使用说明：

每次实验都有相应的实验文件，请先下载，如数据结构-实验文件-01。
标明“可选、选做、特别加分”都是选做。有做“特别加分”的同学请练习老师加分。

一. 入门

1. 数据结构入门

1.1 使用Visual Studio

目标：
学会使用Visual Studio创建项目、编写程序、掌握常用快捷键。

简介：
Visual Studio是一个可以编写C++程序的集成开发环境(IDE)。相比较Dev-C++、小熊猫C++等IDE，其编写代码、程序调试的功能更强大。
数据结构中的程序大量使用了C++中的STL，如果调试的时候，使用Visual Studio更加方便。
Visual Studio中有几个概念需要掌握：项目、项。
在Visual Studio中 项目（Project）包含了一组文件(源代码文件、头文件、其他资源文件)。
需要编写程序前，首先要创建一个项目。然后在项目中创建添加项，这时就可以新建源代码文件（.cpp）、头文件（.h）。
注意：应在“源文件夹”中添加.cpp文件，在“头文件夹”中添加.h文件。

常用快捷键：
Ctrl+F7, 编译源代码。
Ctrl+F5，运行。
F5，调试。
Tab，自动补全代码。

建议：写一小段代码后不确定语法是否正确，可先按Ctrl+F7编译源代码查看是否出错。

参考资料：

Visual Studio 2019/2017 安装使用教程（快速上手版）
CodeBlocks使用小技巧
 小龙Dev-C++
小熊猫Dev-C++

1.2 C++语言基础

学习目标：
掌握

C++中的cin、cout；Visual Studio的调试功能
typedef, #define。
掌握指针、引用参数作为函数参数的用法。
引用参数与指针的异同。
new与delete。
使用多文件(.h, .cpp)来组织文件。

难点:

使用引用参数的时机（函数内对引用参数修改影响到函数外, 结构体引用参数、结构体指针作为函数参数）。
指针、引用参数的灵活使用。
多文件操作：头文件、#include等。

任务：
主要讲解"数据结构中的编程语言基础(C++)-课件.pptx"课件。

cin与cout：使用cin与cout处理输入输出。见cin与cout用法(主要看这个里面的例子).cpp。
typedef：使用typedef定义Student结构体。使用string重构Student。
引用参数：改写void swap1(int a, int b)->void swap(int &a, int &b)->再测试void swap(int a, int &b)。引用参数作为函数参数。
指针的使用、bool数据类型。
重点讲解：抽象数据类型(ADT)-复数的定义与实现
4.1 抽象出复数应具备的数据对象、常见操作，参见课本《数据结构（C语言版第2版）》P9。
4.2 在Complex.h中使用typedef定义复数类型，并声明常见操作对应的函数。
4.3 在Complex.cpp实现Complex.h中声明的函数。
4.4 在main.cpp中编写代码进行测试。
- 体会结构体指针、结构体引用类型参数等。阅读Complex(创建复数的几种方法).cpp，有四种创建复数的方法。
- 难点：思考void CreateComplex (Complex* &c, int x, int y)与void CreateComplex (Complex* c, int x, int y)有什么区别？
- 注意：如果函数参数是结构体，通常通常使用结构体指针或结构体引用类型参数。
- 参考资料：在Visual Studio中编写多文件C程序
实验报告参考资料：三元组(多文件操作)。见TripletTest(三元组参考源代码)。
其他参考：
林丽老师的抽象数据类型作业，DS博客作业01--日期抽象数据类型设计与实现

参考资料：

1.实验任务书：数据结构-实验文件-01
2.推荐：Visual Studio 2019/2017 安装使用教程（快速上手版），包含“运行闪退”的处理方法
3.推荐：C/C++程序的断点调试 - Microsoft Visual Studio
4.C++面向过程编程，主要讲解C++相较于C新增的一些特性。
5.原创：C++指针速记
6.多文件的C语言系统示例
7.使用Visual Studio Code开发（编译、调试）C++程序

2. Git入门

目标：

学会使用码云网页版存储代码。
进阶：学会使用命令行下的Git。

任务:
到码云注册账号，建立自己的代码仓库并规划好目录结构（chpt01-introduction, chpt02-linearlist...）
进阶任务：

创建远程仓库并clone到本地。
规划好自己的目录结构，push到远程仓库。
在宿舍学会使用clone与pull。

参考资料：

Git与码云(Git@OSC)入门-如何在实验室和宿舍同步你的代码(1)

