数据结构第二章

数据结构第二章课后答案数据结构第二章课后答案1. 线性表1.1 数组实现线性表Q1. 请说明线性表的定义，并结合数组实现线性表的特点进行解释。

线性表是由n(n≥0)个数据元素构成的有序序列，其中n表示线性表的长度。

数组实现线性表的特点是使用一组具有相同数据类型的连续存储空间存储线性表中的元素，通过下标访问和操作元素。

A1. 线性表的定义指出，线性表是由若干个数据元素组成的有序序列。

具体地，在数组实现线性表中，我们将元素存储在一组连续的内存空间中，通过下标访问和操作元素。

由于数组的存储空间具有连续性，这样的实现方式可以在O(1)的时间复杂度下进行元素的访问和修改操作。

1.2 链表实现线性表Q2. 请说明链表实现线性表的特点，并与数组实现进行比较。

链表实现线性表的特点是通过指针将线性表中的元素按照节点的形式连接起来，每个节点包含了存储的元素和指向下一个节点的指针。

与数组实现相比，链表的插入和删除操作更为高效，但是访问某个位置的元素需要从头开始遍历，时间复杂度较大。

A2. 链表实现线性表的特点是通过使用节点和指针将线性表中的元素连接起来。

每个节点中包含了一个存储的元素和指向下一个节点的指针。

链表的插入和删除操作的时间复杂度为O(1)，因为只需要改变指针的指向即可。

但是，访问某个位置的元素需要从头开始遍历链表，所以时间复杂度为O(n)。

2. 栈和队列2.1 栈的定义和基本操作Q3. 请给出栈的定义和基本操作。

栈是一种特殊的线性表，它只能在表的一端进行插入和删除操作，该端称为栈顶。

栈的基本操作包括入栈(push)和出栈(pop)，分别用于将元素压入栈和将栈顶元素弹出。

A3. 栈是一种特殊的线性表，它只能在表的一端进行插入和删除操作。

这个特定的一端称为栈顶，而另一端称为栈底。

栈的基本操作包括入栈(push)和出栈(pop)。

入栈操作将一个元素压入栈顶，出栈操作将栈顶元素弹出。

2.2 队列的定义和基本操作Q4. 请给出队列的定义和基本操作。

数据结构各章概要数据结构是计算机科学中非常重要的一个学科，其主要研究各种数据的组织方式和操作方法。

善于运用合适的数据结构可以提高算法的效率，并优化程序的性能。

本文将对数据结构的各个章节进行概要介绍，帮助读者了解不同章节的主要内容和应用。

第一章：引论在引论章节，我们将引入数据结构的基本概念和术语，例如什么是数据、数据项、数据对象等等。

同时，还将介绍数据结构的分类和基本操作，如搜索、遍历、插入、删除和排序。

这些基础知识是后续章节的基础。

第二章：线性表线性表是数据结构中最简单、最基本的一种结构。

其特点是数据元素之间的前驱和后继关系非常明确。

线性表可以用数组和链表两种方式实现。

在本章节中，我们将分别介绍顺序表和链表的实现原理、插入、删除、合并以及应用场景。

第三章：栈和队列栈和队列是两种特殊的线性表结构，它们对数据的访问具有限制性。

栈具有“先进后出”的特点，而队列则具有“先进先出”的特点。

在本章节中，我们将介绍栈和队列的实现方式以及常见的应用场景，如递归、表达式求值、广度优先搜索等。

第四章：串串是由零个或多个字符组成的有限序列，其长度可以为零。

在本章节中，我们将介绍串的定义和操作，包括字符串的模式匹配、模式识别和编辑操作。

串的相关算法在文本处理、计算机网络等领域具有广泛的应用。

第五章：数组和广义表数组是一种在内存中以连续方式存储的数据结构，它具有高效的随机访问特性。

广义表是线性表的一种扩展，可以包含表结构、原子结构以及其他广义表。

本章节将介绍数组和广义表的定义、操作和应用。

第六章：树树是一种非线性的数据结构，具有分层次、递归和层次遍历等特点。

在本章节中，我们将介绍树的基本概念、二叉树、树的遍历算法、平衡树以及树的应用，如编译器中的语法树、文件系统的目录结构等。

