结构的基本概念；算法设计；掌握算法的时间和空间复杂度。
（二）教学内容 本章知识点：
1.相关的基本概念(掌握)；
2.算法五大要素(掌握)；
3.计算语句频度和估算算法时间复杂度的方法（掌握）。
（三）重点与难点
重点：数据结构的定义；算法的描述方法。
难点：数据结构的定义；算法与程序的区别；时间复杂度及其计算。
第二章
线性表
（一）目的要求
掌握线性表的逻辑结构；线性表的存储结构及操作的实现；理解一元多项式的表示；
（二）教学内容 本章知识点：
1.线性表的逻辑结构(掌握)；2.线性表的存储结构(掌握)；
3.线性表在顺序结构和链式结构上实现基本操作的方法(掌握)；
4.从时间和空间复杂度的角度比较线性表两种存储结构的不同特点及其适用场合(掌握)。
（三）重点与难点
重点：线性表的概念；线性表的顺序存储结构、链式存储结构及其常用算法。难点：链式存储结构及其常用算法；双向循环链表。
第三章 栈和队列
（一）目的要求
掌握栈的定义，表示及实现；表达式求值；栈与递归过程；队列的定义、表示及实现。
（二）教学内容 本章知识点： 1.栈和队列的特点(掌握)；
2.在两种存储结构上栈的基本操作的实现(掌握)； 3.循环队列和链队列的基本运算(熟练掌握)； 4.递归算法执行过程中栈状态的变化过程(掌握)。
（三）重点与难点
重点：堆栈和队列的概念；递归的定义；循环队列和链队列的基本运算。难点：递归的编程实现；循环队列和链队列的基本运算。
第四章 串
（一）目的要求
了解串的逻辑结构，存储结构；掌握串操作的实现(重点难点BF和KMP算法)串的应用。
（二）教学内容 本章知识点：
1.串的七种基本运算的定义（了解）；
2.利用这些基本运算来实现串的其它各种运算的方法(掌握)； 3.在顺序存储结构上实现串的各种操作的方法(掌握)；
4.KMP算法，熟悉NEXT函数和改进NEXT函数的定义和计算(掌握)； 5.串名的存储映象和在堆存储结构实现串操作的方法(理解)。
（三）重点与难点 重点：串定义和存储方法；串的操作 难点：串操作实现方法
第五章 数组和广义表
（一）目的要求
掌握数组的存储结构；稀疏矩阵的表示及操作的实现；广义表的定义和存储结构；广义表的递归算法。
（二）教学内容 本章知识点：1.数组在以行为主的存储结构中的地址计算方法(掌握)； 2.矩阵实现压缩存储时的下标变换(掌握)；
3.理解稀疏矩阵的两种存储方式的特点和适用范围，领会以三元组表示稀疏矩阵时进行运算采用的处理方法(掌握)；
4.广义表的定义及其存储结构，学会广义表的表头，表尾分析方法(掌握)； 5.学习编制广义表的递归算法(掌握)。
（三）重点与难点
重点：多维数组元素存储地址的计算；稀疏矩阵的三元组表示；广义表的存储定义、操作。难点：稀疏矩阵的三元组表示；广义表的存储定义、操作。
第六章 树和二叉树
（一）目的要求
了解树的基本概念；理解二叉树的性质和存储结构；遍历二叉树和线索二叉树；理解树的存储结构和遍历；集合的一种表示方法；掌握哈夫曼树及其应用；
（二）教学内容 本章知识点： 1.二叉树的结构特点(理解)；
2.二叉树的各种存储结构的特点及适用范围(掌握)； 3.按各种次序遍历二叉树的递归和非递归算法(掌握)；
4.二叉树的线索化，在中序线索树上找给定结点的前驱和后继的方法(掌握)； 5.树的各种存储结构及其特点(掌握)； 6.编写树的各种运算的算法(掌握)；
7.建立最优二叉树和哈夫曼编码的方法(掌握)。
（三）重点与难点 重点：二叉树的概念、性质；二叉树的遍历方式；构造二叉排序树。难点：二叉树的遍历方式；二叉排序树的构造方法；二叉树的线索化。
第七章 图
（一）目的要求
理解图的基本概念；图的存储结构；掌握图的遍历及应用{最小生成树，最短路径等}；拓扑排序和关键路径。
（二）教学内容 本章知识点： 1.熟悉图的各种存储结构；
2.了解实际问题与采用何种存储结构和算法有密切联系(掌握)； 3.遍历图的递归和非递归算法(掌握)；
4.应用图的遍历算法求各种简单路径问题（比如，最小生成树、最短路径、拓扑排序、关键路径等）(掌握)。
（三）重点与难点
重点：图的存储结构；图的遍历 难点：图遍历的算法；
第八章
动态存储管理
（一）目的要求
了解边界标识法和伙伴系统；无用单元收集和紧缩；
（二）教学内容 本章知识点：
1.存储器分配策略和算法（了解）；
2.无用单元收集时的标志算法（了解）。
（三）重点与难点
存储器分配策略和算法、无用单元收集时的标志算法
第九章
查找
（一）目的要求
了解静态查找表(顺序表，有序表，索引顺序表)；动态查找表(二叉排序树，平衡二叉树，B-树和B+树)的建立和查找；掌握哈希表的建立，查找及分析；
（二）教学内容 本章知识点：