二.线性表

1. 顺序表

目标：

熟悉顺序表的定义及其上的常用操作。
使用Visual Studio的调试功能查看链表中的内容。

任务：

PTA:区间删除
- 使用typedef定义List与SqList类型
- 基本考核：CreateList、DispList。
- 指导：指导学生逐步完成CreateList再完成DispList。确认无误的基础上，再完成删除区间元素。
- 删除区间元素
PTA:顺序表插入

参考代码：
顺序表定义

#define MaxSize 100000
using namespace std;
typedef int ElemType; 
typedef struct 
{	
    ElemType data[MaxSize];		//存放顺序表元素
    int length ;			//存放顺序表的长度
} List;
typedef List *SqList;

2. 链表

目标：

熟悉链表的定义及其上的常用操作

任务：

手动创建链表(基础中的基础，重点掌握)
- 创建头结点(LinkList head)，然后创建3个节点（LNode* n1,n2,n3），然后将这些节点连成一个链表(head->n1->n2->n3)。然后使用Visual Studio的调试功能，查看所建链表的内容。
- 编写void DispLinkList(LinkList linklist)，使用while遍历输出刚才手动创建的链表。
- 编写头插法创建链表并输出（考核）。
PTA：头插法、尾插法创建链表。（请重点掌握。如果自认为C语言、指针掌握的不好。为了完成数据结构的学习，至少应自行完成这两题。）
- 定义输出链表函数、定义创建链表函数。（考核）
- 尾插法：可定义q指针变量，指向上一次插入的节点。（考核）
- 销毁链表（看懂）
PTA：单链表逆置
PTA：有序链表的插入删除

难点:
部分学生对于指针变量指向某个节点没有直观认识。不能将移动指针操作转化为代码，也不能从代码看出其对应的指针移动、指向操作。

参考代码：
单链表定义

typedef int ElemType;
typedef struct LNode  		// 定义单链表结点类型
{
	ElemType data;
	struct LNode *next;		// 指向后继结点
} LNode, *LinkList;

其他参考资料：

单链表之头插法和尾插法

3. 栈和队列

目标：

掌握STL中栈和队列的基本存储结构
掌握STL中string的使用
熟练掌握栈(stack)和队列(queue)的基本使用
掌握栈和队列的一些典型应用

任务：

使用顺序存储结构来实现栈的基本操作（自行完成）。
- PTA函数题：另类堆栈；在一个数组中实现两个堆栈(考研题)
学会使用STL中的stack、queue与string见参考资料Stack与Queue代码。完成实验任务书中的：
- 题目1—C++中的stack和queue**(课上讲解)
- 题目2-string、stack与queue小综合”（已放入PTA，给学生源代码）
栈的应用(课上任选一)
- 根据PPT上的伪代码使用stack编写数制转换函数(十进制转八进制，课上讲解)。
  - void convertDecToOct(int x); // 对十进制整数x输出八进制。
  - 考核：给出输入用例123 -123 0，得到输出用例。请先运行完得到结果，再找老师检查。
- PTA：符号配对、回文、表达式转换(中缀转后缀，做出来的可申请考核加分)。
递归（自行完成，实验课考核加分）
4.1 递归程序编写(自主完成)
题目：已知f为单链表的表头指针, 链表中存储的都是整型数据，试写出实现下列运算的递归算法：
① 求链表中的最大整数；
② 求链表的结点个数；
③ 求链表中所有节点数据的平均值。
注意：1.适用于包含头结点的链表；2.要考虑空链表、只包含1个节点的链表的情况。
4.2 使用stack将以下递归程序转化为非递归程序
```
void test(int &sum)
{ 
    int x; 
    cin>>x; 
    if (x==0) sum = 0;  
    else {
        test(sum);
        sum+=x;
     } 
     cout<<sum; 
}
```
队列的应用(课上任选一)
- PTA:银行业务队列简单模拟(画图->写伪代码->学生完成后可考核加分)、~~舞伴问题~~。
- 实验任务书：~~使用队列打印杨辉三角（可选）~~。
可选
- 实验任务书：使用队列对扑克牌排序、走迷宫（考核加分）。
- PTA题目：另类循环队列(函数)
特别加分：使用递归或者队列实现对指定目录名及文件名进行文件查找（可使用C、C++、Python、Java实现）。并发表一个简单博客描述该问题解决过程。