第七章：图图是一种复杂的非线性数据结构，由顶点集合和边集合组成。

在本章节中，我们将介绍图的各种表示方式，图的遍历算法、最短路径算法以及常用的图算法，如最小生成树算法和拓扑排序。

数据结构考研笔记整理（全）一、第二章线性表●考纲内容●一、线性表的基本概念●线性表是具有相同数据结构类型的n个数据元素的有限序列；线性表为逻辑结构，实现线性表的存储结构为顺序表或者链表●二、线性表的实现●1、顺序表●定义(静态分配)●#define MaxSize 50 \\ typedef struct{ \\ ElemType data[MaxSize];\\ intlength;\\ }SqList;●定义(动态分配)●#define MaxSize 50\\ typedef strcut{\\ EleType *data; //指示动态非配数组的指针\\ int MaxSize,length;\\ }SqList;●c的动态分配语句为L.data=(ElemType*)malloc(sizeof(ElemType)*InitSize);●c++动态分配语句为L.data=new ElemType[InitSize];●插入操作●删除操作●按值寻找●2、链表●单链表●单链表的定义●●头插法建立单链表●●尾插法建立单链表●●按序号查找getElem(LinkList L,int i)和按值查找locateElem(LinkListL,ElemType e)●插入结点（后插）●p=getElem(L,i-1); //查找插入位置的前驱结点\\ s.next=p.next;\\p.next=s;●将前插操作转化为后插操作,即先将s插入的p的后面然后调换s和p的数据域●s.next=p.next;\\ p.next=s.next;\\ temp=p.data;\\ p.data=s.data;\\s.data=temp;●删除结点●p.getElem(L,i-1);\\ q=p.next;\\ p.next=q.next;\\ free(q);●双链表（结点中有prior指针和next指针）●循环链表●静态链表●借助数组来描述线性表的链式存储结构，结点中的指针域next为下一个元素的数组下标●三、线性表的应用●使用的时候如何选择链表还是顺序表？●表长难以估计，经常需要增加、删除操作——链表;表长可以估计，查询比较多——顺序表●链表的头插法，尾插法，逆置法，归并法，双指针法；顺序表结合排序算法和查找算法的应用●小知识点（选择题）二、第三章栈，队列和数组●考纲内容●一、栈和队列的基本概念●栈：后进先出，LIFO，逻辑结构上是一种操作受限的线性表●队列：先进先出，FIFO，逻辑结构上也是一种操作受限的线性表●二、栈和队列的顺序存储结构●栈的顺序存储●●队列的顺序存储●进队：队不满时，送值到队尾元素，再将队尾指针加一●出队：队不空时，取队头元素值，再将队头指针加一●判断队空：Q.front==Q.rear==0;●循环队列（牺牲一个单元来区分队空和队满，尾指针指向队尾元素的后一个位置，也就是即将要插入的位置）●初始：Q.front==Q.rear●队满：(Q.rear+1)%MaxSize=Q.front●出队，队首指针进1:Q.front=(Q.front+1)%MaxSize●入队，队尾指针进1:Q.rear=(Q.rear+1)%MaxSize●队列长度：(Q.rear+MaxSize-Q.front)%MaxSize●三、栈和队列的链式存储结构●栈的链式存储●●队列的链式存储●实际是上一个同时带有头指针和尾指针的单链表，尾指针指向单链表的最后一个结点，与顺序存储不同,通常带有头结点●四、多维数组的存储●行优先：00，01，02，10，11，12●列优先：00，10，01，11，02，12●五、特殊矩阵的压缩存储●对称矩