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文檔簡介
1、第1章 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法1.1算法1.算法的基本概念(1)概念:算法是指一系列解決問題的清晰指令。(2)4個基本特征:可行性、確定性、有窮性、擁有足夠的情報。(3)兩種基本要素:對數(shù)據(jù)對象的運算和操作、算法的控制結(jié)構(gòu)(運算和操作時問的順序)。(4)設(shè)計的基本方法:列舉法、歸納法、遞推法、遞歸法、減半遞推技術(shù)和回溯法。2.算法的復(fù)雜度(1)算法的時間復(fù)雜度:執(zhí)行算法所需要的計算工作量。(2)算法的空間復(fù)雜度:執(zhí)行算法所需的內(nèi)存空間。1.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指相互有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)元素的集合,即數(shù)據(jù)的組織形式。其中邏輯結(jié)構(gòu)反映數(shù)據(jù)元素之間邏輯關(guān)系;存儲結(jié)構(gòu)為數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計算機存儲空間中的存放形
2、式,有順序存儲、鏈式存儲、索引存儲和散列存儲4種方式。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按各元素之間前后件關(guān)系的復(fù)雜度可劃分為:(1)線性結(jié)構(gòu):有且只有一個根節(jié)點,且每個節(jié)點最多有一個直接前驅(qū)和一個直接后繼的非空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。(2)非線性結(jié)構(gòu):不滿足線性結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。1.3線性表及其順序存儲結(jié)構(gòu)1.線性表的基本概念線性結(jié)構(gòu)又稱線性表,線性表是最簡單也是最常用的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2.線性表的順序存儲結(jié)構(gòu)元素所占的存儲空間必須連續(xù)。元素在存儲空間的位置是按邏輯順序存放的。3.線性表的插入運算在第i個元素之前插入一個新元素的步驟如下:步驟一:把原來第n個節(jié)點至第i個節(jié)點依次往后移一個元素位置。步驟二:把新節(jié)點放在第i個位置上。步驟
3、三:修正線性表的節(jié)點個數(shù)。在最壞情況下,即插入元素在第一個位置,線性表中所有元素均需要移動。4.線性表的刪除運算刪除第i個位置的元素的步驟如下:步驟一:把第i個元素之后不包括第i個元素的n-i個元素依次前移一個位置;步驟二:修正線性表的結(jié)點個數(shù)。1.4棧和隊列1.棧及其基本運算(1)基本概念:棧是一種特殊的線性表,其插入運算與刪除運算都只在線性表的一端進行,也被稱為“先進后出”表或“后進先出”表。棧頂:允許插入與刪除的一端。棧底:棧頂?shù)牧硪欢???諚#簵V袥]有元素的棧。(2)特點。棧頂元素是最后被插入和最早被刪除的元素。棧底元素是最早被插入和最后被刪除的元素。棧有記憶作用。在順序存儲結(jié)構(gòu)下,棧的
4、插入和刪除運算不需移動表中其他數(shù)據(jù)元素。棧頂指針top動態(tài)反映了棧中元素的變化情況(3)順序存儲和運算:入棧運算、退棧運算和讀棧頂運算。2.隊列及其基本運算(1)基本概念:隊列是指允許在一端進行插入,在另一端進行刪除的線性表,又稱“先進先出”的線性表。隊尾:允許插入的一端,用尾指針指向隊尾元素。排頭:允許刪除的一端,用頭指針指向頭元素的前一位置。(2)循環(huán)隊列及其運算。所謂循環(huán)隊列,就是將隊列存儲空間的最后一個位置繞到第一個位置,形成邏輯上的環(huán)狀空間。入隊運算是指在循環(huán)隊列的隊尾加入一個新元素。當(dāng)循環(huán)隊列非空(s=1)且隊尾指針等于隊頭指針時,說明循環(huán)隊列已滿,不能進行人隊運算,這種情況稱為“
5、上溢”。退隊運算是指在循環(huán)隊列的隊頭位置退出一個元素并賦給指定的變量。首先將隊頭指針進一,然后將排頭指針指向的元素賦給指定的變量。當(dāng)循環(huán)隊列為空(s=0)時,不能進行退隊運算,這種情況稱為“下溢”。第2章 程序設(shè)計基礎(chǔ)2.1程序設(shè)計方法與風(fēng)格(1)設(shè)計方法:指設(shè)計、編制、調(diào)試程序的方法和過程,主要有結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法、軟件工程方法和面向?qū)ο蠓椒ā?2)設(shè)計風(fēng)格:良好的設(shè)計風(fēng)格要注重源程序文檔化、數(shù)據(jù)說明方法、語句的結(jié)構(gòu)和輸入輸出。2.2結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計1.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的原則結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計強調(diào)程序設(shè)計風(fēng)格和程序結(jié)構(gòu)的規(guī)范化,提倡清晰的結(jié)構(gòu)。(1)自頂向下:即先考慮總體,后考慮細節(jié);先考慮全局目標
