- •Содержание
- •Введение
- •1. Cтруктуры данных и алгоритмы
- •1.1. Понятие структур данных и алгоритмов
- •1.2. Информация и ее представление в памяти
- •1.2.1. Природа информации
- •1.2.2. Хранение информации
- •1.3. Системы счисления
- •1.3.1. Непозиционные системы счисления
- •1.3.2. Позиционные системы счисления
- •1.3.3. Изображение чисел в позиционной системе счисления
- •1.3.4. Перевод чисел из одной системы счисления в другую
- •1.4. Классификация структур данных
- •1.5. Операции над структурами данных
- •1.6. Структурность данных и технология программирования
- •2. Простые структуры данных
- •2.1. Числовые типы
- •2.1.1. Целые типы
- •2.1.2. Вещественные типы
- •1). Число 15.375;
- •2). Десятичное число 0.0375;
- •3). Десятичное число 2.5;
- •4). Значения верхней и нижней границ диапазона положительных чисел:
- •1). Число -15.375;
- •2). Число 1.0;
- •3). Значения верхней и нижней границ диапазона положительных чисел
- •2.1.3. Десятичные типы
- •2.1.4. Операции над числовыми типами
- •2.2. Битовые типы
- •2.3. Логический тип
- •2.4. Символьный тип
- •2.5. Перечислимый тип
- •2.6. Интервальный тип
- •2.7. Указатели
- •2.7.1. Физическая структура указателя
- •2.7.2. Представление указателей в языках программирования
- •2.7.3. Операции над указателями.
- •3. Статические структуры данных
- •3.1. Векторы
- •3.2. Массивы
- •3.2.1. Логическая структура
- •3.2.2. Физическая структура
- •3.2.3. Операции
- •3.2.4. Адресация элементов с помощью векторов Айлиффа
- •3.2.5. Специальные массивы
- •3.3. Множества
- •3.3.1. Числовые множества
- •3.3.2. Символьные множества
- •3.3.3. Множество из элементов перечислимого типа
- •3.3.4. Множество от интервального типа
- •3.3.5. Операции над множествами
- •3.4. Записи
- •3.4.1. Логическое и машинное представление записей
- •3.4.2. Операции над записями
- •3.5. Записи с вариантами
- •3.6. Таблицы
- •3.7. Операции логического уровня над статическими структурами. Поиск
- •3.7.1. Последовательный или линейный поиск
- •3.7.2. Бинарный поиск
- •3.8. Операции логического уровня над статическими структурами. Сортировка
- •3.8.1. Сортировки выборкой
- •3.8.2. Сортировки включением
- •3.8.3. Сортировки распределением.
- •3.8.4. Сортировки слиянием.
- •4. Полустатические структуры данных
- •4.1. Характерные особенности полустатических структур
- •4.2. Стеки
- •4.2.1. Логическая структура стека
- •4.2.2. Машинное представление стека и реализация операций
- •4.2.3. Стеки в вычислительных системах
- •4.3. Очереди fifo
- •4.3.1. Логическая структура очереди
- •4.3.2. Машинное представление очереди fifo и реализация операций
- •4.3.3. Очереди с приоритетами
- •4.3.4. Очереди в вычислительных системах
- •4.4. Деки
- •4.4.1. Логическая структура дека
- •4.4.2. Деки в вычислительных системах
- •4.5. Строки
- •4.5.1. Логическая структура строки
- •4.5.2. Операции над строками
- •4.5.3. Представление строк в памяти.
- •5. Динамические структуры данных. Связные списки
- •5.1. Связное представление данных в памяти
- •5.2. Связные линейные списки
- •5.2.1. Машинное представление связных линейных списков
- •5.2.2. Реализация операций над связными линейными списками
- •5.2.3. Применение линейных списков
- •5.3. Мультисписки
- •5.4. Нелинейные разветвленные списки
- •5.4.1. Основные понятия
- •5.4.2. Представление списковых структур в памяти.