阵●三角矩阵●三对角矩阵（带状矩阵）●稀疏矩阵●将非零元素及其相应的行和列构成一个三元组存储●十字链表法●六、栈、队列、数组的应用●栈在括号匹配中的应用●栈在递归中的应用●函数在递归调用过程中的特点：最后被调用的函数最先执行结束●队列在层次遍历中的应用●二叉树的层次遍历●1跟结点入队●2若队空，则结束遍历，否则重复3操作●3队列中的第一个结点出队并访问，若有左孩子，则左孩子入队；若有右孩子，则右孩子入队●重点为栈的(出入栈过程、出栈序列的合法性)和队列的操作及其特征●小知识点(选择题)●n个不同元素进栈，出栈元素不同排列的个数为{2n\choose n }/(n+1)●共享栈是指让两个顺序栈共享一个存储空间，将两个栈的栈底分别设置在共享空间的两端，两个栈顶向共享空间的中间延伸，可以更有效的利用存储空间，同时对存储效率没有什么影响●双端队列是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列●输出受限的双端队列：允许两端插入，只允许一端删除●输入受限的双端队列：允许两端删除，只允许一端插入三、第四章串●考纲内容●字符串模式匹配●暴力算法●注意指针回退时的操作是i=i-j+2;j=j+1;●kmp算法●手工求next数组时，next[j]=s的最长相等前后缀长度+1，其中s为1到j-1个字符组成的串●在实际kmp算法中，为了使公式更简洁、计算简单，如果串的位序是从1开始的，则next数组需要整体加一；如果串的位序是从0开始的，则next数组不需要加一●根据next数组求解nextval数组：如果p[j]==p[next[j]]，则nextval[j]=nextval[next[j]]，否则nextval[j]=next[j];●小知识点●串和线性表的区别：1线性表的数据元素可以不同，但串的数据元素一般是字符；2串的操作对象通常是子串而不是某一个字符四、第五章树与二叉树●考纲内容●一、树的基本概念●定义●树是一种递归的数据结构，是一种逻辑结构●树的性质●结点数为n，则边的数量为n-1●树中的结点数等于所有结点的度数之和加1（一个结点的孩子个数称为该结点的度，树中结点的最大度数称为树的度，每一条边表示一个结点，对应一个度，只有根结点上面无边，故结点树=度数之和+1）●度为m的树中第i层至多有m^{i-1}个结点（i\geq1）（m叉树的第i层最多有m^{i-1}个结点）●高度为h的m叉树至多有(m^h-1)/(m-1)个结点（假设每一个结点都有m个孩子，则由等比数列的求和公式可以推导出该式子）●具有n个结点的m叉树的最小高度是\lceil log_m(n(m-1)+1)\rceil（由高度为h的m叉树的最大结点树公式有，n满足式子(m^{h-1}-1)/(m-1) \leq n\leq (m^h-1)/(m-1)）●高度为h的m叉树至少有h个结点；高为h，度为m的树至少有h+m-1个结点（m叉树并不等于度为m的树，m叉树可以为空树，要求所有结点的度小于等于m，而度为m的树一定有一个结点的度数为m）●二、二叉树●二叉树的定义及其主要特征●定义●特点●每个结点至多只有两颗子树●二叉树是有序树，其子树有左右之分，次序不能颠倒，否则将成为另一颗二叉树，即使树中结点只有一颗子树，也要区分他是左子树还是右子树●特殊的二叉树●满二叉树：高度为h，结点数为2^h-1，所有叶子结点都集中在二叉树的最下面一层，除叶子结点外的所有结点度数都为2，从根结点为1开始编号，对于编号为i的结点，其父结点为\lfloor i/2 \rfloor，左孩子(若有)编号为2i，右孩子(若有)编号为2i+1，所以编号为偶数的结点只可能是左孩子，编号为奇数的结点只可能是右孩子●完全二叉树：删除了满二叉树中编号更大的结点，高为h，结点数为n的完全二叉树的每个结点的编号都与高度为h的满二叉树中编号为1到n的结点相同。

