《算法c語(yǔ)言基礎(chǔ)》課件VIP

《算法與C語(yǔ)言基礎(chǔ)》本課程旨在為學(xué)生提供算法和C語(yǔ)言編程基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和代碼編寫(xiě)能力。課程內(nèi)容涵蓋基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、排序算法、搜索算法、遞歸和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等主題。內(nèi)容概述算法解決問(wèn)題的步驟，比如排序、查找、計(jì)算。C語(yǔ)言高級(jí)編程語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)算法，開(kāi)發(fā)軟件。計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，例如人工智能、游戲開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)分析。什么是算法算法是解決特定問(wèn)題的一系列步驟或指令。它是一個(gè)清晰、準(zhǔn)確、有限的描述，用于解決特定問(wèn)題或完成特定任務(wù)。例如，制作蛋糕的食譜就是一個(gè)簡(jiǎn)單的算法，它包含了一系列步驟，從準(zhǔn)備食材到烘焙完成。算法的基本結(jié)構(gòu)1算法描述算法的描述是指用自然語(yǔ)言或其他形式化的語(yǔ)言，解釋算法的步驟和邏輯。這包括算法的輸入、輸出、處理步驟以及一些約束條件。2流程圖流程圖使用圖形符號(hào)來(lái)表示算法的步驟和數(shù)據(jù)流，以直觀的方式展現(xiàn)算法的執(zhí)行流程。它有助于理解算法的邏輯結(jié)構(gòu)和各個(gè)步驟之間的關(guān)系。3偽代碼偽代碼使用類似于編程語(yǔ)言的語(yǔ)法，但更加簡(jiǎn)化，以描述算法的步驟和邏輯。它可以被認(rèn)為是算法的半正式描述，有助于將算法轉(zhuǎn)化為實(shí)際的代碼。算法的執(zhí)行過(guò)程1輸入算法需要輸入數(shù)據(jù)作為初始條件。2處理算法會(huì)根據(jù)預(yù)先定義的步驟對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。3輸出算法會(huì)生成結(jié)果作為輸出，解決特定問(wèn)題。算法的執(zhí)行過(guò)程是一個(gè)將輸入轉(zhuǎn)換為輸出的步驟序列。這個(gè)過(guò)程由一系列指令組成，這些指令按照特定順序執(zhí)行，以解決特定問(wèn)題或完成特定任務(wù)。算法的重要性提高代碼效率算法可以優(yōu)化代碼結(jié)構(gòu)，減少代碼冗余，提高代碼執(zhí)行效率。選擇合適的算法可以有效地降低時(shí)間和空間復(fù)雜度，使程序運(yùn)行更快、更節(jié)省內(nèi)存。解決實(shí)際問(wèn)題算法是計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心，它為我們提供了解決各種問(wèn)題的框架和方法。在日常生活和工作中，我們經(jīng)常需要面對(duì)各種問(wèn)題，算法可以幫助我們找到最佳的解決方案。C語(yǔ)言基礎(chǔ)語(yǔ)法11.標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)符用于命名變量、函數(shù)、數(shù)組等。由字母、數(shù)字和下劃線組成，第一個(gè)字符必須為字母或下劃線，區(qū)分大小寫(xiě)。22.關(guān)鍵字C語(yǔ)言中預(yù)定義的標(biāo)識(shí)符，具有特殊含義，不能作為用戶自定義的標(biāo)識(shí)符。例如，int、float、char、for、while等。33.數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型決定了變量存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類型，例如整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符等。不同的數(shù)據(jù)類型占用不同的內(nèi)存空間。44.運(yùn)算符C語(yǔ)言提供各種運(yùn)算符，用于執(zhí)行算術(shù)、邏輯、位、關(guān)系等運(yùn)算。例如，加、減、乘、除、取模等?；緮?shù)據(jù)類型數(shù)值類型數(shù)值類型用于存儲(chǔ)數(shù)字，例如整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)等。字符類型字符類型用于存儲(chǔ)單個(gè)字符，例如字母、數(shù)字、符號(hào)等。布爾類型布爾類型用于存儲(chǔ)邏輯值，只有真和假兩種狀態(tài)。表達(dá)式與運(yùn)算符表達(dá)式表達(dá)式由運(yùn)算符、操作數(shù)和函數(shù)組成。運(yùn)算符用于執(zhí)行特定的操作，操作數(shù)是參與運(yùn)算的值，函數(shù)是預(yù)定義的代碼塊，用于執(zhí)行特定任務(wù)。運(yùn)算符運(yùn)算符分為算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、位運(yùn)算符和賦值運(yùn)算符等。它們用于執(zhí)行不同的操作，例如加減乘除、比較大小、邏輯判斷、位操作和賦值等。運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)決定了表達(dá)式中不同運(yùn)算符的執(zhí)行順序。