第一章 数据结构与算法 1.1 算法 算法:是元素之间的逻辑关系是由指针域来确定的. 心研制的 SIMULA 语言 以 为标志. 面向它直接支持系统 功能建模. 数据字典:对所指解题方案的准确而完整的描述. 算法不等链式存储方式即可用于表示线性结构,也可对象方法的优点: (1)与人类习惯的思维方法有与系统相关的数据元素的一个有组织的于程序,也不等计算机方法,程序的编制不可用于表示非线性结构. 线性链表, HEAD 称一致; (2)稳定性好; (3)可重用性好; (4)易于列表,以及精确的,严格的定义, 使得用户和能优于算法的设计. 算法的基本特征:是一为头指针, HEAD=NULL (或 0) 称为空表, 开发大型软件产品; (5)可维护性好. 对象是系统分析员对于输入,输出,存储成分和中间组严谨地定义运算顺序的规则,每一个规则如果是两指针: 左指针 (Llink) 指向前件结面向对象方法中最基本的概念, 可以用来表计算结果有共同的理解. 判定树:从问题定都是有效的,是明确的, 此顺序将在有限的点,右指针(Rlink)指向后件结点. 线性链表示客观世界中的任何实体, 对象是实体的 义的文字描述中分清哪些是判定的条件,哪次数下终止.特征包括: (1)可行性; (2)确定性,的基本运算:查找,插入,删除. 1.6 树与二叉抽象. 面向对象的程序设计方法中的对象是些是判定的结论,根据描述材 料中的连接词算法中每一步骤都必须有明确定义,不充许树 树是一种简单的非线性结构,所有元素之系统中用来描述客观事物的一个实体, 是构找出判定条件之间的从属关系,并列关系,选有模棱两可的解释,不允许有多 义性; (3)有间具有明显的层次特性. 在树结构中,每一成系统的一 个基本单位,由一组表示其静态择关系,根据它们构造判定树. 判定表:与判穷性,算法必须能在有限的时间内做完,即能个结点只有一个前件,称为父结点,没有前件特征的属性和它可执行的一组操作组成. 属定树相似,当数据流图中的加工要依赖于多在执行有限个步骤后终止,包括合理 的执行的结点只有一个,称为树的 根结点,简称树性即对象所包含的信息,操作描述了对象执个逻辑条件的取值,即完成该加工 的一组动时间的含义; (4)拥有足够的情报. 算法的基的根.每一个结点可以有多个后件,称为该结行的功能,操作也称为方法或服务. 对象的作是由于某一组条件取值的组合而引发的,本要素:一是对数据对象的运算和操作;二是点的子结点.没有后件的结点 称为叶子结点.基本特点: (1)标识惟一性; (2)分类性; (3)多使用判定表描述比较适宜. 数据字典是结构算法的控制结构. 指令系统:一个计算机系在树结构中,一个结点所拥有的后件的个数态性; (4)封装性; (5)模块独立 性好.类是指化分析的核心. 软件需求规格说明书的特点: 统能执行的所有指令的集合. 基本运算包括:称为该结点的度,所有结点中最 大的度称为具有共同属性,共同方法的对象的集合.所以(1)正确性; (2)无岐义性; (3)完整性; (4)可验算术运算,逻辑运算,关系运算,数据传输. 算树的度.树的最大层次称为树的深度.二叉树类是对象的抽象,对象是对应类 的一个实例.证性; (5)一致性; (6)可理解性; (7)可追踪性. 法的控制结构:顺序结构,选择结构,循环结构. 的特点: (1)非空二叉树只有一个 根结点; (2)消息是一个实例与另一个实例之间传递的3.3 结构化设计方法 软件设计的基本目标算法基本设计方法:列举法,归纳法,递推,递每一个结点最多有两棵子树,且分别称为该信息.消息的组成包括(1)接收消 息的对象是用比较抽象概括的方式确定目标系统如归,减斗递推技术,回溯法. 算法复杂度: 算结点的左子树与右子树.