计算机软件基础知识

1计算机软件基础知识软件基础算法算法的基本概念٭算法：是一组有穷指令集，是解题方案的准确而完整的描述。通俗地说，算法就是计算机解题的过程。算法不等于程序，也不等于计算方法，程序的编制不可能优于算法的设计。٭算法的基本特征：是一组严谨地定义运算顺序的规则，每一个规则都是有效的，是明确的，此顺序将在有限的次数下终止。算法不等于程序，程序不可能优于算法。٭基本特性▪可行性：根据实际问题设计的算法，执行得到满意结果▪确定性：每一步骤必须有明确定义，不允许有多义性。▪有穷性：算法必须能在有限的时间内做完。▪输入和输出：拥有足够的情报，方可执行。算法的基本要素٭1.对数据对象的运算和操作▪算术运算：＋、－、×、÷等▪逻辑运算：、、＝、=、=、!=等▪关系运算：and、or、not等▪数据传输：w、r等٭2.算法的控制结构▪算法中各操作之间的执行顺序▪描述算法的工具通常有传统流程图、N-S结构化流程图、算法描述语言等▪算法可以用顺序、选择、循环三种基本机构组合而成。算法基本设计方法（1）列举法：根据问题，列举所有可能的情况，并用问题中给定的条件检验哪些是需要的，哪些是不需要的。（2）归纳法：通过列举少量的特殊情况，经过分析，最后找出一般的关系。（3）递推：是指从已知的初始条件出发，逐次推出所要求的各中间结果和最后结果。（4）递归：将问题逐层分解的过程。（5）减半递推技术：“减半”，是指将问题规模减半，而问题性质不变；“递推”，是指重复“减半”过程。（6）回溯法：分析问题，找出一个解决总线索，然后沿着这个线索逐步试探。算法效率度量——算法的复杂度算法的复杂度：时间复杂度、空间复杂度٭算法的时间复杂度▪算法时间复杂度是指执行算法所需要的计算工作量。▪工作量用算法所执行的基本运算次数来度量，而算法所执行的基本运算次数是问题规模的函数，即算法的工作量=f(n)٭算法空间复杂度▪算法空间复杂度是指执行这个算法所需要的内存空间。▪存储空间包括：①算法程序所占的空间、②输入数据所占的空间、③算法执行过程中所需要的额外空间数据结构基本概念能输入到计算机中并能被计算机程序处理的符号的集合。整数(1,2)、实数(1.1,1.2)字符串(Beijing)、图形、声音。数据结构是一门研究数据组织、存储和运算的一般方法的学科。数据结构基本概念计算机管理图书问题图书馆里有各种卡片：有按书名编排的、有按作者编排的、有按分类编排。如何将查询图书的这些信息存入计算机中既要考虑查询时间短，又要考虑节省空间数据结构是一门研究数据组织、存储和运算的一般方法的学科。数据结构基本概念最简单的办法之一是建立一张表，每一本书的信息在表中占一行，如数据结构是一门研究数据组织、存储和运算的一般方法的学科。数据结构基本概念如何将0,1,2,3,4,5,6,7,8,9这10个数存放在计算机中能最快地达到你所需要的目的？目的不同，最佳的存储方方法就不同。从大到小排列：9,8,7,6,5,4,3,2,1,0输出偶数：0,2,4,6,8,1,3,5,7,9数据元素在计算机中的表示数据结构是一门研究数据组织、存储和运算的一般方法的学科。数据结构基本概念对数据结构中的节点进行操作处理(插入、删除、修改、查找、排序)数据结构是一门研究数据组织、存储和运算的一般方法的学科。数据结构研究的主要内容数据结构主要研究以下三个方面的问题：٭数据的逻辑结构：数据集合中各元素的信息，及元素之间所固有的逻辑关系（前后件关系）٭数据的存储结构：各数据元素在计算机中的存储关系٭对各种数据结构进行的运算主要目的是为了提高数据的效率。所谓提高数据处理的效率，主要包括两个方面：一是提高数据处理的速度，二是尽量节省在数据处理过程中所占用的计算机存储空间。数据结构类型1．数据的逻辑结构2、数据的存储结构3、数据的运算：检索、排序、插入、删除、修改等。A．线性结构B．非线性结构A顺序存储B链式存储线性表栈队树形结构图形结构数据结构的三个方面线性结构和非线性结构线性结构条件（1）有且只有一个根结点；（2）每一个结点最多有一个前件，也最多有一个后件。