- •5.4.3. Операции обработки списков
- •5.5. Язык программирования lisp
- •5.6. Управление динамически выделяемой памятью
- •6. Нелинейные структуры данных
- •6.1.Графы
- •6.1.1. Логическая структура, определения
- •6.1.2. Машинное представление оpгpафов
- •6.2. Деревья
- •6.2.1. Основные определения
- •6.2.2. Логическое представление и изображение деревьев.
- •6.2.3. Бинарные деревья.
- •6.2.4. Представление любого дерева, леса бинарными деревьями.
- •6.2.5. Машинное представление деревьев в памяти эвм.
- •6.2.6. Основные операции над деревьями.
- •6.2.7. Приложения деревьев.
- •6.2.8 Деревья Хаффмена (деревья минимального кодирования)
- •6.2.9 Деревья при работе с арифметическими выражениями
- •6.2.10 Формирование таблиц символов.
- •6.2.11 Сбалансированные деревья
6.2.2. Логическое представление и изображение деревьев.
Имеется ряд способов графического изображения деревьев. Первый способ заключается в использовании для изображения поддеревьев известного метода диаграмм Венна, второй - метода вкладывающихся друг в друга скобок, третий способ - это способ, применяемый при составлении оглавлений книг. Последний способ, базирующийся на формате с нумерацией уровней, сходен с методами, используемыми в языках программирования. При применении этого формата каждой вершине приписывается числовой номер, который должен быть меньше номеров, приписанных корневым вершинам присоединенных к ней поддеревьев. Отметим, что корневые вершины всех поддереьев данной вершины должны иметь один и тот же номер.
МЕТОД ВЛОЖЕННЫХ СКОБОК
(V0(V1(V2(V5)(V6))(V3)(V4))(V7(V8)(V9(V10))))
Рис.6.11. Представление дерева : а)- исходное дерево, б)- оглавление книг, в)- граф, г)- диаграмма Венна
Все эти представления демонстрируют одну и ту же структуру и поэтому эквивалентны. С помощью графа можно наглядно представить разветвляющиеся связи, которые по понятным причинам привели к общеупотребительному термину "дерево".
6.2.3. Бинарные деревья.
Существуют m-арные деревья, т.е. такие деревья у которых полустепень исхода каждой вершины меньше или равна m (где m может быть равно 0,1,2,3 и т.д.). Если полустепень исхода каждой вершины в точности равна либо m, либо нулю, то такое дерево называется ПОЛНЫМ m-АРНЫМ ДЕРЕВОМ.
При m=2 такие деревья называются соответственно БИНАРНЫМИ, или ПОЛНЫМИ БИНАРНЫМИ.
На рисунке 6.12(a) изображено бинарное дерево, 6.12(b)- полное бинарное дерево, а на 6.12(c) показаны все четыре возможных расположения сыновей некоторой вершины бинарного дерева.
Рис. 6.13. Изображения бинарных деревьев
Бинарные деревья, изображенные на рис.6.13(a) и 6.13(d), представляют собой разные позиционные деревья, хотя они не являются разными упорядоченными деревьями.
В позиционном бинарном дереве каждая вершина представлена единственным образом посредством строки символов над алфавитом {0,1}, при этом корень характеризуется пустой строкой. Любой сын вершины "u" характеризуется строкой, префикс (начальная часть) которой является строкой, характеризующей "u".
Примером бинарного дерева является фамильное дерево с отцом и матерью человека в качестве его потомков. Еще один пример - это арифметическое выражение с двухместными операциями, где каждая операция представляет собой ветвящийся узел с операндами в качестве поддеревьев.
Представить m-арное дерево в памяти ЭВМ сложно, т.к. каждый элемент дерева должен содержать столько указателей, сколько ребер выходит из узла (при m-3,4.5.6... соответствует 3,4,5,6... указателей). Это приведет к повышенному расходу памяти ЭВМ, разнообразию исходных элементов и усложнит алгоритмы обработки дерева. Поэтому m-арные деревья, лес необходимо привести к бинарным для экономии памяти и упрощению алгоритмов. Все узлы бинарного дерева представляются в памяти ЭВМ однотипными элементами с двумя указателями (см.разд. 6,2,5), кроме того, операции над двоичными деревьями выполняются просто и эффективно.