只恨当初没有你——C++等级选择篇（一）

        刚刚经历了C++的等级考试，本篇博客只适用于等级考试求过者，通过讲一些考点知识整理下来，供君参用

算法

1. 算法的基本概念

（1）算法的基本特征

         可行性、确定性、有穷性、拥有足够的情报。

（2）算法的基本运算和操作

         算术运算、逻辑运算、关系运算、数据传输。

（3）算法的 3 种基本控制结构

         顺序结构、选择结构、循环结构。

（4）算法基本设计方法

         列举法、归纳法、递推、递归、减半递推技术、回溯法。

（5）指令系统

         所谓指令系统指的是一个计算机系统能执行的所有指令的集合。

2. 算法复杂度

        名称             描述

        时间复杂度  执行算法所需要的计算工作量

        空间复杂度  执行这个算法所需要的内存空间

常见结构

1. 数据结构的基本概念

（1）数据结构

         指相互有关联的数据元素的集合。

（2）数据结构研究的 3 个方面

        ①数据集合中各数据元素之间所固有的逻辑关系，即数据的逻辑结构；

        ②在对数据进行处理时，各数据元素在计算机中的存储关系，即数据的存

            储结构；

        ③对各种数据结构进行的运算。

2. 逻辑结构

（1）基本概念

        数据的逻辑结构是对数据元素之间的逻辑关系的描述，它可以用一个数据元素的集合和定义在此集合中的若干关 系来表示。

（2）两个要素：

        一是数据元素的集合，通常记为 D；

        二是 D 上的关系，它反映了数据元素之间的前后件关系，通常记为 R。

        一个数据结构可以表示成：B=(D,R)其中，B 表示数据结构。为了反映 D 中各数据元素之间的前后件关系，一般

用二元组来表示。

       例如，如果把一年四季看作一个数据结构，则可表示成：B =(D,R)

       D ={春季,夏季,秋季,冬季}

       R ={(春季,夏季),(夏季,秋季),(秋季,冬季)}

3. 存储结构

（1）基本概念

       数据的逻辑结构在计算机存储空间中的存放形式称为数据的存储结构（也称数据的物理结构）。

（2）常用的存储结构

       顺序、链接等存储结构。

       顺序存储方式主要用于线性的数据结构，它把逻辑上相邻的数据元素存储在

       物理上相邻的存储单元里，结点之间的关系由存储单元的邻接关系来体现。

       链式存储结构就是在每个结点中至少包含一个指针域，用指针来体现数据元素之间逻辑上的联系。

4.线性结构和非线性结构

      根据数据结构中各数据元素之间前后件关系的复杂程度，一般将数据结构分为两大类型：线性结构与非线性结构。

（1）如果一个非空的数据结构满足下列两个条件：

     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。

     则称该数据结构为线性结构。线性结构又称线性表。

（2）线性表的顺序存储结构具有以下两个基本特点：

     ①线性表中所有元素所占的存储空间是连续的；

     ②线性表中各数据元素在存储空间中是按逻辑顺序依次存放的。

     ③在一个线性结构中插入或删除任何一个结点后还应是线性结构

     元素 ai 的存储地址为：ADR(ai)=ADR(a1)+(i-1)k，ADR(a1)为第一个元素的地址，k 代表每个元素占的字节数。

（3）顺序表的运算

     查找、插入、删除 3 种。

（4）线性和非线性结构举例

     栈、队列、串等都为线性结构。

     如果一个数据结构不是线性结构，则称之为非线性结构。数组、广义表、树和图等数据结构都是非线性构。栈、队列、串等都为线性结构。

栈

1. 栈的基本概念

       栈（stack）是一种特殊的线性表，是限定只在一端进行插入与删除的线性表。

2.栈的基本特点

      在栈中，一端是封闭的，既不允许进行插入元素，也不允许删除元素；

      另一端是开口的，允许插入和删除元素。

      通常称插入、删除的这一端为栈顶，另一端为栈底。

      当表中没有元素时称为空栈。

      栈顶元素总是最后被插入的元素，从而也是最先被删除的元素；

      栈底元素总是最先被插入的元素，从而也是最后才能被删除的元素。

      栈是按照“先进后出”或“后进先出”的原则组织数据的。例如，枪械的子弹匣就可以用来形象的表示栈结构。子弹匣的一端是完全封闭的，最后被压入弹匣的子弹总是最先被弹出，而最先被压入的子弹最后才能被弹出。

      

3. 栈的顺序存储及其运算

     栈的基本运算有 3 种：入栈、退栈与读栈顶元素。

     ①入栈运算：在栈顶位置插入一个新元素；

     ②退栈运算：取出栈顶元素并赋给一个指定的变量；

     ③读栈顶元素：将栈顶元素赋给一个指定的变量。

队列

1. 队列的基本概念

       队列是只允许在一端进行删除，在另一端进行插入的顺序表，通常将允许删除的这一端称为队头，允许插入的这一端称为队尾。当表中没有元素时称为空队列。

2.队列的基本原则

       队列的修改是依照先进先出的原则进行的，因此队列也称为先进先出的线性表，或者后进后出的线性表。

       例如：火车进遂道，最先进遂道的是火车头，最后是火车尾，而火车出遂道的时候也是火车头先出，最后出的是火车尾。若

       有队列：Q =(q 1 ,q 2 ,…,q n )