1.顺序查找、折半查找和索引查找的方法、应用(掌握)；
2.二叉排序树的构造方法(掌握)；
3.二叉平衡树的建立方法(掌握)；
4.B-树，B+树和键树的特点以及它们的建立过程（理解）；
5.哈希表的构造方法(掌握)；
6.按定义计算各种查找方法在等概率情况下查找成功时和失败时的平均查找长度；
7.哈希表在查找不成功时的平均查找长度的计算方法(掌握)。
（三）重点与难点
重点：二叉排序树的构造方法、二叉平衡树的建立方法；哈希表的构造、应用；
难点：二叉排序树的构造及应用；哈希表的构造方法；查找的平均长度。
第十章
内部排序
（一）目的要求
掌握插入排序、交换排序(起泡排序，快速排序)、选择排序(简单选择，树形选择，堆)、归并排序、基数排序等算法。
（二）教学内容 本章知识点：
1.各种排序方法的特点并能灵活应用(掌握)； 2.各种方法的排序过程(掌握)；
3.各种排序方法的时间复杂度分析(掌握)。
（三）重点与难点
重点：各种排序方法的特点及其应用；实现排序的各种算法。难点：各种排序算法的时间复杂度分析。
十一章
外部排序
（一）目的要求
理解外部排序的基本方法；掌握败者树和多路平衡归并的实现；置换--选择排序；最佳归并树。
（二）教学内容 本章知识点：
1.外部排序的两个过程(理解)；
2.外排过程中所需进行外存读/写次数的计算方法(掌握)；
3.败者树的建立过程(掌握)；
4.实现多路归并的算法(掌握)；
5.置换-选择排序的过程(掌握)；
6.最佳归并树的构造方法（熟悉）；
7.按最佳归并树的归并方案进行平衡归并时，外存读/写次数的计算方法(掌握)。
（三）重点与难点
重点：外部排序过程和实现方法；多路并归算法及其实现； 难点：最佳并归树的构造方法及其应用。
实践教学部分：上机实验分4个专题，每个专题可提供2~4个难度不等的题目供选。
实验一
停车场管理系统
（一）实验内容 以栈模拟车场，以队列模拟车场外的便道，按照从终端读入的输入数据序列进行模拟管理。栈以顺序结构实现，队列以链表结构实现。
（二）实验过程 编程实现实验内容。
（三）实验教学基本要求
通过实例，使学生掌握栈和队列两种特殊的线性结构，掌握栈和队列的特点。实验后学生提交实验报告。
（四）实验设备和材料 计算机。
（五）实验学时 4学时
实验二
教学计划编制问题
（一）实验内容
假设任何专业都有固定的学习年限，每学年含两学期，每学期的时间长度和学分上限值均相等。每个专业开设的课程都是确定的，而且课程在开设时间的安排必须满足先修关系。每门课程有哪些先修课程是确定的，可以有任意多门，也可以没有。每门课恰好占一个学期。编制一个教学计划程序。
（二）实验过程编程实现实验内容。
（三）实验教学基本要求
通过实例，使学生熟悉图的各种存储结构的特性，掌握如何应用图结构解决具体问题。实验后学生提交实验报告。
（四）实验设备和材料 计算机。
（五）实验学时 2学时
实验三
最小生成树问题
（一）实验内容
利用克鲁斯卡尔算法求最小生成树。以文本形式输出树中各条边以及他们的权值。
（二）实验过程 编程实现实验内容
（三）实验教学基本要求
通过实例，使学生熟悉图的各种存储结构的特性，掌握如何应用图结构解决具体问题。实验后学生提交实验报告。
（四）实验设备和材料 计算机。
（五）实验学时 2学时
实验四
哈希表设计
（一）实验内容
假设人名为中国人的汉语拼音形式。待填入哈希表的人名共有30个，取平均查找长度的上限为2。哈希函数用除留余数法构造，用伪随机探测再散列法处理冲突。
（二）实验过程 编程实现实验内容
（三）实验教学基本要求 掌握索引技术的使用。
（四）实验设备和材料 计算机
（五）实验学时 4学时
五、课程教学的基本要求和主要环节
本课程可采用课堂讲授、课堂讨论、习题课等进行课堂教学;条件允许可采用CAI、电子教案、幻灯片、参观等进行辅助教学;每章布置3~6道习题以巩固教学;在课程后半程，安排3~4个上机实验，让学生应用数据结构的理论、方法，分组设计几个较大的软件，使理论与实际相结合。
考试采用闭卷方式。总成绩由平时成绩和考试成绩组成。平时成绩占30%，考试成绩占70%。
六、本课程与其它课程的联系与分工
先修课包括：集合论，图论，高级语言（结构或记录，指针）；
后续课包括：数据库，编译原理，操作系统等。
七、建议教材与参考教材
《数据结构》（C语言版）
严蔚敏等
清华大学出版社
1997 《数据结构题集》
严蔚敏等
清华大学出版社
1999
《数据结构习题与解析》
李春葆
清华大学出版社
2004
八、负责人
撰稿人：刘景汇、李玉香
审稿人：
系（院）领导：
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