例如，乘除運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)高于加減運(yùn)算，所以表達(dá)式2+3*4的結(jié)果是14，而不是20。表達(dá)式求值表達(dá)式求值是指根據(jù)運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性，逐步計(jì)算表達(dá)式中每個(gè)運(yùn)算符的結(jié)果，最終得到表達(dá)式的最終值。流程控制語(yǔ)句流程控制語(yǔ)句是C語(yǔ)言中用于控制程序執(zhí)行流程的關(guān)鍵部分。通過(guò)改變程序的執(zhí)行順序，我們可以實(shí)現(xiàn)各種邏輯控制和算法。1順序結(jié)構(gòu)程序按照代碼順序逐行執(zhí)行。2選擇結(jié)構(gòu)根據(jù)條件判斷執(zhí)行不同的代碼塊。3循環(huán)結(jié)構(gòu)重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到滿足特定條件。數(shù)組連續(xù)存儲(chǔ)數(shù)組元素在內(nèi)存中連續(xù)存放，方便訪問(wèn)。相同數(shù)據(jù)類型數(shù)組中所有元素必須具有相同的數(shù)據(jù)類型，例如int、float或char。索引訪問(wèn)通過(guò)索引值（從0開(kāi)始）訪問(wèn)數(shù)組中的特定元素。函數(shù)的定義與調(diào)用定義函數(shù)函數(shù)定義指定了函數(shù)的名稱、參數(shù)列表、返回值類型和函數(shù)體。調(diào)用函數(shù)調(diào)用函數(shù)時(shí)，使用函數(shù)名并傳入實(shí)際參數(shù)，函數(shù)體執(zhí)行后返回值。參數(shù)傳遞實(shí)參傳遞給形參，函數(shù)體操作形參，傳遞方式可以是值傳遞或引用傳遞。函數(shù)參數(shù)傳遞1值傳遞函數(shù)接收的是實(shí)參的副本，修改形參不會(huì)影響實(shí)參的值。2地址傳遞函數(shù)接收的是實(shí)參的地址，修改形參會(huì)影響實(shí)參的值。3引用傳遞函數(shù)接收的是實(shí)參的別名，修改形參會(huì)影響實(shí)參的值。4選擇傳遞方式根據(jù)需要修改實(shí)參的值來(lái)選擇傳遞方式。全局變量與局部變量全局變量在程序中任何位置都能訪問(wèn)。局部變量只在定義它們的函數(shù)或代碼塊內(nèi)可見(jiàn)。內(nèi)存分配全局變量在程序開(kāi)始執(zhí)行時(shí)分配內(nèi)存，而局部變量在函數(shù)調(diào)用時(shí)分配內(nèi)存。遞歸函數(shù)1定義函數(shù)調(diào)用自身2優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)潔，易于理解3缺點(diǎn)效率可能較低4應(yīng)用階乘，斐波那契數(shù)列遞歸函數(shù)的定義是，函數(shù)調(diào)用自身。遞歸函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)潔，易于理解。缺點(diǎn)是效率可能較低。遞歸函數(shù)的應(yīng)用包括階乘，斐波那契數(shù)列等。指針內(nèi)存地址的引用指針是一個(gè)變量，存儲(chǔ)的是另一個(gè)變量的內(nèi)存地址。通過(guò)指針，我們可以直接訪問(wèn)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。靈活的內(nèi)存操作指針允許我們動(dòng)態(tài)地分配和釋放內(nèi)存，以及在程序運(yùn)行時(shí)修改內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。數(shù)組的訪問(wèn)指針可以用來(lái)訪問(wèn)數(shù)組中的元素，并且可以方便地進(jìn)行數(shù)組的遍歷和操作。函數(shù)的調(diào)用指針可以指向函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)函數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)用，提高程序的靈活性。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配在程序運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)地申請(qǐng)和釋放內(nèi)存空間，提高內(nèi)存利用率。1malloc()從堆中分配內(nèi)存2calloc()分配并初始化內(nèi)存3realloc()調(diào)整已分配內(nèi)存的大小4free()釋放動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存結(jié)構(gòu)體定義結(jié)構(gòu)體是用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，可以將不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)組織在一起。它像一個(gè)容器，可以存儲(chǔ)各種類型的數(shù)據(jù)，使代碼更加清晰簡(jiǎn)潔。用途結(jié)構(gòu)體可以用來(lái)表示現(xiàn)實(shí)世界中的復(fù)雜數(shù)據(jù)，例如學(xué)生信息、商品信息等，方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和操作。枚舉類型枚舉定義使用enum關(guān)鍵字定義枚舉類型。