数据结构（C语言版）(第3版) PDF下载

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本书的特色是深入浅出，注重基本理论、基本知识和基本技能，每一章的开头都配有本章要点和本章学习目标，且思想性、科学性、启发性贯穿于所有章节。它的教学要求是：让学生学会分析和研究计算机加工的数据结构的特性，为应用的数据选择恰当的逻辑结构、存储结构及相应的算法，并初步掌握算法的时间分析和空间分析技术，在学习中训练程序设计的能力。内容中配有大量的例题和详尽的注释，末尾处都配有本章小结，并配置了大量的不同类型的习题。书中自始至终使用C语言来描述算法和数据结构，各章的程序都在C-Free 4.0或Visual C 6.0中调试通过，以方便读者在计算机上进行实践，有助于理解算法的实质和基本思想。；

内容简介

本书是为“数据结构”课程编写的教材，也可以作为学习数据结构及其算法的C语言程序设计的参考书。书中系统介绍各种常用的数据结构及它们的存储表示，讨论了基于这些数据结构的基本操作和实际的执行算法，并阐述了各种常用数据结构内涵的逻辑关系。全书共分为9章。第1章为概论，引入数据结构与算法的一些基本概念，是全书的综述；第2~7章分别介绍线性表、栈、队列、串、多维数组、广义表、树、二叉树和图等几种基本的数据结构；第8章和第9章分别介绍查找和排序，它们都是数据处理时广泛使用的技术。书中既体现了抽象数据类型的观点，又对每个算法的具体实现给出了完整的C语言源代码描述。本书的特色是深入浅出，既注重理论又重视实践，使用算法设计实例的教学方式来组织内容，重点明确、结构合理。全书配有大量的例题和详尽的注释，各章都有小结和不同类型的习题。书中自始至终使用C语言来描述算法和数据结构，全部程序都在CFree 3.5或Visual C 6.0中调试通过。本书可作为普通高等学校计算机及相关专业本科生的教材，也可作为专科和成人教育的教材，还可供从事计算机应用的科技人员参考。与本书配套的《数据结构实验教程(C语言版)》也将由清华大学出版社出版。

