《物件導向資料結(jié)構(gòu)》課件

《物件導向資料結(jié)構(gòu)》課程大綱緒論物件導向編程簡介物件導向概念類、對象、封裝、繼承、多態(tài)資料結(jié)構(gòu)數(shù)組、鏈表、棧、隊列、樹、圖算法排序、搜索、遍歷什么是物件導向編程物件導向編程(OOP)是一種以對象為中心的編程范式，它將程序分解成獨立的、自包含的單元，稱為對象。每個對象都具有自己的數(shù)據(jù)和方法，用于描述其狀態(tài)和行為。OOP的核心概念包括封裝、繼承和多態(tài)，這些概念允許開發(fā)者以更清晰、可維護和可擴展的方式構(gòu)建復雜系統(tǒng)。類與對象的概念1類類是對象的模板，它定義了對象的屬性和方法。2對象對象是類的實例，它擁有類的屬性和方法。3關系類是抽象的概念，對象是具體的實例。類的定義類名類名應為有效的標識符，通常用大寫字母開頭。屬性屬性是類的數(shù)據(jù)成員，描述對象的特征。方法方法是類中的函數(shù)，定義對象的行動和操作。對象的創(chuàng)建1類定義定義對象的藍圖2實例化使用類創(chuàng)建對象3賦值賦予對象屬性值屬性與方法屬性屬性是對象所擁有的特征，它們代表對象的狀態(tài)和信息。方法方法是對象能夠執(zhí)行的操作，它們定義了對象的行為。訪問控制與封裝性私有屬性只有類本身可以訪問的屬性。公有方法允許外部訪問的函數(shù)，用于與對象交互。信息隱藏通過保護內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提高代碼的可靠性與可維護性。構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)1構(gòu)造函數(shù)在創(chuàng)建對象時自動執(zhí)行，用于初始化對象屬性。2析構(gòu)函數(shù)在對象被銷毀時自動執(zhí)行，用于釋放對象占用的資源。繼承與多態(tài)繼承創(chuàng)建新的類，并繼承父類的屬性和方法。多態(tài)使用相同的接口訪問不同的實現(xiàn)，實現(xiàn)代碼的靈活性和可擴展性。抽象類與接口抽象類抽象類是不能直接實例化的類，它提供了一個通用的模板，用于定義子類必須實現(xiàn)的方法。抽象類可以包含抽象方法，這些方法沒有實現(xiàn)，必須在子類中實現(xiàn)。接口接口是一種特殊的抽象類，它只包含抽象方法和常量，不包含任何成員變量。接口定義了一組方法，用于描述對象的行為，而不考慮具體的實現(xiàn)細節(jié)。集合類型集合是存儲和操作數(shù)據(jù)的一種重要方式。不同類型的集合提供了不同的數(shù)據(jù)組織和訪問方法。根據(jù)具體需求選擇合適的集合類型。列表線性結(jié)構(gòu)元素按照順序排列，每個元素都有前驅(qū)和后繼。隨機訪問可以通過索引直接訪問任意元素。動態(tài)存儲可以在運行時動態(tài)地添加或刪除元素。鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它由一系列節(jié)點組成，每個節(jié)點包含數(shù)據(jù)和指向下一個節(jié)點的指針。優(yōu)點動態(tài)內(nèi)存分配插入和刪除操作效率高易于擴展缺點隨機訪問效率低需要額外的空間存儲指針棧后進先出棧是一種后進先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新元素被添加到棧頂，而只能從棧頂移除元素。常見操作常見操作包括壓棧（push）、出棧（pop）、獲取棧頂元素（peek）等。應用場景棧在函數(shù)調(diào)用、表達式求值、撤銷操作等方面有著廣泛的應用。隊列先進先出數(shù)據(jù)按照順序進入隊列，最先進入的數(shù)據(jù)最先被取出，就像排隊買票一樣，先排隊的人先買到票。生活中的應用在生活中，隊列被廣泛應用于各種場景，比如打印機任務隊列、操作系統(tǒng)中的進程隊列等。樹層次結(jié)構(gòu)樹形結(jié)構(gòu)是一種層次化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于表示具有父子關系的數(shù)據(jù)。節(jié)點樹中的每個元素稱為節(jié)點，節(jié)點之間通過邊連接。根節(jié)點樹的最頂層節(jié)點稱為根節(jié)點，沒有父節(jié)點。二叉樹定義二叉樹是一種樹形結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點最多有兩個子節(jié)點，分別稱為左子節(jié)點和右子節(jié)點。類型二叉樹可以分為完全二叉樹、滿二叉樹、二叉搜索樹等。應用二叉樹在計算機科學中應用廣泛，例如表達式樹、二叉搜索樹等。搜索樹有序結(jié)構(gòu)搜索樹是一種基于節(jié)點的有序樹狀結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點都存儲著一個鍵值對，并按一定的規(guī)則排列。高效搜索通過利用樹的結(jié)構(gòu)，搜索樹可以有效地進行查找、插入和刪除操作，其時間復雜度通常為O(logn)，其中n是節(jié)點的數(shù)量。常見類型常見的搜索樹類型包括二叉搜索樹、平衡樹（AVL樹、紅黑樹等）以及B樹等。哈希表鍵值對存儲哈希表使用鍵值對來存儲數(shù)據(jù)，快速查找和插入。哈希函數(shù)哈希函數(shù)將鍵映射到表中的索引位置，實現(xiàn)快速訪問。沖突處理當多個鍵映射到同一個索引位置時，需要處理沖突，避免數(shù)據(jù)丟失。應用場景哈希表在數(shù)據(jù)庫索引、緩存系統(tǒng)、網(wǎng)絡路由等領域廣泛應用。圖節(jié)點與邊圖由節(jié)點和邊組成，節(jié)點表示對象，邊表示對象之間的關系。有向圖與無向圖有向圖的邊具有方向性，無向圖的邊則沒有方向性。圖的應用圖在計算機科學中廣泛應用，例如社交網(wǎng)絡、路線規(guī)劃、物流等。排序算法1排序?qū)⒁唤M數(shù)據(jù)按照特定順序排列2比較排序通過比較元素大小進行排序3插入排序每次將一個元素插入到已排序序列的適當位置4冒泡排序重復遍歷數(shù)據(jù)，每次將相鄰的兩個元素進行比較，并交換位置，直到排序完成5選擇排序每次從未排序的元素中選擇最小的元素，并將其放到已排序序列的末尾時間復雜度分析O(1)常數(shù)時間執(zhí)行時間與輸入數(shù)據(jù)大小無關。O(n)線性時間執(zhí)行時間與輸入數(shù)據(jù)大小成正比。O(logn)對數(shù)時間執(zhí)行時間與輸入數(shù)據(jù)大小的對數(shù)成正比。O(nlogn)線性對數(shù)時間執(zhí)行時間與輸入數(shù)據(jù)大小的線性對數(shù)成正比?？臻g復雜度分析總結(jié)與展望收獲學習