参考资料：

1.栈与队列实验任务书、Stack与Queue代码、string参考代码、递归实验模板
2.C++ STL 库快速上手
3.Python3不完全入门指南
4.Python文件系统功能
5.递归就这么简单

4.字符串(自行完成)

试验任务书

第一题-拼接字符串（身份证）。实验课检查。
选做：最后一题特别加分（判断是否是数字）。实验任务书其他题目

PTA

jmu-ds-简单密码
选做：jmu-ds-最长数字序列、jmu-ds-最长公共子串、jmu-ds-实现KMP

参考资料：

字符串实验任务书及参考代码

三.树

目标
学会创建树，熟练掌握树的递归结构及在其上的递归算法，二叉树的基本操作，哈夫曼树，树的应用。

参考代码

typedef int ElemType;
typedef struct BiTNode { 
    ElemType   data;
    struct BiTNode  *lchild, *rchild; 
} BiTNode, *BiTree;

标*的为课上讲解。其他为课后完成。

课前准备

使用上面的二叉树数据结构代码，尝试完成下方的"实验任务1";
学会使用C++ STL中的queue进行。看：给学生-queue.txt;
教师可按照本次实验的PPT上课。

课上完成

创建二叉树（"实验任务1、2"），可稍微讲解IDE的代码辅助功能；
层序遍历二叉树（"实验任务5"）。
目录树（仅简单讲解思路）。使用怎样的数据结构来存储这棵树？字典排序怎么实现(可使用string的compare函数，或直接使用>、=、<等比较运算符)？
二叉排序树。尝试完成二叉排序树的创建、查找。思考：如何删除、

实验任务

*手动创建一颗二叉树，并对其进行先序(124356)、中序(241536)与后序(425631)遍历。树图如下。
*使用先序串(ABC##DE#G##F##HI##J##)创建二叉树，然后对其进行先、中、后序遍历。中序对应的序列为(CBEGDFAIHJ)。对应PTA编程：先序序列创建二叉树。
树的递归结构(课后完成)。PTA函数：先序输出叶结点、求二叉树高度。
树的应用(可选、课后完成)。PTA函数：表达式树。
*(考核)使用队列层序遍历二叉树,层序遍历任务1的二叉树，输出为123456。PTA编程：二叉树层序遍历(广度优先)。
先序、中序、后序确定树(可选)。PTA编程：还原二叉树、根据后序和中序遍历输出先序遍历。
*(考核)二叉排序树。给定一串50 30 80 20 40 90 10 25 35 85 23 88 #创建二叉排序树并对其进行中序遍历。详见后面指导。
*树的应用(可选，简单讲解思路)：PTA编程:目录树（使用兄弟链，综合使用了树结构与链表结构）。
二叉树的应用(可选、课后完成)：哈夫曼树，PTA编程：二叉树叶子结点带权路径长度和、修理牧场。
树的应用(可选)：并查集。PTA编程：朋友圈、家谱处理。
绘制二叉树(可选)：使用EasyX绘制二叉树。
其他(可选)：如下所示
二叉树既可以用链式结构存储也可以用顺序结构存储，尝试编写两个算法，实现两个功能：1. 将链式结构存储的二叉树转化成顺序结构存储；2. 将顺序结构存储的二叉树转化成链式结构存储。
参考资料：

实验任务书:树

详解：实验任务7-实现二叉排序树

参考代码：

//在T上搜索key。查找成功则返回相应节点，否则返回NULL;
BiTNode* SearchBST(BiTree T, ElemType key)

//在T上插入key。成功插入，则返回所插入节点；否则返回NULL。
BiTNode* InsertBst(BiTree T, ElemType key) 

//CreateBst(BiTree &T);//根据控制台输入或者数组、字符串等你希望的方式来创建BST

//在T上删除key。成功删除则返回所要删除的节点，否则返回NULL。注意：删除实际上只是将相应节点从树上分离出来。
BiTNode* DeleteBst(BiTree T, ElemType key)

可基于"BST-基础代码.txt"实现。提示：很多实现均可使用递归。

其他可选：

二叉搜索树(OJ)：http://jmunetds.openjudge.cn/ex5/901/
二叉搜索树的节点删除(OJ)：http://jmunetds.openjudge.cn/ex5/902/