6、,后考慮局部目標。(2)逐步求精:對復(fù)雜問題,應(yīng)設(shè)計一些子目標做過渡,逐步細化。(3)模塊化:把程序要解決的總目標分解為分目標,再進一步分解為具體的小目標,把每個小目標稱為一個模塊;(4)限制使用GOT0語句。2.結(jié)構(gòu)化程序的基本結(jié)構(gòu)與特點(1)順序結(jié)構(gòu):自始至終嚴格按照程序中語句的先后順序逐條執(zhí)行,是最基本、最普遍的結(jié)構(gòu)形式。(2)選擇結(jié)構(gòu):又稱為分支結(jié)構(gòu),包括簡單選擇和多分支選擇結(jié)構(gòu)。(3)重復(fù)結(jié)構(gòu):又稱為循環(huán)結(jié)構(gòu),根據(jù)給定的條件,判斷是否需要重復(fù)執(zhí)行某一相同的或類似的程序段。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中,應(yīng)注意事項:(1)使用程序設(shè)計語言中的順序、選擇、循環(huán)等有限的控制結(jié)構(gòu)表示程序的控制邏輯。(2)
7、選用的控制結(jié)構(gòu)只準許有一個人口和一個出口。(3)程序語言組成容易識別的塊,每塊只有一個入口和一個出口。(4)復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)該用嵌套的基本控制結(jié)構(gòu)進行組合嵌套來實現(xiàn)。(5)語言中所沒有的控制結(jié)構(gòu),應(yīng)該采用前后一致的方法來模擬。(6)盡量避免GOT0語句的使用。2.3面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計面向?qū)ο蠓椒ǖ谋举|(zhì)是主張從客觀世界固有的事物出發(fā)來構(gòu)造系統(tǒng),強調(diào)建立的系統(tǒng)能映射問題域。對象:用來表示客觀世界中任何實體,可以是任何有明確邊界和意義的東西。類:具有共同屬性、共同方法的對象的集合。實例:一個具體對象就是其對應(yīng)分類的一個實例。消息:實例間傳遞的信息,它統(tǒng)一了數(shù)據(jù)流和控制流。繼承:使用已有的類定義作為基礎(chǔ)建立
8、新類的定義技術(shù)。多態(tài)性:指對象根據(jù)所接受的信息而作出動作,同樣的信息被不同的對象接收時有不同行動的現(xiàn)象。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的優(yōu)點:與人類習(xí)慣的思維方法一致、穩(wěn)定性好、可重用性好、易于開發(fā)大型軟件產(chǎn)品、可維護性好。第3章 軟件工程基礎(chǔ)3.1軟件工程基本概念1.軟件的定義與特點(1)定義:軟件是指與計算機系統(tǒng)的操作有關(guān)的計算機程序、規(guī)程、規(guī)則,以及可能有的文件、文檔和數(shù)據(jù)。(2)特點。是邏輯實體,有抽象性。生產(chǎn)沒有明顯的制作過程。運行使用期間不存在磨損、老化問題。開發(fā)、運行對計算機系統(tǒng)有依賴性,受計算機系統(tǒng)的限制,導(dǎo)致了軟件移植問題。復(fù)雜性較高,成本昂貴。開發(fā)涉及諸多社會因素。2.軟件的分類軟件可分
9、應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件和支撐軟件3類。(1)應(yīng)用軟件是特定應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)專用的軟件。(2)系統(tǒng)軟件居于計算機系統(tǒng)中最靠近硬件的一層,是計算機管理自身資源,提高計算機使用效率并為計算機用戶提供各種服務(wù)的軟件。(3)支撐軟件介于系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間,是支援其它軟件的開發(fā)與維護的軟件。3.軟件危機與軟件工程軟件危機指在計算機軟件的開發(fā)和維護中遇到的一系列嚴重問題。軟件工程是應(yīng)用于計算機軟件的定義、開發(fā)和維護的一整套方法、工具、文檔、實踐標準和工序,包括軟件開發(fā)技術(shù)和軟件工程管理。4.軟件生命周期軟件產(chǎn)品從提出、實現(xiàn)、使用維護到停止使用的過程稱為軟件生命周期。在國家標準中,軟件生命周期劃分為8個階段軟件定義
10、期:包括問題定義、可行性研究和需求分析3個階段。軟件開發(fā)期:包括概要設(shè)計、詳細設(shè)計、實現(xiàn)和測試4個階段。運行維護期:即運行維護階段。5.軟件工程的原則軟件工程的原則包括:抽象、信息隱蔽、模塊化、局部化、確定性、一致性、完備性和可驗證性。3.2結(jié)構(gòu)化分析方法需求分析的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)需求、求精、建模和定義需求的過程,可概括為:需求獲取、需求分析、編寫需求規(guī)格說明書和需求評審。1.常用的分析方法結(jié)構(gòu)化分析方法:其實質(zhì)著眼于數(shù)據(jù)流,自頂向下,逐層分解,建立系統(tǒng)的處理流程。面向?qū)ο蠓治龇椒ā?.結(jié)構(gòu)化分析常用工具結(jié)構(gòu)化分析常用工具包括數(shù)據(jù)流圖、數(shù)字字典(核心方法)、判斷樹和判斷表。(1)數(shù)據(jù)流圖:即DFD圖