二叉树的 基本性质: 的名称; (2)消息标识符,也称消息名; (3)零个何完成预定的任务, 软件设计 是确定系统法时间复杂度和算法空间复杂度. 算法时间(1)在二叉树的第 k 层上,最多有 2k-1(k≥1)或多个参数. 继承是指能够直接获得已有的的物理模型. 软件设计是开发阶段最重要的复杂度是指执行算法所需要的计 算工作量.个结点; (2)深度为 m 的二叉树最 多有 性质和特征, 而不必重复定义他们. 继承分步骤, 是将需求准确地转化为完整的 软件算法空间复杂度是指执行这个算法所需要2m-1 个结点; (3)度为 0 的结点(即叶子结单继承和多重继承. 单继承指一个类只允许产品或系统的唯一途径. 从技术观点来看,的内存空间.1.2 数据结构的基本基本 概念 点)总是比度为 2 的结点多一个; (4) 具有 有一个父类, 多重继承指一个类允许有多个软件设计包括软件结构设计,数据设计,接口数据结构研究的三个方面: (1)数据集合中各n 个结点的二叉树, 其深度至少为父类. 多态性是指同样的 消息被不同的对设计,过程设计.结构设计: 定义软件系统各数据元素之间所固有的逻辑关系,即数据的[log2n]+1,其中[log2n]表示取 log2n 的整数象接受时可导致完全不同的行动的现象 第主要部件之间的关系. 数据设计:将分析时逻辑结构; (2)在对数据进行处理时,各数据部分; (5)具有 n 个结点的完全二叉树的深三章软件工程基础 3.1 软件工程基本概创建的模型转化为数据结构的定义. 接口设元素在计算机中的存储关系,即数据的存储度为[log2n]+1; (6)设完全二叉树共有 n 个念 计算机软件是包括程序,数据及相关文档计:描述软件内部,软件和协作系统之间以及结构; (3)对各种数据结构进行的运算. 数据结点.如果从根结点开始,按层序(每一层从的完整集合. 软件的特点包括: (1)软件是一软件与人之间如何通信. 过程设计:把系统结构是指相互有关联的数据元素的集合.数左到右)用自然 数 1,2,….n 给结点进行编种逻辑实体; (2)软件的生产与硬件不同,它结构部件转换成软件的过程描述. 从工程管据的逻辑结构包含: (1)表示数据元素的信息; 号(k=1,2….n) ,有以下结论: ①若 k=1,则该没有明显的制作过程; (3)软件在运行,使用理角度来看:概要设计和详细设计. 软件设(2)表示各数据元素之间的前后件关系. 数结点为根结点,它没有父结点;若 k>1,则该期间不存在磨损,老化问题; (4)软件的开发,计的一般过程:软件设计是一个迭代的过程;据的存储结构有顺序,链接,索引等. 线性结结点的父结点编号为 INT(k/2); ②若 2k≤n,运行对计算机系统具有依赖性,受计算机系先进行高层次的结构设计;后进行低层 次的构条件: (1)有且只有一个根结点; (2)每一个则编号为 k 的结点的左子结点编号为 2k;统的限制,这导致了软件移 植的问题; (5)软过程设计;穿插进行数据设计和接口设计. 结点最多有一个前件,也最多有一个 后件.否则该结点无左子结点(也无右子结 点) ; 件复杂性高,成本昂贵; (6)软件开发涉及诸衡量软件模块独立性使用耦合性和内聚性非线性结构:不满足线性结构条件的数据结③若 2k+1≤n,则编号为 k 的结点的右子结多的社会因素. 软件按功能分为应用软件,两个定性的度量标准. 在程序结构中各模块构. 1.3 线性表及其顺序存储结构 线性表点编号为 2k+1;否则该结点无右子结点. 满系统软件,支撑软件(或工具软件) . 软件危的内聚 性越强,则耦合性越弱.优秀软件应是由一组数据元素构成, 数据元素的位置只二叉树是指除最后一层外,每一层上的所有机主要表现在成本,质量,生产率等问题. 软高内聚,低耦合. 