（3）首节点无前件，尾节点无后件。非线性结构：不满足线性结构条件的数据结构注意：在一个线性结构中插入或删除任何一个节点后还应是线性结构；否则，不能称为线性结构。学生成绩表86胡孝臣986110395刘忠赏9861107100张卓9861109成绩姓名学号树形结构全校学生档案管理的树形结构的组织方式非线性结构树形结构树形结构ABCDEFGH树形结构—结点间具有分层次的连接关系HBCDEFGA图形结构图形结构：节点间的连接任意1423D={1,2,3,4}R={(1,2),(1,3),(1,4),(2,3)(3,4),(2,4)}无向图213D={1,2,3}R={(1,2),(2,3),(3,2),(1,3)}有向图顺序存储与链式存储Lo+（n-1)*m元素n……..元素i……..元素2元素1LoLo+mLo+(i-1)*m存储地址存储内容Loc(a)=Lo+（i-1)*m每个元素所占用的存储单元个数顺序存储٭常用于线性数据结构，将逻辑上相邻的数据元素存储在物理上相邻的存储单元里。三个弱点٭插入或删除操作时，需移动大量元数。٭长度变化较大时，需按最大空间分配。٭表的容量难以扩充顺序存储与链式存储1346元素31536…….……..…….1536元素21400…….……..…….∧元素413461400元素11345指针存储内容存储地址1536元素21400元素11346元素3∧元素4head1345链式存储的地址映射表栈和队列栈和队列是两种运算时要受到某些特殊限制的线性表，故也称为限定性的数据结构。栈：限定只能在表的一端进行插入和删除的特殊的线性表,此种结构称为后进先出。设栈s=（a1，a2，…,ai，…，an）其中a1是栈底元素，an是栈顶元素。栈顶（top)：允许插入和删除的一端；约定top始终指向新数据元素将存放的位置。栈底（bottom):不允许插入和删除的一端。a1a2….an进栈出栈栈顶栈底栈和队列队列的主要运算设置一个空队列；插入一个新的队尾（rear）元素，称为进队；删除队头（front）元素，称为出队；读取队头元素；a1,a2,a3,a4,…………an-1,an队头队尾队列：限定只能在表的一端进行插入，在表的另一端进行删除的线性表。此种结构称为先进先出（FIFO）表。栈和队列3210(a)rear=front=0(队空）e3e4(c)(c)e1,e2出队，e4入队rear=4fronte1e2e3(b)rearfront(b)e1,e2,e3入队队列的主要运算队空时，令rear=front=0;元素个数＝rear-front当有新元素入队时，尾指针加1，当有元素出队时，头指针加1。故在非空队列中，头指针始终指向队头元素前一个位置，而尾指针始终指向队尾元素的位置栈和队列计算循环队列长度：①front=rear，队列长度＝0；②frontrear，队列长度＝rear-front；③frontrear，队列长度＝rear+size-fronta1,a2,a3,a4,…………an-1,an队头队尾循环队列：首尾相接的队列，逻辑上形成一个环状。树与二叉树树的定义：由一个或多个结点组成的有限集合。仅有一个根结点，结点间有明显的层次结构关系。ACGT2DHIT3JMBELKT1F现实世界中，能用树的结构表示：学校的行政关系、书的层次结构、人类的家族血缘关系等。树与二叉树树的基本概念：结点（Node）：树中的元素结点的度（Degree）：结点拥有的子树数。结点的层次：从根结点开始算起，根为第一层。叶子（Leaf）：度为零的结点，也称端结点。孩子（Child）：结点子树的根称为该结点的孩子结点。兄弟（Sibling）：同一双亲的孩子。双亲（Parent）：孩子结点的上层结点，称为其的双亲。深度（Depth)：树中结点的最大层次数。森林（Forest）：M棵互不相交的树的集合。