5009

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-

строительный университет»

О.В. Любимцев

АЛГОРИТМЫ И СТРУКТУРЫ ДАННЫХ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям, практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) для обучающихся по дисциплине «Алгоритмы и структуры данных» по направлению подготовки 09.03.03 Прикладная информатика, профиль Прикладная информатика в экономике

Нижний Новгород

2016

УДК 004.9

Любимцев О.В. Алгоритмы и структуры данных [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / Любимцев О. В.; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 21 с;

В данном учебно-методическом пособии по дисциплине «Алгоритмы и структуры данных» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций и подготовке к практическим занятиям. Учебнометодическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Алгоритмы и структуры данных» по направлению подготовки 09.03.03 Прикладная информатика. Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной профессиональной образовательной программе направления 09.03.03 Прикладная информатика, профиль Прикладная информатика в экономике, утверждённым решением учёного совета ННГАСУ от 03.07.2015 г. (протокол № 9).

© О. В. Любимцев, 2016

© ННГАСУ, 2016.

2

Оглавление

1. Общие положения…………………………………………………..……..4

1.1Цели изучения дисциплины и результаты обучения ……………..…..4

1.2Содержание дисциплины…………………………………………..……5

1.3Порядок освоения материала…………………….………………..…….6

2.Методические указания по подготовке к лекциям………...………….....6

2.1Общие рекомендации по работе на лекциях………….……………..…6

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций…….……...…7

2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций………..............8

2.4Контрольные вопросы…………………………….…………………..…9

3. Методические указания по подготовке к практическим занятиям…...11

3.1 Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям…….11 3.2 Примеры задач для практических занятий…………………..………..12

4. Методические указания по организации самостоятельной работы…..15

4.1Общие рекомендации для самостоятельной работы…………............15

4.2Темы для самостоятельного изучения………………...........................18

4.3Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы………18

4.4Задания для самостоятельной работы………………………...............19

3

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины Б.1.12. Алгоритмы и структу-

ры данных являются:

изучение характеристик сложности алгоритма, знакомство со струк-

турами данных, их представлениями и алгоритмами обработки, без знания которых невозможно современное компьютерное программирование. Рас-

сматриваются различные алгоритмы для работы с очередями, стеками,

списками, деревьями, таблицами, графами. Подробно рассматриваются ал-

горитмы внутренней и внешней сортировки и поиска данных в таблицах. В процессе освоения дисциплины студент должен

Знать основные понятия, методы, алгоритмы, способы решения задач учебной дисциплины «Алгоритмы и структуры данных»; описание структур хранения данных: вектор, список, сеть, массив, строки и записи, множества;

описание линейных структур: стек, очередь, дек; описание нелинейных структур: дерево, лес, граф; алгоритмы внутренней и внешней сортировки;

Уметь перевести содержательную задачу на математический язык, найти подходящий метод решения задачи, содержательно проанализировать ре-

зультаты решения и применить их на практике; компьютерной техникой и информационными технологиями; навыками создания, отладки и тестиро-

вания программ.

Владеть техникой решения задач сортировок и поиска; навыками абстракт-

ных рассуждений, технологиями использования современных программных средств, работы пользователя и программиста в интегрированных средах,

использующих «оконный интерфейс».

Данная дисциплина позволит студентам не только систематизиро-

вать полученные теоретические знания, укрепить исследовательские навы-

ки, но и даст возможность ориентироваться в новом предметном поле информатики.

4

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

1. Алгоритмы и данные.

Понятие алгоритма и его свойства. Способы записи алгоритма. Постановка задачи. Построение модели задачи. Разработка алгоритма. Реализация ал-

горитма в виде программы. Проверка правильности алгоритма. Простей-

шая модель вычислений: машина Тьюринга. Определение временной и емкостной сложности алгоритма. Значение эффективных алгоритмов в вы-

числительных задачах. Асимптотики. Оценка сложности алгоритмов для задач сортировок. Детерминированные и недетерминированные алгоритмы. P и NP сложные задачи.

2. Линейные структуры данных.