四.查找与排序

目标
学会基本的查找与排序算法，学会将哈希表应用于快速查找、统计等。

参考资料
实验任务书:查找与排序

课前准备

下载实验任务书:查找与排序。
教师可按照PPT授课。

4.1 查找

包括：基本查找算法、二分查找、二叉排序树、哈希(map的使用)

4.1.1 PTA函数题

"是否二叉搜索树"(利用BST的递归定义)
"二叉搜索树中的最近公共祖先"(利用BST的递归定义、利用BST左小右大或左大右小的特性)

4.1.2 PTA编程题

*QQ帐户的申请与登录(哈希，map)。
- 参考资料：C++使用: C++中map的基本操作和用法
航空公司VIP客户查询(哈希链)
基于词频的文件相似度（map）

排序题集中的“统计工龄”很适合演示map的使用。

4.1.3 可选(OJ)

905词典(map):http://jmunetds.openjudge.cn/ex5/905/
倒排索引: http://jmunetds.openjudge.cn/ex07/T001/
倒排索引查询: http://jmunetds.openjudge.cn/ex07/T002/

4.1.4 其他(OJ)

集合运算：http://jmunetds.openjudge.cn/ex5/907/
正方形：http://jmunetds.openjudge.cn/ex5/909/
发现它，抓住它: http://jmunetds.openjudge.cn/ex5/911/

4.2 排序

包括：基本排序、快排、堆排。

4.2.1 PTA(自行完成)

填空题：5-1（链表冒泡排序）、5-2（另类排序-每趟找出最大与最小）
函数题：6-1（冒泡排序）

4.2.2 课堂任务PTA
本节考核以学生讲解思路或者伪代码为主。

统计工龄(建议：提前完成，课上简单讲解。)
- 本质上是一个查找问题。大部分同学直接使用数组解决。问：与统计一篇英文文章中的词汇问题有何异同之处？可以联想到查找中学到的哈希表。
- 使用STL中的map改造该题？map存储的是键值对(key-value pair)，key唯一。思考：key是什么类型？value是什么类型？
- STL的map内部使用红黑树，key是排序好的。
"略 7-1 排序"(建议：提前完成)
- 你使用了什么排序算法？
- 考虑性能问题、数组空间问题
PAT排名汇总(课堂回答)
- 首先理解问题、读懂样例、给出解题总体思路(将大问题分解为若干小问题)。回答如下问题：
1. 怎么确定考生在该考点的排名？
2. 需要设计什么样的结构体来存储哪些必要的信息？
3. 你会使用什么排序算法？需要排序几次？时间复杂度是多少？
4. 最后对几个有序列表进行归并的时候，是否需要将几个列表中的所有数据全部进行排序?
5. 总排名中，成绩相同的总排名如何处理？
“寻找大富翁”：前k大问题(课堂回答)。
1.能否找到一个比O(nlogn)还好的算法？重要提示：需考虑只找前M位这个需求。
2. 可尝试将问题进一步简化再进行思考。比如，只需找到前3位，如何实现？
3. 提示：时间复杂度可能不仅跟N而且跟M有关。
4. 此题测试数据较少，用简单排序算法即可通过。自己尝试使用堆排实现。
5. 思考：在各种不同的数据量下，堆排真的是找前K大最快的算法吗？考虑K较小的情况、K较大的情况、N较大的情况、N较小的情况。查询资料，回答在海量数据解决前K大问题更好的算法是什么？
模拟Excel排序：多关键字排序。
- 排序算法都相同，只有比较不相同，需要重复编写吗？
插入排序还是堆排序

4.3 综合

STL中set、map的综合应用、前k大，倒排索引等。

4.4 参考资料

资料1:STL中set、map容器的用法

STL map演示小程序
 STL中的set使用方法详细！
STL之set：Set的基本用法
 C++使用: C++中map的基本操作和用法
 C++中的STL中map用法详解

资料2:倒排索引

倒排索引原理和实现

五.图

基本目标：

学会创建并使用图的两种存储方式：邻接矩阵、邻接表。学会在这两种存储结构上图的基本操作(求点的入度、出度、找到某个点的邻接点等)。
掌握图的DFS与BFS代码实现。
掌握拓扑排序的代码实现。
掌握最短路径的代码实现。

参考资料:

图-实验任务书

基础代码(图的邻接矩阵存储结构):

#define MAXVEXNUM 100

typedef  int ArcCell;  // 边类型
typedef char VexType;  // 点类型

typedef struct {
	VexType vexs[MAXVEXNUM];  //点集
	ArcCell arcs[MAXVEXNUM][MAXVEXNUM]; // 边集
	int vexNum, arcNum; //点数，边数
}MyGraph;

任务1：图的创建与遍历

5.1.1 *通过控制台创建如下无向图的邻接矩阵并遍历。

任务书题目1—图的创建、题目2—图的遍历

给出图的存储结构，编写创建图的伪代码
- 初始化图：初始化点数、边数；
- 初始化点列表
- 初始化边矩阵(注意：无向图邻接矩阵是对称的)。编程实需考虑点名称到点坐标的转换。
  - 初始化矩阵？尝试使用memset,如memset(G.vexs, 0, sizeof(G.vexs))。
输出图（观察图是否对称）。思考：如何创建有向图(网)？（课堂考核)。
图的遍历:在上面创建的无向图中进行DFS、BFS。(课堂考核)。对于上图：
1. 从A节点进行DFS，遍历结果为ABEFCD；
2. 从F节点进行DFS，遍历结果为FBAECD；
3. 从F节点进行BFS，遍历结果为FBCDAE。

要求：从A、F节点出发的DFS，要在main中一次性完成。
初始化数组：memset(visited, false, sizeof(visited))

无向图测试数据

6 7
a
b
c
d
e
f
a b 1
a e 1
b e 1
b f 1
c d 1
c f 1
d f 1

5.1.2 PTA：图着色问题(主要是对无向图的邻接点进行操作)（考核）

该问题主要的涉及图的常见操作是什么？
如何判断两个相邻顶点具有同一种颜色？
给出图的存储结构定义。创建大数组问题（建议使用动态创建方法，如new、malloc，否则可能会造成堆栈溢出）。你觉得使用什么存储结构更好、时间复杂度耕地？
颜色只有3种，但是输入可能包含多余3种的颜色。可直接判错。可以使用set进行判定。
写出伪代码或思路

5.1.3 邻接矩阵创建。PTA函数：邻接矩阵实现图的操作集。基本同5.1.1。
5.1.4 邻接表创建。PTA函数：图邻接表操作。
5.1.5 图的遍历与DFS、BFS算法。PTA:六度空间（BFS应用）（考核）。

任务2：最小生成树、最短路径

5.2.1 PTA：公路村村通（最小生成树）。（考核）
5.2.2 PTA：旅游规划(最短路径)。(较容易，建议实验课前完成)。（考核）
5.2.3 PTA：通信网设计(非连通图、最小生成树)。

任务3：其他

5.3.1 使用栈完成拓扑排序。PTA：拓扑排序(函数)、剿灭魔教。
5.3.2 PTA:（选做）天梯地图。

注意：
本章上手难，可以适当引导如何创建邻接矩阵或邻接表。可使用试验任务书的例子循序渐进，逐步创建一个图。

posted on 2018-03-19 15:24 zhrb 阅读(6639) 评论(0) 编辑收藏举报

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集美大学计算机郑如滨

公告

一. 入门

1. 数据结构入门

1.1 使用Visual Studio

1.2 C++语言基础

2. Git入门

二.线性表

1. 顺序表

2. 链表

3. 栈和队列

4.字符串(自行完成)

三.树

课前准备

课上完成

实验任务

四.查找与排序

课前准备

4.1 查找

4.2 排序

4.3 综合

4.4 参考资料

资料1:STL中set、map容器的用法

资料2:倒排索引

五.图

任务1：图的创建与遍历

任务2：最小生成树、最短路径

任务3：其他

集美大学 计算机 郑如滨

公告

一. 入门

1. 数据结构入门

1.1 使用Visual Studio

1.2 C++语言基础

2. Git入门

二.线性表

1. 顺序表

2. 链表

3. 栈和队列

4.字符串(自行完成)

三.树

课前准备

课上完成

实验任务

四.查找与排序

课前准备

4.1 查找

4.2 排序

4.3 综合

4.4 参考资料

资料1:STL中set、map容器的用法

资料2:倒排索引

五.图

任务1：图的创建与遍历

任务2：最小生成树、最短路径

任务3：其他

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