第2章线性表典型例题解析一、选择题1．线性表是具有n个（n≥0）的有限序列。

A．表元素B．字符C．数据元素D．数据项【分析】线性表是具有相同数据类型的n（n≥0）个数据元素的有限序列，通常记为(a1,a2,…,a n)，其中n为表长，n=0时称为空表。

【答案】C2．顺序存储结构的优点是。

A．存储密度大B．插入运算方便C．删除运算方便D．可方便地用于各种逻辑结构的存储表示【分析】顺序存储结构是采用一组地址连续的存储单元来依次存放数据元素，数据元素的逻辑顺序和物理次序一致。

因此，其存储密度大。

【答案】A3．带头结点的单链表head为空的判断条件是。

A．head==NULL B．head->next==NULLC．head->next==head D．head!=NULL【分析】链表为空时，头结点的指针域为空。

【答案】B4．若某线性表中最常用的操作是在最后一个元素之后插入一个元素和删除第一个元素，则采用存储方式最节省运算时间。

A．单链表B．仅有头指针的单循环链表C．双链表D．仅有尾指针的单循环链表【分析】根据题意要求，该线性表的存储应能够很方便地找到线性表的第一个元素和最后一个元素，A和B都能很方便地通过头指针找到线性表的第一个元素，却要经过所有元素才能找到最后一个元素；选项C双链表若存为双向循环链表，则能很方便地找到线性表的第一个元素和最后一个元素，但存储效率要低些，插入和删除操作也略微复杂；选项D可通过尾指针直接找到线性表的最后一个元素，通过线性表的最后一个元素的循环指针就能很方便地找到第一个元素。