11、,以圖形的方式描繪數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動和處理的過程,它只反映系統(tǒng)必須完成的邏輯功能。是一種功能模型。符號名稱作用:箭頭代表數(shù)據(jù)流,沿箭頭方向傳送數(shù)據(jù)的通道圓或橢圓代表加工,輸入數(shù)據(jù)經(jīng)加工變換產(chǎn)生輸出雙杠代表存儲文件,表示處理過程中存放各種數(shù)據(jù)文件方框代表源和潭,表示系統(tǒng)和環(huán)境的接口(2)數(shù)據(jù)字典:結(jié)構(gòu)化分析方法的核心。數(shù)據(jù)字典是對所有與系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)元素的一個有組織的列表。以及精確的、嚴格的定義,使得用戶和系統(tǒng)分析員對于輸入、輸出、存儲成分和中間計算結(jié)果有共同的理解。(3)判定樹:使用判定樹進行描述時,應(yīng)先從問題定義的文字描述中分清判定的條件和判定的結(jié)論,根據(jù)描述材料中的連接詞找出判定條件之問的從
12、屬關(guān)系、并列關(guān)系、選擇關(guān)系,根據(jù)它們構(gòu)造判定樹。(4)判定表:與判定樹相似,當(dāng)數(shù)據(jù)流圖中的加工要依賴于多個邏輯條件的取值,即完成該加工的一組動作是由于某一組條件取值的組合引發(fā)的,使用判定表比較適宜。3.軟件需求規(guī)格說明書軟件需求規(guī)格說明書是需求分析階段的最后成果,是軟件開發(fā)的重要文檔之一。(1)軟件需求規(guī)格說明書的作用:便于用戶、開發(fā)人員進行理解和交流;反映出用戶問題的結(jié)構(gòu),可以作為軟件開發(fā)工作的基礎(chǔ)和依據(jù);作為確認測試和驗收的依據(jù)。(2)軟件需求規(guī)格說明書的內(nèi)容:概述;數(shù)據(jù)描述;功能描述;性能描述;參考文獻;附錄。(3)軟件需求規(guī)格說明書的特點:正確性;無歧義性;完整性;可驗證性;一致性;可
13、理解性;可修改性;可追蹤性。3.3結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法1.軟件設(shè)計的基本概念和方法軟件沒計是一個把軟件需求轉(zhuǎn)換為軟件表示的過程。(1)基本原理:抽象、模塊化、信息隱藏、模塊獨立性(度量標準:耦合性和內(nèi)聚性,高耦合、低內(nèi)聚)。(2)基本思想:將軟件設(shè)計成由相對獨立、單一功能的模塊組成的結(jié)構(gòu)。2.概要設(shè)計(1)4個任務(wù):設(shè)計軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫設(shè)計、編寫概要設(shè)計文檔、概要設(shè)計文檔評審。(2)面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法:數(shù)據(jù)流圖的信息分為交換流和事物流,結(jié)構(gòu)形式有交換型和事務(wù)型。3.詳細設(shè)計的工具詳細設(shè)計的工具包括:圖形工具:程序流程圖、N-S、PAD、HIPO。表格工具:判定表。語言工具:PDL(偽
14、碼)。3.4軟件測試1.目的為了發(fā)現(xiàn)錯誤而執(zhí)行程序的過程。2.準則所有測試應(yīng)追溯到用戶需求。嚴格執(zhí)行測試計劃,排除測試的隨意性。充分注意測試中的群集現(xiàn)象。程序員應(yīng)避免檢查自己的程序。窮舉測試不可能。妥善保存設(shè)計計劃、測試用例、出錯統(tǒng)計和最終分析報告。3.軟件測試技術(shù)和方法軟件測試的方法按是否需要執(zhí)行被測軟件的角度,可分為靜態(tài)測試和動態(tài)測試,按功能分為白盒測試和黑盒測試。(1)白盒測試:根據(jù)程序的內(nèi)部邏輯設(shè)計測試用例,主要方法有邏輯覆蓋測試、基本路徑測試等。(2)黑盒測試:根據(jù)規(guī)格說明書的功能來設(shè)計測試用例,主要診斷方法有等價劃分法、邊界值分析法、錯誤推測法、因果圖法等,主要用于軟件確認測試。4
15、.軟件測試的實施軟件測試是保證軟件質(zhì)量的重要手段,軟件測試是一個過程,其測試流程是該過程規(guī)定的程序,目的是使軟件測試工作系統(tǒng)化。軟件測試過程分4個步驟,即單元測試、集成測試、驗收測試和系統(tǒng)測試。單元測試是對軟件設(shè)計的最小單位模塊(程序單元)進行正確性檢驗測試。單元測試的目的是發(fā)現(xiàn)各模塊內(nèi)部可能存在的各種錯誤。單元測試的依據(jù)是詳細的設(shè)計說明書和源程序。單元測試的技術(shù)可以采用靜態(tài)分析和動態(tài)測試。3.5程序的調(diào)試(1)任務(wù):診斷和改正程序中的錯誤。(2)調(diào)試方法:強行排錯法、回溯法和原因排除法。第4章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計基礎(chǔ)4.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念(1)數(shù)據(jù)(Data):描述事物的符號記錄。(2)數(shù)據(jù)庫(