ACGT2DHIT3JMBELKT1F树与二叉树二叉树（BinaryTree）的定义二叉树的五种基本形态二叉树一种特殊的树型结构，特点是树中每个结点只有两棵子树，且子树有左右之分，次序不能颠倒。空二叉树仅有根结点右子树为空左子树为空左右子树均非空因为树的每个结点的度不同，存储困难，使对树的处理算法很复杂。所以引出二叉树的理论。满二叉树423167891011121314155特点：所有分支结点都存在左右子树，且所有叶子结点都在同一层上。完全二叉树423167891011125非完全二叉树423167891011125完全二叉树特点：除最后一层外，每一层都取最大结点数，最后一层结点都集中在该层最左边的若干位置。二叉树的基本性质A、二叉树的第i层上至多有2i-1（i1）个结点。B、深度为h的二叉树中至多含有2h-1个结点。C、若在任意一棵二叉树中，有n0个叶子结点（度为0），有n2个度为2的结点，则：n0=n2+1D、具有n个结点的完全二叉树的深度为[log2n]+1，其中[log2n]表示log2n的整数部分。423167891011121314155第三层(i=3)，有23-1=4个节点深度h=4，共有24-1=15个节点n0=8,n2=7,n0=n2+115个节点，深度=[log215]+1=4二叉树的遍历遍历是指按某条搜索路线寻访树中每个结点，且每个结点只被访问一次。按先左后右的原则，一般使用三种遍历：先序遍历(DLR):访问根结点，按先序遍历左子树，按先序遍历右子树。中序遍历(LDR):按中序遍历左子树，访问根结点，按中序遍历右子树。后序遍历(LRD):按后序遍历左子树，按后序遍历右子树，访问根结点。二叉树为空时，执行空操作，即空二叉树已遍历完。二叉树的遍历先序遍历：DLR中序遍历：LDR后序遍历：LRDADBCT1T2T3DLRADLRDLRBDCDLR以先序遍历DLR为例演示遍历过程ABDCBDACDBCA软件工程基本概念软件的定义软件(software)是计算机系统中与硬件(hardware)相互依存的另一部分。软件包括三个部分：程序(program)、相关数据(data)、说明文档(document)。软件的特点软件是一种逻辑实体，不是物理实体，具有抽象性。软件没有明显的制造过程。软件在使用过程中，没有磨损、老化问题软件依赖与硬件和环境，导致了移植问题软件是复杂的，而且以后会更复杂软件的成本相当昂贵软件工作牵涉到很多社会因素软件工程基本概念软件危机早期的软件主要指程序，采用个体工作方式，缺少相关文档，质量低，维护困难，这些问题称为“软件危机”，软件工程概念的出现源自于软件危机。软件工程软件工程是指应用计算机科学、数学及管理科学等原理，以工程化的原则和方法来解决软件问题的工程。其目的是提高软件生产率、提高软件质量、降低软件成本。软件工程基本目标在给定成本、进度的前提下，开发出具有有效性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可适应性、可移植性、可追踪性和可互操作性且满足用户需求的产品。结构化分析方法结构化分析方法结构化程序设计理论在软件需求分析阶段的运用，其目的是帮助弄清用户对软件的需求。常用工具数据流图、数据字典、判定树、判定表开发策略自顶向下，逐层分解结构化分析方法数据流图(DFD)：以图形的方式描绘数据在系统中流动和处理的过程，它反映了系统必须完成的逻辑功能，是结构化分析方法中用于表示系统逻辑模型的一种工具。加工存储文件源、潭数据流٭加工（转换）：输入数据经加工变换产生输出。٭数据流：沿箭头方向传送数据的通道，旁边标注数据流名。٭存储文件（数据源）：表示处理过程中存放各种数据的文件。٭源、潭：表示系统和环境的接口，属系统之外的实体。结构化分析方法数据字典(DD)：对所有与系统相关的数据元素的一个有组织的列表，其作用是对数据流图中出现的被命名的图形元素的确切解释。数据字典常包括5个部分：数据项、数据结构、数据流、数据存储、数据处