软件概要设计的基本任务取决于自己的序号, 元素之间的相对位置 结点有两个子结点,则 k 层上有 2k-1 个结件工程是应用于计算机软件的定义,开发和是: (1)设计软件系统结构; (2)数据结构及数是线性的. 在复杂线性表中, 由若干项数据点 深度为 m 的满二叉树有 2m-1 个结点.维护的一整套方法,工具,文档,实践标准和 据库设计; (3)编写概要设计文档; (4)概要设元素组成的数据元素称为记录, 而由多个记完全二叉树是指除最后一层外,每一层上的工序.软件工程包括 3 个要素:方法,工具和计文档评审. 模块用一个矩形表示,箭头表录构成的线性表 又称为文件. 非空线性表结点数均 达到最大值,在最后一层上只缺少过程.软件工程过程是把软件转化为输出的示模块间的调用关系. 在结构图中还可以用的结构特征: (1)且只有一个根结点 a1,它无右边的若干结点.二叉树存储结构采用链式一 组彼此相关的资源和活动,包含 4 种基带注释的箭头表示模块调用过程中来回传前件; (2)有且只有一个终端结点 an,它无后存储结构,对 于满二叉树与完全二叉树可以本活动: (1)P——软件规格说明; (2)D——递的信息. 还可用带实心圆的 箭头表示传件; (3)除根结点与终端结点外,其他所有结按层序进行顺序存储.二叉树的遍历: (1)前软件开发; (3)C——软件确认; (4)A——软递的是控制信息,空心圆箭心表示传递的是点有且只有一个前件,也有且只有一个后件.序遍历(DLR) , 首先访问根结点,然后遍历件演进. 软件周期:软件产品从提出,实现,使数据. 结构图的基本形式:基本形式,顺序形结 点个数 n 称为线性表的长度,当 n=0 左子树,最后遍历右子树; (2)中序遍历用维护到停止使用退役的过程.软件生命周式,重复形式,选择形式.结构图有四种模块类时,称为空表. 线性表的顺序存储结构具有(LDR) ,首先遍历左 子树,然后访问根结点,期三个阶 段:软件定义,软件开发,运行维护,型: 传入模块,传出模块,变换模块和协调模以下两个基本特点: (1) 线性表中所有元素最后遍历右子树; (3)后序遍历(LRD)首先遍主要活动阶段是: (1)可行性研究与计划制定; 块.典型的数据流类型有两种:变换型和事务的所占的存储空间是 连续的; (2)线性表中历左子树,然后访 问遍历右子树,最后访问(2)需求分析; (3)软件设计; (4)软件实现; (5)型. 变换型系统结构图由输入,中心变换,输各数据元素在存储空间中是按逻辑顺序依根结点.1.7 查找技术 顺序查找的使用情况: 软件测试; (6)运行和维护. 软件工程的目标出三部分组成.事务型数据流的特点是:接受次存放的. ai 的存储地址(1)线性表为无序表; (2)表采用链式存储结和与原则: 目标:在给定成本,进度的前提下,一项 事务,根据事务处理的特点和性质,选为:ADR(ai)=ADR(a1)+(i-1)k,,ADR(a1)为第构. 二分法查找只适用于顺序存储的有序表,开发出具有有效性,可靠性,可理解性,可维护择分派一个适当的处理单元,然后给出结果. 一个元素的地址,k 代表每个元 素占的字节对于长度为 n 的有序线性表,最坏情况只需性,可 重用性,可适应性,可移植性,可追踪性详细设计: 是为软件结构图中的每一个模块数. 顺序表的运算:插入,删除. (详见 14--16 比较 log2n 次. 1.8 排序技术 排序是指将和可互操作性且满足用户需求的产品. 基本确定实现算法和局部数据结构, 用某种选定页) 1.4 栈和队列 栈是限定在一端进行插一个无序序列整理成按值非递减顺序排列目标:付出较低的开发成本;达到要求的软件的表 达工具表示算法和数据结构的细节. 入与删除的线性表, 允许插入与删除的一端的有序序列. 