【答案】D5．若某线性表最常用的操作是存取任一指定序号的元素和在最后进行插入和删除运算，则利用存储方式最节省时间。

A．顺序表B．双链表C．带头结点的双循环链表D．单循环链表【分析】某线性表最常用的操作是存取任一指定序号的元素和在最后进行插入和删除运算。

因此不需要移动线性表种元素的位置。

根据题意要求，该线性表的存储应能够很方便地找到线性表的任一指定序号的元素和最后一个元素，顺序表是由地址连续的向量实现的，因此具有按序号随机访问的特点。

第2章习题答案一、填空1. 【严题集2.2①】在顺序表中插入或删除一个元素，需要平均移动表中一半元素，具体移动的元素个数与表长和该元素在表中的位置有关。

2. 线性表中结点的集合是有限的，结点间的关系是一对一的。

3. 向一个长度为n的向量的第i个元素(1≤i≤n+1)之前插入一个元素时，需向后移动n-i+1 个元素。

4. 向一个长度为n的向量中删除第i个元素(1≤i≤n)时，需向前移动n-i 个元素。

5. 在顺序表中访问任意一结点的时间复杂度均为O(1)，因此，顺序表也称为随机存取的数据结构。

6. 【严题集2.2①】顺序表中逻辑上相邻的元素的物理位置必定相邻。

单链表中逻辑上相邻的元素的物理位置不一定相邻。

7. 【严题集2.2①】在单链表中，除了首元结点外，任一结点的存储位置由其直接前驱结点的链域的值指示。

8．在n个结点的单链表中要删除已知结点*p，需找到它的前驱结点的地址，其时间复杂度为O（n）。

二、判断正误（在正确的说法后面打勾，反之打叉）（×）1. 链表的每个结点中都恰好包含一个指针。

答：错误。

链表中的结点可含多个指针域，分别存放多个指针。

例如，双向链表中的结点可以含有两个指针域，分别存放指向其直接前趋和直接后继结点的指针。

（×）2. 链表的物理存储结构具有同链表一样的顺序。

错，链表的存储结构特点是无序，而链表的示意图有序。

（×）3. 链表的删除算法很简单，因为当删除链中某个结点后，计算机会自动地将后续的各个单元向前移动。

错，链表的结点不会移动，只是指针内容改变。

（×）4. 线性表的每个结点只能是一个简单类型，而链表的每个结点可以是一个复杂类型。

错，混淆了逻辑结构与物理结构，链表也是线性表！且即使是顺序表，也能存放记录型数据。

（×）5. 顺序表结构适宜于进行顺序存取，而链表适宜于进行随机存取。

错，正好说反了。

顺序表才适合随机存取，链表恰恰适于“顺藤摸瓜”（×）6. 顺序存储方式的优点是存储密度大，且插入、删除运算效率高。

数据结构第二章参考答案习题21. 填空题（1）在一个单链表中，已知每个结点包含data和next两个域，q所指结点是p所指结点的直接前驱，若在q和p之间插入s所指结点，则执行（___________）和（___________）操作。

答案：q->next = s; s->next = p; 或 s->next=q->next; q->next = s; （2）表长为n的顺序表，当在任何位置上插入或删除一个元素的概率相等时，插入一个元素所需移动元素的平均个数为（___________），删除一个元素需要移动元素的平均个数为（___________）。

答案：n/2 (n-1)/2（3）表长为0的线性表称为（___________）。

答案：空表（4）动态内存管理是操作系统的基本功能之一，其作用是响应用户程序对内存的（___________）和（___________）请求。

答案：申请释放（5）顺序表多采用（___________）实现的，是一种随机存取结构，对表中任意结点存取操作的时间复杂度为（___________）。

而查找链表中的结节，需要从头指针起顺着链扫描才能得到，平均时间复杂度为（___________）。

因此，若线性表的操作主要是进行查找，很少进行插入或删除操作时，采用（___________）表比较合适。

答案：数组 O(1) O(n) 顺序（6）在链表某个位置上进行插入和删除操作，只需要修改（___________）即可，而无须移动大量元素，操作的时间复杂度为（___________）。

而在顺序表中进行插入和删除操作，往往要移动大量元素，平均移动元素的数目为（___________），平均时间复杂度为（___________）。

因此，若对线性表进行频繁的插入和删除操作时，采用（___________）表相对合适。

若插入和删除主要发生在表头和表尾，则采用（___________）表更为合适。

第二章线性表2.1描述以下三个概念的区别：头指针，头结点，首元结点（第一个元素结点）。

并说明头指针和头结点的作用。

答：头指针是一个指针变量，里面存放的是链表中首结点的地址，并以此来标识一个链表。

如链表H，链表L等，表示链表中第一个结点的地址存放在H、L中。

头结点是附加在第一个元素结点之前的一个结点，头指针指向头结点。

当该链表表示一个非空的线性表时，头结点的指针域指向第一个元素结点，为空表时，该指针域为空。

开始结点指第一个元素结点。

头指针的作用是用来惟一标识一个单链表。

头结点的作用有两个：一是使得对空表和非空表的处理得以统一。

二是使得在链表的第一个位置上的操作和在其他位置上的操作一致，无需特殊处理。

2.2填空题1、在顺序表中插入或删除一个元素，需要平均移动（表中一半）元素，具体移动的元素个数与（表长和该元素在表中的位置）有关。

2、顺序表中逻辑上相邻的元素的物理位置（必定）相邻。

单链表中逻辑上相邻的元素的物理位置（不一定）相邻。

3、在单链表中，除了首元结点外，任一结点的存储位置由（其直接前驱结点的链域的值）指示。

4、在单链表中设置头结点的作用是（插入和删除元素不必进行特殊处理）。

2.3何时选用顺序表、何时选用链表作为线性表的存储结构为宜?答：在实际应用中，应根据具体问题的要求和性质来选择顺序表或链表作为线性表的存储结构，通常有以下几方面的考虑：1.基于空间的考虑。

当要求存储的线性表长度变化不大，易于事先确定其大小时，为了节约存储空间，宜采用顺序表；反之，当线性表长度变化大，难以估计其存储规模时，采用动态链表作为存储结构为好。