作者简介

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目录



第1章概论

1.1什么是数据结构

1.1.1数据和数据元素

1.1.2数据类型与数据对象

1.1.3数据结构

1.2为什么要学习数据结构

1.2.1学习数据结构的重要性

1.2.2数据结构的应用举例

1.3算法和算法分析

1.3.1算法的概念

1.3.2算法的描述和设计

1.3.3算法分析

本章小结

习题1

第2章线性表

2.1线性表的基本概念

2.1.1线性表的定义

2.1.2线性表的基本操作

2.2线性表的顺序存储

2.2.1顺序表

2.2.2顺序表的基本操作

2.2.3一个完整的例子（1）

2.3线性表的链式存储

2.3.1单链表的基本概念

2.3.2单链表的基本操作

2.3.3一个完整的例子（2）

2.3.4循环链表

2.3.5双向链表

2.3.6双向循环链表

2.3.7静态链表

2.4线性表顺序存储与链式存储的比较

2.5线性表的应用

2.5.1约瑟夫问题

2.5.2多项式加法

2.5.3电文加密

本章小结

习题2










第3章栈和队列

3.1栈

3.1.1栈的定义与基本操作

3.1.2顺序栈的存储结构和操作的实现

3.1.3链栈的存储结构和操作的实现

3.2栈的应用

3.2.1数制转换

3.2.2括号匹配问题

3.2.3子程序的调用

3.2.4利用一个顺序栈逆置一个带头结点的单链表

3.3队列

3.3.1队列的定义与基本操作

3.3.2链队列的存储结构和操作的实现

3.3.3顺序队列的存储结构和操作的实现

3.4队列的应用

3.4.1打印杨辉三角形

3.4.2迷宫问题： 寻找一条从迷宫入口到出口的最短路径

3.5递归

3.5.1递归的定义与实现

3.5.2递归消除

本章小结

习题3

第4章串

4.1串的定义和基本操作

4.1.1串的定义

4.1.2串的基本操作

4.2串的表示和实现

4.2.1串的定长顺序存储

4.2.2串的堆存储结构

4.2.3串的块链存储结构

4.3串的模式匹配算法

4.3.1基本的模式匹配算法

4.3.2模式匹配的改进算法——KMP算法

本章小结

习题4

第5章多维数组和广义表

5.1多维数组

5.1.1多维数组的定义

5.1.2数组的存储结构

5.2矩阵的压缩存储

5.2.1特殊矩阵

5.2.2稀疏矩阵

5.3广义表

本章小结

习题5

第6章树和二叉树

6.1树的概念与基本操作

6.1.1树的定义

6.1.2树的一些基本概念

6.1.3树的基本操作

6.2二叉树

6.2.1二叉树的定义和基本操作

6.2.2二叉树的性质

6.2.3二叉树的存储结构

6.3二叉树的遍历与线索化

6.3.1二叉树的遍历

6.3.2线索二叉树

6.3.3基于遍历的应用与线索二叉树的应用

6.4树和森林

6.4.1树的存储结构

6.4.2树、森林和二叉树之间的转换

6.4.3树和森林的遍历

6.5哈夫曼树及其应用

6.5.1与哈夫曼树相关的基本概念

6.5.2哈夫曼树的应用

6.5.3哈夫曼编码算法的实现

*6.6树的计数

本章小结

习题6

第7章图

7.1基本概念

7.1.1图的定义

7.1.2图的相关术语

7.2图的存储结构

7.2.1邻接矩阵表示法

7.2.2邻接表表示法

7.3图的遍历

7.3.1深度优先搜索法

7.3.2广度优先搜索法

7.3.3非连通图的遍历

7.4生成树与最小生成树

7.4.1生成树的概念

7.4.2构造最小生成树的普里姆算法

7.4.3构造最小生成树的克鲁斯卡尔算法

7.5最短路径

7.5.1从某个源点到其余各顶点的最短路径

7.5.2每一对顶点之间的最短路径

7.6拓扑排序

7.7关键路径

本章小结

习题7

第8章查找

8.1查找的基本概念

8.2线性表的查找

8.2.1顺序查找

8.2.2二分查找

8.2.3分块查找

8.3树表的查找

8.3.1二叉排序树

*8.3.2B-树

*8.3.3B-树上的基本运算

8.4散列表的查找

8.4.1散列表的概念

8.4.2散列函数的构造方法

8.4.3处理冲突的方法

8.4.4散列表上的运算

本章小结

习题8

第9章排序

9.1排序的基本概念

9.1.1关键字与排序

9.1.2排序的稳定性

9.1.3排序方法的分类

9.1.4排序算法性能评价

9.1.5不同存储方式的排序过程

9.2插入排序

9.2.1直接插入排序

9.2.2希尔排序

9.3交换排序

9.3.1冒泡排序

9.3.2快速排序

9.4选择排序

9.4.1直接选择排序

9.4.2堆排序

9.5归并排序

9.6基数排序

9.6.1多关键字的排序