Стеки: структуры стека, операции над стеками, применение стеков при разработке приложений. Очереди: структуры очереди, операции над очередью, применение очереди при разработке приложений. Деки.

3. Типы данных. Структуры хранения данных.

Характеристика данных тремя качествами: семантикой, синтаксисом и прагматикой. Данные скалярных типов. Данные структурных типов. Опре-

деление структуры данных. Определение структуры хранения данных.

Представление адреса в языках программирования с помощью указателей.

Типизированные и нетипизированные указатели. Статическая и динамиче-

ская память. Вектор. Список. Сеть.

5

1.3 Порядок освоения материала

Материал дисциплины изучается в соответствии с порядком, опреде-

лённым в следующей таблице:

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — формирование основы для последующего усвоения учебного мате-

риала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основ-

ные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важ-

ные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необхо-

димых знаний и применения их на практике.

Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставля-

ет большие возможности для реализации образовательных и воспитатель-

ных целей.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознако-

6

миться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правиль-

ности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным,

так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном ре-

жиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше за-

поминать в процессе осмысленного записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету, экзамену.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать по-

метки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослу-

шанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

В случае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсут-

ствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев непони-

мание материала дисциплины.

7

2.3 Общие рекомендации по изучению материала лекций

Раздел 1: “Алгоритмы и данные " – 3 лекции.

Цель: Освоить построение модели задачи, разработку алгоритма. Реализовывать классические алгоритмы в виде программы.

На лекциях приводятся понятие алгоритма и его свойства; проверка правильности алг рекурсия. Предлагаются простые сортировки массива: сортировка пузырь-

ком, сортировка вставками, сортировка выбором. Быстрые сортировки:

сортировка с помощью кучи, быстрая сортировка.

Раздел 2: " Линейные структуры данных" – 3 лекции.

Цель: Освоить и использовать на практике основные линейные структуры данных

На лекциях описывается создание односвязного списка; функция вы-

вода списка на консоль; операции добавления и удаления элементов из списка; линейный двусвязный список; создание двусвязного списка; функ-

ция вывода списка на консоль. Даются операции добавления и удаления элементов из двусвязного списка. Приводится структура стека; очереди;

дека. Вводятся функции Push и Pop.

Раздел 3: " Типы данных. Структуры хранения данных" - 2 лекции.

Цель: Определение структуры данных. Определение структуры хранения данных.

На лекции дается характеристика данных тремя качествами: семан-

тикой, синтаксисом и прагматикой, данные скалярных типов, данные

8

структурных типов, представление адреса в языках программирования с помощью указателей, типизированные и нетипизированные указатели, ста-

тическая и динамическая память, вектор, список, сеть. Предлагаются алго-

ритмы на графах: поиск в глубину, топологическая сортировка, поиск циклов в графах, поиск в ширину, кратчайшие пути в графах.

2.4 Контрольные вопросы

Контрольные вопросы к разделу 1: Алгоритмы и данные

1.Алгоритмы простого поиска в массиве.

2.Бинарный поиск.

3.Простые сортировки массивов.

4.Быстрые сортировки массивов.

5.Оценка сложности алгоритмов для задач сортировок.

6.Простейшая модель вычислений: машина Тьюринга.

Контрольные вопросы к разделу 2: Линейные структуры данных

1.Односвязные списки.

2.Стек. Примеры использования стека при решении задач.

3.Стек: функции Push и Pop.

4.Двусвязные списки.

5.Очередь. Функции Push и Pop.

6.Дек: функции Push и Pop.

9

Контрольные вопросы к разделу 3: Типы данных. Структуры хра-

нения данных

1. Характеристика данных тремя качествами: семантикой, синтакси-

сом и прагматикой.

2. Представление адреса в языках программирования с помощью ука-

зателей.

3.Статическая и динамическая память.

4.Вектор, список, сеть

5.Алгоритмы на графах: поиск в глубину, топологическая сортировка.

6.Алгоритмы на графах: поиск в ширину, кратчайшие пути в графах.

10