       队头元素 q 1 是最先被插入的元素，也是最先被删除的元素。队尾元素 q n 是最后被插入的元素，也是最后被删除的元素。

       队列又称为“先进先出”（First In First Out，简称 FIFO）或“后进后出” （Last In LastOut，简称 LILO）的线性表

3. 队列运算

        入队运算是往队列队尾插入一个数据元素；退队运算是从队列的队头删除一个数据元素。

        队列的顺序存储结构一般采用队列循环的形式。循环队列 s=0 表示队列空；s=1 且 front=rear 表示队列满。计算循环队列的元素个数： “尾指针减头指针” ，若为负数，再加其容量即可。（理解的还不是很到位）

 链表

1.基本概念

      在链式存储方式中，要求每个结点由两部分组成：一部分用于存放数据元素值，称为数据域；另一部分用于存放指针，称为指针域。

      其中指针用于指向该结点的前一个或后一个结点（即前件或后件）。链式存储方式既可用于表示线性结构，也可用于表示非线性结构。

2.线性链表

（1）基本概念

       线性表的链式存储结构称为线性链表。

       在某些应用中，对线性链表中的每个结点设置两个指针，一个称为左指针，用以指向其前件结点；另一个称为右指针，用以指向其后件结点。这样的表称为双向链表。

       HEAD 称为头指针，HEAD=NULL（或 0）称为空表。

（2）基本特点

        在线性链表中，各数据元素结点的存储空间可以是不连续的，且各数据元素的存储顺序与逻辑顺序可以不一致。在线性链表中进行插入与删除，不需要移动链表中的元素。

（3）基本运算

       查找、插入、删除。

二叉树

1. 二叉树概念及其基本性质

（1） 二叉树及其基本概念

       ①非空二叉树只有一个根结点；

       ②每一个结点最多有两棵子树，且分别称为该结点的左子树和右子树。

       在二叉树中，每一个结点的度最大为 2，即所有子树（左子树或右子树）也均为二叉树。另外，二叉树中的每个结点的子树被明显地分为左子树和右子树。

       在二叉树中，一个结点可以只有左子树而没有右子树，也可以只有右子树而没有左子树。当一个结点既没有左子树也没有右子树时，该结点即为叶子结点。

       例如，一个家族中的族谱关系如图 1-1 所示：A 有后代 B，C；B 有后代 D，E；C 有后代 F。

           图 1-1 二叉树图

 

        二叉树的基本概念

        父结点（根）

      在树结构中，每一个结点只有一个前件，称为父结点，没有前件的结点只有一个，称为树的根结点，简称树的根。例如，在图 1-1 中，结点 A 是树的根结点。

      子结点和叶子结点

      在树结构中，每一个结点可以有多个后件，称为该结点的子结点。没有后件的结点称为叶子结点。例如，在图 1-1 中，结点 D，E，F 均为叶子结点。

       度

      在树结构中，一个结点所拥有的后件的个数称为该结点的度，所有结点中 最大的度称为树的度。例如，在图 1- 1中，根结点 A 和结点 B 的度为 2，结点C 的度为 1，叶子结点 D，E，F 的度为 0。所以，该树的度为 2。

      深度 

     定义一棵树的根结点所在的层次为 1，其他结点所在的层次等于它的父结点所在的层次加 1。树的最大层次称为树的深度。例如，在图 1-1 中，根结点A 在第 1 层，结点 B，C 在第 2 层，结点 D，E，F 在第 3 层。该树的深度为3。

     子树  

      在树中，以某结点的一个子结点为根构成的树称为该结点的一棵子树。

（2）二叉树基本性质

      性质 1：在二叉树的第 k 层上，最多有 2 k-1 （k≥1）个结点。

      性质 2：深度为 m 的二叉树最多有 2 m -1 个结点。

      性质 3：在任意一棵二叉树中，度为 0 的结点（即叶子结点）总是比度为 2的结点多一个。

      性质 4：具有 n 个结点的二叉树，其深度至少为[log2n]+1，其中[log2n]表示取 log2n 的整数部分。

2. 满二叉树与完全二叉树

      满二叉树是指这样的一种二叉树：除最后一层外，每一层上的所有结点都有两个子结点。

      在满二叉树中，每一层上的结点数都达到最大值，即在满二叉树的第 k 层上有 2 k-1 个结点，且深度为 m 的满二叉树有 2 m -1 个结点。

      完全二叉树是指这样的二叉树：除最后一层外，每一层上的结点数均达到最大值；在最后一层上只缺少右边的若干结点。

      对于完全二叉树来说，叶子结点只可能在层次最大的两层上出现：对于任何一个结点，若其右分支下的子孙结点的最大层次为 p，则其左分支下的子孙结点的最大层次或为 p，或为 p+1。