9.6.2链式基数排序

9.7内部排序算法比较

9.8外部排序简介

本章小结

习题9

参考文献

前沿

前言

在社会信息化的今天，计算机及物联网给人类社会、人们的生活和学习等方面带来了巨大的影响，社会对信息技术型人才的需求量越来越大，而信息技术型人才的培养又是高等学校人才培养的重要组成部分，本书就是基于培养信息化人才的需要而编写的。
“数据结构”是计算机科学的算法理论基础和软件设计的技术基础，主要研究信息的逻辑结构及其基本操作在计算机中的表示和实现。因此，“数据结构”不仅是计算机专业的一门核心课程，也是其他理工科专业的热门选修课。学会分析研究计算机加工的数据对象的特性，能够选择合适的数据结构、存储结构和相应的算法并加以实现，是计算机工作者和其他科技工作者不可缺少的知识和能力。
“数据结构”课程内容抽象，知识丰富，隐藏在各章节内容中的方法和技术多。编者长期从事“数据结构”课程的教学，对课程的教学特点和知识的难点有比较深切的体会。在本书中，编者对多年来形成的“数据结构”课程的教学内容进行了合理的剪裁和重组，既强调数据结构的原理和方法，又特别注重其实践性与实用性。
本书介绍了各种常用的数据结构和它们在计算机中的存储表示，讨论了在这些数据结构上的基本运算（操作）和实际的执行算法，简要介绍了算法的时间分析和空间分析的技巧，并阐述了各种常用数据结构内涵的逻辑关系。
本书共分9章。第1章为概论；第2~4章分别介绍线性表、栈、队列和串等几种基本的数据结构，它们都属于线性结构；第5~7章分别介绍多维数组、广义表、树和图等非线性结构；第8章和第9章分别介绍查找和排序，它们都是数据处理中需要广泛使用的技术。
本书的特色是深入浅出，注重基本理论、基本知识和基本技能，每一章的开头都配有本章要点和本章学习目标，且思想性、科学性、启发性贯穿所有章节。它的教学要求是：让学生学会分析和研究计算机加工的数据结构的特性，为应用的数据选择恰当的逻辑结构、存储结构及相应的算法，并初步掌握算法的时间分析和空间分析技术，在学习中提高程序设计的能力。书中配有大量的例题和详尽的注释，每一章的末尾处都有本章小结和不同类型的习题。书中自始至终使用C语言来描述算法和数据结构，各章的程序都在CFree 4.0或Visual C 6.0中调试通过，以方便读者在计算机上进行实践，有助于理解算法的实质和基本思想。

本书可作为计算机专业本科学生的教材，其内容可以讲授一个学期。将本书用作其他相关专业本科生教材、计算机专业专科生教材或成人教育的教材时，建议授课教师根据实际情况适当删减教材内容（带“*”部分）。在教学过程中，除了理论教学以外，上机实践也是一个不可缺少的环节，与本书配套的《数据结构实验教程（C语言版）》也将由清华大学出版社出版。
另外，本书也可供从事计算机应用等工作的工程技术人员参考，读者只需掌握C语言编程的基本技术就可以学习本书。
本书在2013年第2版的基础上修订而成。
由于编者水平有限，书中难免存在一些不足之处，殷切希望广大读者批评指正。

编者
2018年5月

免费在线读

第3章
栈和队列

本章要点
 栈
 栈的应用举例
 队列
 队列的应用举例
本章学习目标
 理解栈的定义及其基本运算
 掌握顺序栈和链栈的各种操作实现
 理解队列的定义及其基本运算
 掌握循环队列和链队列的各种操作实现
 学会利用栈和队列解决一些问题
3.1栈
栈和队列是在程序设计中广泛使用的两种重要的数据结构。由于从数据结构角度看，栈和队列是操作受限的线性表，因此，也可以将它们称为限定性的线性表结构。
3.1.1栈的定义与基本操作
在日常生活中，我们会发现有许多这样的趣事。例如，把许多书籍依次放进一个大小相当的箱子中，当我们在取书时，就得先把后放进里面的书取走，才能拿到先放入的被压在最底层的书；又如一叠洗净的盘子，洗的时候总是将盘子逐个叠放在已洗好的盘子上面，而用的时候则是从上往下逐个取用，即后洗好的盘子比先洗好的盘子先被使用。这种后进先出的结构称为栈。
1. 栈的定义
栈(stack)是一种仅允许在一端进行插入和删除运算的线性表。栈中允许进行插入和删除的那一端，称为栈顶(top)。栈顶的第1个元素称为栈顶元素。栈中不可以进行插入和删除的那一端（线性表的表头），称为栈底(bottom)。在一个栈中插入新元素，即把新元素放到当前栈顶元素的上面，使其成为新的栈顶元素，这一操作称为进栈、入栈或压栈（push）。从一个栈中删除一个元素，即把栈顶元素删除掉，使其下面的元素成为新的栈顶元素，称为出栈或退栈（pop）。例如，在栈S=（a1，a2，…，an）中，a1称为栈底元素，an称为栈顶元素。进栈顺序为a1，a2，…，an，如图3.1(a)所示，而出栈顺序为an，an-1，…，a2，a1。

注意：由于栈的插入和删除操作只能在栈顶一端进行，后进栈的元素必定先出栈，所以栈又称为后进先出(Last In First Out)的线性表(简称为LIFO结构)。它的这个特点可用图3.1(b)所示的铁路调度站形象地表示。