交换类排序法: (1)冒泡排序法,功能;取得较好的软件性能;开发软件易 于常见的过程设计工具有:图形工具(程序流程称为栈顶, 不允许插入与 删除的另一端称需要比较的次数为 n(n-1)/2; (2)快速排序法. 移植;需要较低的费用;能按时完成开发,及时图) ,表格工具(判定表) ,语言工具(PDL) . 3.4 为栈底.栈按照\先进后出\或\后进先插入类排序法: (1)简单插入排序法,最坏情交付使用. 基本原则:抽象,信息隐蔽,模块化,软件测试 软件测试定义: 使用人工或自动出\组织数据,栈 具有记忆作用.用 况需要 n(n-1)/2 次比较; (2)希尔排序法,最 局部化,确定性,一致性,完备性和可验证性.手段来运行或测定某个系统的过程, 其目的top 表示栈顶位置,用 bottom 表示栈底. 坏情况需要 O(n1.5)次比较. 选择类排序法: 软件 工程的理论和技术性研究的内容主要在于检验它是否 满足规定的需求或是弄清栈的基本运算: (1)插入元素称为入栈运算; (1)简单选择排序法, 最坏情况需要 包括: 软件开发技术和软件工程管理. 软件预期结果与实际结果之间的差别. 软件测试(2)删除元素称为退栈运算; (3)读栈顶元素 n(n-1)/2 次比较; (2)堆排序法,最坏 情况需开发技术包 括:软件开发方法学,开发过程,的目的:发现错误而执行程序的过程.软件测是将栈顶元素赋给一个指定的变量,此时指要 O(nlog2n)次比较. 第二章程序设计基础 开发工具和软件工程环境.软件工程管理包试方法:静态测试和动态测试.静态 测试包针无变化. 队列是指允许在一端(队尾)进入2.1 程序设计设计方法和风格 如何形成良括:软件管理 学,软件工程经济学, 软件心理括代码检查,静态结构分析,代码质量度量.不插入,而在另一端(队头)进行删除的线性好的程序设计风格 1,源程序文档化; 2,数据学等内容. 软件管理学包括人员组织,进度实际运行软件,主要通过人工进行. 动态测表.Rear 指 针指向队尾,front 指针指向队说明的方法; 3,语句的结构; 4,输入和输出. 安排,质量保证, 配置管理,项目计划等.软件试:是基本计算机的测试,主要包括白盒测试头.队列是\先进行出\或\后进后出注释分序言性注释和功能性注释,语句结构工程原则包括抽象,信息隐蔽,模块化,局部化,方法和黑盒测试方法. 白盒测试:在程序内\的线 性表. 队列运算包括(1)入队运清晰第一,效率第二. 2.2 结构化程序设计 确定性,一 致性,完备性和可验证性. 3.2 结部进行,主要用于完成软件内部 CAO 作的算:从队尾插入一个元素; (2)退队运算:从队结构化程序设计方法的四条原则是:1. 自顶构化分析方法 结构化方法的核心和基础是验证.主要方法有逻辑覆盖, 基本基路径测头删除一个元素. 循环队列:s=0 表示队列向下;2. 逐步求精;3.模块化;4.限制使用 结构化程序设计理论.需求分析方法有(1)结试. 黑盒测试:主要诊断功能不对或遗漏,界空,s=1 且 front=rear 表示队列满 1.5 线goto 语句. 结构化程序的基本结构和特点: 构化需求分析方 法; (2)面向对象的分析的面错误,数据结构或外部数据库访问错误,性性链表 数据结构中的每一个结点对应于一(1)顺序结构:一种简单的程序设计,最基本,方法.从需求分析建立的模型的特性来分:静能错 误,初始化和终止条件错,用于软件确个存储单元,这种存储单元称为存储结点,简最常用的结构; (2)选择结构:又称分支结构,态分析和动态分 析.结构化分析方法的实质:认.主要方法有等价类划分法,边界值分析法,称结点. 结点由两部分组成: (1)用于存储数包括简单选择和多分支选择结构,可根据条着眼于数据流,自顶向下,逐层分解,建立系统错误 推测法,因果图等. 