      完全二叉树具有以下两个性质：

      性质 1：具有 n 个结点的完全二叉树的深度为[log2n]+1。

      性质 2：设完全二叉树共有 n 个结点。如果从根结点开始，按层次（每一层从左到右）用自然数 1， 2，……， n 给结点进行编号，则对于编号为 k （k=1， 2，……，n）的结点有以下结论：

      ①若 k=1，则该结点为根结点，它没有父结点；若 k>1，则该结点的父结点编号为 INT（k/2）；

      ②若 2k≤n，则编号为 k 的结点的左子结点编号为 2k；否则该结点无左子结点（显然也没有右子结点）；

      ③若 2k+1≤n，则编号为 k 的结点的右子结点编号为 2k+1；否则该结点无右子结点。

3.二叉树的遍历

（1）前序遍历

       先访问根结点，然后遍历左子树，最后遍历右子树；

       并且在遍历左、右子树时，仍需先访问根结点，然后遍历左子树，最后遍历右子树。例如，对图 1-1 中的二叉树进行前序遍历的结果（或称为该二叉树的前序序列）为：A，B，D，E，C，F。

（2）中序遍历

       先遍历左子树、然后访问根结点，最后遍历右子树；并且，在遍历左、右子树时，仍然先遍历左子树，然后访问根结点，最后遍历右子树。例如，对图 1-1中的二叉树进行中序遍历的结果（或称为该二叉树的中序序列）为： D，B，E，A，C，F。

（3）后序遍历

       先遍历左子树、然后遍历右子树，最后访问根结点；并且，在遍历左、右子树时，仍然先遍历左子树，然后遍历右子树，最后访问根结点。例如，对图 1-1中的二叉树进行后序遍历的结果（或称为该二叉树的后序序列）为： D， E，B，F，C，A。

查找

1. 顺序查找

       查找是指在一个给定的数据结构中查找某个指定的元素。从线性表的第一个元素开始，依次将线性表中的元素与被查找的元素相比较，若相等则表示查找成功；若线性表中所有的元素都与被查找元素进行了比较但都不相等，则表示查找失败。

       例如，在一维数组[21，46，24，99，57，77，86]中，查找数据元素 99，首先从第 1 个元素 21 开始进行较，比较结果与要查找的数据不相等，接着与第2 个元素 46 进行比较，以此类推，当进行到与第 4 个元素比较时，它们相等，所以查找成功。

       在下列两种情况下也只能采用顺序查找：

       ①如果线性表为无序表，则不管是顺序存储结构还是链式存储结构，只能用顺序查找；

       ②即使是有序线性表，如果采用链式存储结构，也只能用顺序查找。

2. 二分法查找

       能使用二分法查找的线性表必须满足用顺序存储结构和线性表是有序表两个条件。

       “有序”是特指元素按非递减排列，即从小到大排列，但允许相邻元素相等。

        对于长度为 n 的有序线性表，利用二分法查找元素 X 的过程如下：

       步骤 1：将 X 与线性表的中间项比较；

       步骤 2：如果 X 的值与中间项的值相等，则查找成功，结束查找；

       步骤 3：如果 X 小于中间项的值，则在线性表的前半部分以二分法继续查找；

       步骤 4：如果 X 大于中间项的值，则在线性表的后半部分以二分法继续查找。

       对于长度为 n 的有序线性表，在最坏情况下， 二分法查找只需比较log2n 次，而顺序查找需要比较 n 次。

 排序

1. 交换类排序法

（1）冒泡排序法

        首先，从表头开始往后扫描线性表，逐次比较相邻两个元素的大小，若前面的元素大于后面的元素，则将它们互换，不断地将两个相邻元素中的大者往后移动，最后最大者到了线性表的最后。

        然后，从后到前扫描剩下的线性表，逐次比较相邻两个元素的大小，若后面的元素小于前面的元素，则将它们互换，不断地将两个相邻元素中的小者往前移动，最后最小者到了线性表的最前面。

       对剩下的线性表重复上述过程，直到剩下的线性表变空为止，此时已经排好序。

       在最坏的情况下，冒泡排序需要比较次数为 n(n-1)/2。

（2）快速排序法

       任取待排序序列中的某个元素作为基准（一般取第一个元素），通过一次排序，将待排元素分为左右两个子序列

       左子序列元素的排序码均小于或等于基准元素的排序码，右子序列的排序码则大于基准元素的排序码，

       然后分别对两个子序列继续进行排序，直至整个序列有序。

2. 插入类排序法

      ①简单插入排序法，最坏情况需要 n(n-1)/2 次比较；

      ②希尔排序法，最坏情况需要 O(n 1.5 )次比较。

3. 选择类排序法

      ①简单选择排序法，最坏情况需要 n(n-1)/2 次比较；

      ②堆排序法，最坏情况需要 O(nlog2n)次比较。

      相比以上几种（除希尔排序法外），堆排序法的时间复杂度最小。

未完待续。。。