16、DataBase):長期存儲在計算機內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBase Management System,DBMS)是數(shù)據(jù)庫的機構(gòu),它是一種系統(tǒng)軟件,負責(zé)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)維護、數(shù)據(jù)控制及保護和數(shù)據(jù)服務(wù)等。為完成以上6個功能,DBMS提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)語言;數(shù)據(jù)定義語言(負責(zé)數(shù)據(jù)的模式定義與數(shù)據(jù)的物理存取構(gòu)建);數(shù)據(jù)操縱語言(負責(zé)數(shù)據(jù)的操縱);數(shù)據(jù)控制語言(負責(zé)數(shù)據(jù)完整性、安全性的定義)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心,它位于用戶和操作系統(tǒng)之間,從軟件分類的角度來說,屬于系統(tǒng)軟件。(4)數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了3個階段。人
17、工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段(5)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點:集成性、高共享性、低冗余性、數(shù)據(jù)獨立性、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制等。(6)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部機構(gòu)體系:三級模式(概念模式、內(nèi)模式、外模式)和二級映射(外模式/概念模式的映射、概念模式/內(nèi)模式的映射)構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的抽象結(jié)構(gòu)體系。4.2數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)特征的抽象,從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動態(tài)行為和約束條件,描述的內(nèi)容有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)約束。有3個層次:概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型。(1)ER模型:提供了表示實體、屬性和聯(lián)系的方法。實體間聯(lián)系有“一對一”、“一對多”和“多對多”。(2)E-R模型用E-R圖
18、來表示。(2)層次模型:利用樹形結(jié)構(gòu)表示實體及其之問聯(lián)系。其中節(jié)點是實體,樹枝是聯(lián)系,從上到下是一對多關(guān)系。(3)網(wǎng)狀模型:用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實體及其之間聯(lián)系。是層次模型的擴展。網(wǎng)絡(luò)模型以記錄型為節(jié)點,反映現(xiàn)實中較為復(fù)雜的事物聯(lián)系。(4)關(guān)系模型:采用二維表(由表框架和表的元組組成)來表示,可進行數(shù)據(jù)查詢、增加、刪除及修改操作。關(guān)系模型允許定義“實體完整性”、“參照完整性”和“用戶定義的完整性”三種約束。鍵(碼):二維表中唯一能標識元組的最小屬性集。候選鍵(候選碼):二維表中可能有的多個鍵。主鍵:被選取的一個使用的鍵。4.3關(guān)系代數(shù)(1)關(guān)系代數(shù)的基本運算:投影、選擇、笛卡爾積。(2)關(guān)系代數(shù)的擴充運算:交、連接與自然連接、除。4.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計與管理1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述基本思想:過程迭代和逐步求精。方法:面向數(shù)據(jù)的方法和面向過程的方法。設(shè)計過程:需求分析概念設(shè)計邏輯設(shè)計物理設(shè)計編碼測試運行進步修改。2.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的需求分析需求收集和分析是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第一階段,常用結(jié)構(gòu)化分析方法(自頂向下、逐層分解)和面向?qū)ο蟮姆椒?,主要工作有繪制數(shù)據(jù)流程圖、數(shù)據(jù)分析、功能分析、確定功能處理模塊和數(shù)據(jù)間關(guān)系。數(shù)據(jù)字典:包
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