软件测试过程一般据元素值,称为数据域; (2)用于存放指针,称件,判断应该 选择哪一条分支来执行相应的的处理流程, 以数据流图和数据字典为主要按 4 个步骤进行:单元测试,集成测试,验收为指针 域,用于指向前一个或后一个结点. 语句序列; (3)循环结构:可根据给定条件,判工具,建立系统的逻辑模型.结构化分析的常测试(确认测试)和系统测 试. 3.5 程序的调在链式存储结构中, 存储数据结构的存储空断是否需要重复执行某一相同程序段. 2.3 用工具(1)数据 流图; (2)数据字典; (3)判定试 程序调试的任务是诊断和改正程序中的间可以不连续, 各数据结点的存储顺序与数面向对象的程序设计 面向对象的程序设计: 树; (4)判定表. 数据流图:描述数据处理过程错误,主要在开发阶段进行. 程序调试的基据元 素之间的逻辑关系可以不一致,而数据60 年代末挪威奥斯陆大学和挪威计算机中的工具,是需求理解的逻辑模型的图形表示,本步骤: (1)错误定位; (2)修改设计和代码,以
排除错误; (3)进行回归测试,防止引进新的识元组的最小属性称为键或码. 从所有侯选错误. 软件调试可分表静态调试和动态调试. 健中选取一个作为用户使 用的键称主键.表 静态调试主要是指通过人的思维来分析源A 中的某属性是某表 B 的键,则称该属性程序代码和 排错,是主要的设计手段,而动集为 A 的外键或外码. 关系中的数据约束: 态调试是辅助静态调试.主要调试方法有: (1)(1)实体完整性约束:约束关系的主键中属性强行排错法; (2)回溯法; (3)原因排除法. 第值不能为空值; (2)参照完全性约束:是关系四章 数据库设计基础 4.1 数据库系统的之间的基本约束; (3)用户定义的完整性约束:基本概念 数据:实际上就是描述事物的符号它反映了具体应用中数据的语义要求. 4.3 记录. 数据的特点:有一定的结构,有型与值关系代数 关系数据库系统的特点之一是它之分,如整型,实型,字符型等.而数据的值给建立在数据理论的基础之上, 有很多数据理出了 符合定型的值,如整型值 15. 数据库:论可以表示关系 模型的数据操作,其中最为是数据的集合,具有统一的结构形式并存放著名的是关系代数与关系演算. 关系模型的于统一的存储介质内,是多种应用数据 的集基本运算: (1)插入 (2)删除 (3)修改 (4)查成,并可被各个应用程序共享. 数据库存放询(包括投影,选择,笛卡尔 积运算) 4.4 数据数据是按数据所提供的数据模式存放的,具库设计与管理 数据库设计是数据应用的核有集成与共享的特点. 数据库管理系统:一心. 数据库设计的两种方法: (1)面向数据:以种系统软件,负责数据库中的数据组织,数据信息需求为主,兼顾处理需求; (2)面向过程:操纵,数据维护,控制及 保护和数据服务等,以处理需求为主,兼顾信息需求. 数据库的是数据库的核心. 数据库管理系统功能: (1)生命周期:需求分析阶段,概念设计阶段,逻辑数据模式定义:即为数据库构建其数据框架; 设计阶段,物理设计阶段,编码阶 段,测试阶(2)数据存取的物理构建:为数据模式的物理段,运行阶段,进一步修改阶段.需求分析常用存取与构建提供有效的存取方法与手段; (3)结构析方法和面向对象的方法. 结构化分析数据操纵:为用户使用数据库的数据提供方(简称 SA)方法用自顶向下,逐层分解的方式便,如查询,插入,修改,删除等以及简 单的算分析系统.用数据流图表达数据 和处理过程术运算及统计; (4)数据的完整性,安生性定的关系. 对数据库设计来讲, 数据字典是进义与检查; (5)数据库的并发控制与故障恢复; 行详细的数据收集和数据分析所获得 的主(6)数据的服务:如拷贝,转存,重组,性能监测,要结果. 数据字典是各类数据描述的集合,分析等. 