图3.1栈的图示

思考： ① 栈是什么？它与一般线性表有何不同？
② 一个栈的输入序列是12345，若在入栈的过程中允许出栈，则栈的输出序列43512有可能实现吗？12345的输出呢？
讨论：有无通用的判别原则？
有！若输入序列是…,Pj，…，Pk，…，Pi，…(Pj

2. 栈的基本操作

定义在栈上的基本操作有：

（1） InitStack(S)：构造一个空栈S。

（2） ClearStack(S)：清除栈S中的所有元素。

（3） StackEmpty(S)：判断栈S是否为空，若为空，则返回true；否则返回false。

（4） GetTop(S)：返回S的栈顶元素，但不移动栈顶指针。

（5） Push(S, x)：插入元素x作为新的栈顶元素（入栈操作）。

（6） Pop(S)：删除S的栈顶元素并返回其值（出栈操作）。

由于栈是运算受限的线性表，因此线性表的存储结构对栈也同样适用。与线性表相似，栈也有两种存储表示方法，即顺序存储和链式存储两种结构。顺序存储的栈称为顺序栈，链式存储的栈称为链栈。

3.1.2顺序栈的存储结构和操作的实现

1. 顺序栈存储结构的定义

顺序栈利用一组地址连续的存储单元依次存放从栈底到栈顶的数据元素。在C语言中，可以用一维数组描述顺序栈中数据元素的存储区域，并预设一个数组的最大空间。栈底设置在0下标端，栈顶随着插入和删除元素而变化，即入栈的动作使地址向上增长（称为“向上增长”的栈），可用一个整型变量top来指示栈顶的位置。为此，顺序栈存储结构的描述如下：

#define Maxsize 100/*设顺序栈的最大长度为100，可依实现情况而修改*/

typedef int datatype；

typedef struct

{

datatype stack［Maxsize］；

int top； /*栈顶指针*/

}SeqStack； /*顺序栈类型定义*/

SeqStack *S； /*S为顺序栈类型变量的指针*/

由于C语言中数组下标是从0开始的，即S>；stack［0］是栈底元素，而栈顶指针S>；top是正向增长的，即进栈时栈顶指针S>；top加1，然后把新元素放在top所指的空单元内，退栈时S>；top减1，因此S>；top等于-1（或S>；top小于0）表示栈空，S>；top等于maxsize-1表示栈满。由此可知，对顺序栈进行插入和删除运算相当于是在顺序表的表尾进行的，其时间复杂度为O(1)。一个栈的几种状态以及在这些状态下栈顶指针top和栈中元素之间的关系如图3.2所示。

图3.2栈顶指针和栈中元素之间的关系

通过分析，我们可以得出以下结论：

（1）若top=-1，则表示栈空。

如果使栈顶指针top指向待入栈元素的位置，则入栈、出栈时，top应该如何变化？栈空、栈满的条件又是什么？

（2）若top=maxsize-1，则表示栈满。

如果使栈顶指针top指向待入栈元素的位置，则入栈、出栈时，top应该如何变化？栈空、栈满的条件又是什么？

2. 顺序栈的基本操作

由于顺序栈的插入和删除只在栈顶进行，因此顺序栈的基本操作比顺序表简单得多。值得一提的是：在做入栈操作前，首先要判定栈是否满；在做出栈操作前，又得先判定栈是否空。

1）构造一个空栈

SeqStack *InitStack()

{ SeqStack *S；

S=(SeqStack *)malloc(sizeof(SeqStack))；

if(!S)

{printf("空间不足")；

return NULL；}

else

{S->；top=-1；

return S；}

}

2）取栈顶元素

datatype GetTop(SeqStack *S)

{if (S->；top==-1)

{printf("＼n栈是空的!")；

return FALSE；}

else

return S->；stack［S->；top］；

；}

3）入栈

SeqStack *Push(SeqStack *S，datatype x)

{if(S->；top==Maxsize-1)

{printf("＼n栈是满的!")；

return NULL； }

else

{ S->；top ；

S->；stack［S->；top］=x；

return s；}

；}