枚舉類型包含一組常量，每個(gè)常量都有一個(gè)唯一的名稱。賦值與使用枚舉常量被默認(rèn)分配整數(shù)值，從0開(kāi)始遞增。枚舉常量可以在代碼中使用，就像普通常量一樣。枚舉的優(yōu)勢(shì)提高代碼可讀性和可維護(hù)性避免使用魔術(shù)數(shù)字方便代碼修改文件操作文件打開(kāi)打開(kāi)文件是所有文件操作的基礎(chǔ)。需要指定要打開(kāi)的文件路徑以及打開(kāi)模式。文件讀寫(xiě)文件讀寫(xiě)包括從文件中讀取數(shù)據(jù)或向文件中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。常用的函數(shù)包括`fread`、`fwrite`、`fscanf`、`fprintf`等。文件關(guān)閉文件操作完成后需要及時(shí)關(guān)閉文件，釋放系統(tǒng)資源，防止數(shù)據(jù)丟失。預(yù)處理指令預(yù)處理階段預(yù)處理指令在程序編譯之前進(jìn)行處理，用于對(duì)源代碼進(jìn)行一些預(yù)處理操作。指令格式預(yù)處理指令以#開(kāi)頭，后面跟指令名稱和參數(shù)，例如#include、#define等。常用指令常見(jiàn)的預(yù)處理指令包括：包含頭文件、宏定義、條件編譯等，它們可以簡(jiǎn)化代碼、提高可讀性、方便代碼管理。排序算法概述排序算法排序算法將無(wú)序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有序數(shù)據(jù)，方便查找和處理。算法分類常見(jiàn)的排序算法包括冒泡排序、選擇排序、插入排序、歸并排序、快速排序等。算法復(fù)雜度算法復(fù)雜度用來(lái)評(píng)估算法效率，包括時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。冒泡排序比較與交換相鄰元素進(jìn)行比較，若順序錯(cuò)誤則交換位置。重復(fù)比較從第一個(gè)元素開(kāi)始，依次比較相鄰元素，直至最后一個(gè)元素。排序完成重復(fù)上述過(guò)程，直到整個(gè)數(shù)組有序排列。時(shí)間復(fù)雜度最佳情況為O(n)，最差情況為O(n^2)。選擇排序1查找最小值在未排序的數(shù)組中，找到最小值的索引。2交換位置將找到的最小值與數(shù)組第一個(gè)元素交換位置。3遞歸排序?qū)κＳ辔磁判虻淖訑?shù)組重復(fù)上述步驟，直到所有元素都排序完成。插入排序1原理將數(shù)據(jù)依次插入已排序的序列2步驟將下一個(gè)元素與已排序序列中的元素比較3效率時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)4應(yīng)用適合小型數(shù)據(jù)集或近乎有序的數(shù)據(jù)插入排序算法簡(jiǎn)單易懂，適合處理小型數(shù)據(jù)集或近乎有序的數(shù)據(jù)。它通過(guò)不斷將未排序元素插入已排序序列中的正確位置來(lái)實(shí)現(xiàn)排序。插入排序的平均時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2)，對(duì)于大型數(shù)據(jù)集效率較低，但它是一種穩(wěn)定的排序算法，即相等元素在排序后保持其相對(duì)順序。歸并排序1.分割將待排序的數(shù)組遞歸地劃分為兩個(gè)子數(shù)組，直到每個(gè)子數(shù)組只包含一個(gè)元素。2.合并對(duì)兩個(gè)已排序的子數(shù)組進(jìn)行合并，形成一個(gè)有序的子數(shù)組。3.重復(fù)不斷重復(fù)步驟1和2，直到所有子數(shù)組合并為一個(gè)完整的排序數(shù)組。4.效率歸并排序是一種穩(wěn)定的排序算法，時(shí)間復(fù)雜度為O(nlogn)，適用于各種數(shù)據(jù)規(guī)模。查找算法概述11.查找算法的作用在大量數(shù)據(jù)中快速定位目標(biāo)元素，提升效率。22.查找算法的分類常見(jiàn)分類包括順序查找、二分查找、哈希查找等。33.查找算法的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫(kù)管理、信息檢索、數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域。44.查找算法的選擇根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、查找效率等因素選擇合適的算法。順序查找1定義順序查找是一種最簡(jiǎn)單的查找算法，從線性表中第一個(gè)元素開(kāi)始，逐個(gè)比較元素的值與目標(biāo)值是否相等。如果相等，則找到目標(biāo)元素；否則，繼續(xù)比較下一個(gè)元素，直到找到目標(biāo)元素或比較完所有元素。如果在所有元素都比較完后還沒(méi)有找到目標(biāo)元素，則表示目標(biāo)元素不存在。2優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，容易理解。適用于線性表結(jié)構(gòu)，并且不需要額外的存儲(chǔ)空間。3缺點(diǎn)時(shí)間復(fù)雜度較高，在最壞情況下需要遍歷整個(gè)線性表。如果目標(biāo)元素位于線性表的末尾，則需要比較所有元素。二分查找1有序數(shù)組前提條件：數(shù)組有序2目標(biāo)值比較與中間元素比較3范圍縮減目標(biāo)值大于中間元素，搜索右半部分4遞歸或循環(huán)重復(fù)步驟，直到找到目標(biāo)值或范圍為空二分查找是一種高效的搜索算法，適用于有序數(shù)組。它通過(guò)不斷比較目標(biāo)值與中間元素，將搜索范圍縮減一半，最終找到