为完成以上六个功能,数据库管理包括 5 个部分:数据项,数据结构,数据流(可系统提供以下的数据语言: (1)数据定义语言:以是数据 项,也可以是数据结构) ,数据存储,负责数据的模式定义与数据的物理存取构处理过程.数据库概念设计的目的是分析数建; (2)数据操纵语言:负责数据的操纵,如查据内在语 义关系. 设计的方法有两种 (1) 询与增,删,改等; (3)数据控制语言:负责数据集中式模式设计法 (适用于小型或并不复杂完整性,安全性的定义与检查以及并发控制,的单位或部门) ; (2)视图集成设计法.设计方故障恢复等. 数据语言按其使用方式具有两法:E-R 模型与视图集成.视图设计一般有三种结构形式:交互式命令(又称自含型或自主种设计次序: 自顶向下,由底向上,由内向外.型语言)宿主型语 言(一般可嵌入某些宿主视图集成的几种冲突:命名冲突,概念冲突,域语言中) . 数据库管理员:对数据库进行规划,冲突,约 束冲突.关系视图设计:关系视图的设计,维护,监视等的专业管理人员. 数据库设计又称外模式设计. 关系视图的主要作用: 系统:由数据库(数据) ,数据库管理系统(软(1)提供数据逻辑独立性; (2)能适应用户对件) ,数据库管理员(人员) ,硬件平 台(硬件) ,数据的不同需求; (3)有一定数据保密功能. 软件平台(软件)五个部分构成的运行实体. 以提高数 数据库的物理设计主要目标是对数据库应用系统:由数据库系统,应用软件及数据内部物理结构作调整并选择合理的存应用界面三者组成. 文件系统阶段:提供了取路径, 据库访问速度有效利用存储空间. 简单的数据共享与数据管理能力,但是它无一般 RDBMS 中留给用户参与物理设计的法提供完整的,统一的, 管理和数据共享的内容大致有索引 设计,集成簇设计和分区设能力. 层次数据库与网状数据库系统阶段:计. 数据库管理的内容: (1)数据库的建立; 为统一与共享数据提供了有力支撑. 关系数(2)数据库的调整; (3)数据库的重组; (4)数据据库系统阶段 数据库系统的基本特点:数据库安全性与完整性控制; (5)数据库的故障恢的集成性,数据的高共享性与低冗余性,数据复; (6)数据库监控. 独立性(物理独 立性与逻辑独立性) ,数据统 一管理与控制. 数据库系统的三级模式: (1)概念模式:数据库系统中全局数据逻辑结构的描述,全体用户公共数据视图; (2)外模式:也称子模式与用户模式.是用户的数据视图,也就是用户所见到的数据模式; (3)内模式:又称物理模式,它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法. 数据库系统的两级映射: (1)概念模式到内模式的映射; (2)外模式到概念模式的映射. 4.2 数据模型 数据模型的概念:是数据特征的抽象,从抽象层次上描述了系统的静态特征,动态行为和约 束条件,为数据库系统的信息表与操作提供一个抽象的框架.描述了数据结构,数据操作及 数据约束. E-R 模型的基本概念(1)实体:现实世界中的事物; (2)属性:事物的特性; (3)联系:现实世界中事物间的关系.实体集的关系有一对一,一对多,多对多的联系. E-R 模型三个基本概念之间的联接关系:实体是概念世界中的基本单位,属性有属性域,每 个实体可取属性域内的值.一个实体的所有属性值叫元组.E-R 模型的图示法: (1)实体集 表示法; (2)属性表法; (3)联系表示法. 层次模型的基本结构是树形结构,具有以下特点: (1)每棵树有且仅有一个无双亲结点,称为根; (2)树中除根外所有结点有且仅有一个双亲. 从图论上看,网状模型是一个不加任何条件限制的无向图. 关系模型采用二维表来表示, 简称表, 由表框架及表的元组组成. 一个二维表就是一个关系. 在二维表中凡能唯一标