2.基于时间的考虑。

若线性表的操作主要是进行查找，很少做插入和删除操作时，采用顺序表做存储结构为宜；反之，若需要对线性表进行频繁地插入或删除等的操作时，宜采用链表做存储结构。

并且，若链表的插入和删除主要发生在表的首尾两端，则采用尾指针表示的单循环链表为宜。

2.10 Status DeleteK(SqList &a,int i,int k)//删除线性表a中第i个元素起的k个元素{if(i<1||k<0||i+k-1>a.length) return INFEASIBLE;for(count=1;i+count-1<=a.length-k;count++) //注意循环结束的条件a.elem[i+count-1]=a.elem[i+count+k-1];a.length-=k;return OK;}//DeleteK2.11设顺序表中的数据元素递增有序，试写一算法，将X插入到顺序表的适当位置上，以保持该表的有序性。

数据结构与算法华东师范大学计算机系杨沛第二章线性表2.1 线性表的基本概念线性表是具有相同数据类型的数据元素的有限序列。

由n（n≥0）个数据元素k0,k1,…,kn-1组成的线性表记为（k0 ,k1 ,…,kn-1），线性表中包含的数据元素的个数n称为线性表的长度（length），称长度为零的线性表为空的线性表（简称为空表）。

相关概念：表头、表尾、前驱、后继有序线性表：数据元素的相对位置与它们的值有联系。

无序线性表：数据元素的相对位置与它们的值没有联系。

第二章线性表例小于20的质数组成的线性表(2,3,5,7,11,13, 17,19)；英文字母表也是线性表，表中每个字母是一个数据元素：(A,B,C,……,Z)；2.2 顺序表2.2.1 线性表顺序表（sequential list）就是顺序存贮的线性表，即用一组连续的存贮单元依次、连续地存贮线性表中的结点。

如果每个结点占用s个存贮单元，并假设存放结点ki（0≤i≤n-1）的开始地址为loc(k0)，则结点ki的地址loc(ki)可表示成Loc(ki) =loc(k0) + i*s。

2.2 顺序表在C 语言中，可用数组表示线性表：#define MAXN 100int list[MAXN];int n;线性表的结点k 0,k 1,…,k n-1依次存放在数组单元list[0]，list[1]，…，list[n-1]。

2.2.1 线性表最大表长实际表长线性表2.2 顺序表2.2.1 线性表假设s=sizeof(int)，则可得到计算ki的地址的公式，因loc(ki)=&list[i]，而&list[i]=&list[0]+i·s，故loc(ki)=&list[0]+i·s。

2.2 顺序表2.2.2 顺序表的操作（1）初始化：初始长度置为0即可（n=0;），数组空间在编译时分配。

（2)顺序表的插入：插入算法的C函数SqListInsert()：若插入位置i不在可以插入的位置上，即i＜0或i>n，则返回0；若n=MAXN，即线性表已满，此时数组list[]没有多余的存贮单元可以存放新结点，则返回-1；若插入成功，则返回12.2 顺序表实际表长（2）顺序表的插入：int SqListInsert(int list[],int*p_n,int i,int x) {int j;if(i<0||i>*p_n）return(0);//i不是合法的插入位置if(*p_len==MAXN)return(-1);//线性表已满2.2 顺序表for(j=*p_n;j>i;j--)list[j]=list[j-1];//结点右移list[i]=x;(*p_n)++;//表长加1return(1);｝2.2 顺序表（2）顺序表的插入：对于存放在数组list[]中的、具有n个结点的顺序表，为了把值为x的结点插在表的位置i（0≤i≤n）上，可调用如下的语句：k=SqListInsert(list, &n, i, x);注：结点移动是本算法的关键操作2.2 顺序表（3）顺序表的删除：删除算法的C函数SqListDelete()：在具有n个结点的顺序表中，删除第i（0≤i≤n-1）个位置上的结点，使线性表长度减1，若删除位置不合法，即i＜0或i≥n，则返回0；若删除位置合法，即0≤i≤n-1，则删除成功，返回1。