全国计算机公共基础知识文档格式.docx
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数据的逻辑结构应包含：
（1）表示数据元素的信息；
（2）表示各数据元素之间的前后件关系（指逻辑关系，与存储位置无关）。
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,也称数据物理结构。
数据的存储结构有顺序、链接、索引等。
线性结构的条件，（一个非空数据结构）：
（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。
非线性结构：
不满足线性结构条件的数据结构。
1.3线性表及其顺序存储结构
线性表是由一组数据元素构成，数据元素的位置只取决于自己的序号，元素之间的相对位置是线性的。
在复杂线性表中，由若干项数据元素组成的数据元素称为记录；
由多个记录构成的线性表称为文件。
非空线性表的结构特征：
（1）且只有一个根结点a1，它无前件；
（2）有且只有一个终端结点an，它无后件；
（3）除根结点与终端结点外，其他所有结点有且只有一个前件，也有且只有一个后件。
结点个数n称为线性表的长度，当n=0时，称为空表。
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。
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。
顺序表的运算：
查找、插入、删除。
1.4线性链表
数据结构中的每一个结点对应于一个存储单元，这种存储单元称为存储结点，简称结点。
结点由两部分组成：
（1）用于存储数据元素值，称为数据域；
（2）用于存放指针，称为指针域，用于指向前一个或后一个结点。
在链式存储结构中，存储数据结构的存储空间可以不连续，各数据结点的存储顺序与数据元素之间的逻辑关系可以不一致，而数据元素之间的逻辑关系是由指针域来确定的。
链式存储方式即可用于表示线性结构，也可用于表示非线性结构。
线性单链表中，HEAD称为头指针，HEAD=NULL（或0）称为空表。
如果是双项链表的两指针：
左指针（Llink）指向前件结点，右指针（Rlink）指向后件结点。
线性链表的基本运算：
1.5栈和队列
栈：
限定在一端进行插入与删除的线性表。
其允许插入与删除的一端称为栈顶，用指针top表示栈顶位置。
不允许插入与删除的另一端称为栈底，用指针bottom表示栈底。
栈按照“先进后出”（FILO）或“后进先出”（LIFO）组织数据，栈具有记忆作用。
栈的存储方式有顺序存储和链式存储。
栈的基本运算：
（1）入栈运算，在栈顶位置插入元素；
（2）退栈运算，删除元素（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，此时指针无变化。
队列：
指允许在一端（队尾）进入插入，而在另一端（队头）进行删除的线性表。
用rear指针指向队尾，用front指针指向队头元素的前一个位置。
队列是“先进先出”（FIFO）或“后进后出”（LILO）的线性表。
队列运算包括：
（1）入队运算：
从队尾插入一个元素；
（2）退队运算：
从队头删除一个元素。
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。
1.6树与二叉树
树是一种简单的非线性结构，其所有元素之间具有明显的层次特性。
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。
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。
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。
树的最大层次称为树的深度。
二叉树的特点：
（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与右子树。
满二叉树是指除最后一层外，每一层上的所有结点有两个子结点，则k层上有2k-1个结点深度为m的满二叉树有2m-1个结点。
完全二叉树是指除最后一层外，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。
二叉树基本性质：
（1）在二叉树的第k层上，最多有2k-1（k≥1）个结点；
（2）深度为m的二叉树最多有2m-1个结点；
（3）度为0的结点（即叶子结点）总是比度为2的结点多一个；
（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
（5）具有n个结点的完全二叉树的深度为[log2n]+1；
（6）设完全二叉树共有n个结点。
如果从根结点开始，按层序（每一层从左到右）用自然数1,2,…n给结点进行编号（k=1,2….n），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k结点的左子结点编号为2k；
否则该结点无左子结点（也无右子结点）；
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。
补充：
增加度为1的结点不会影响二叉树的叶子结点数，每增加一个度为2的结点便会增加一个叶子结点，没有度为2的结点时叶子结点数为1。
已知完全二叉树有x个结点，求其叶子结点数：
①确定层数为k；
②第k层的结点数y=x-（2k-1-1）；
③第k-1层的叶子结点数n=2（k-1）-1-y/2<
若y/2有余，则要加1>
；
④最后y+n。
二叉树存储结构采用链式存储结构，对于满二叉树与完全二叉树可以按层序进行顺序存储。
二叉树的遍历：
（1）前序遍历（DLR），首先访问根结点，然后遍历左子树，最后遍历右子树；
（树根在第一，下走不跳结点）
（2）中序遍历（LDR），首先遍历左子树，然后访问根结点，最后遍历右子树；
（有左先左，再寻根，后找右。
最左边的结点最先遍历，最右边的结点最后遍历）
（3）后序遍历（LRD）首先遍历左子树，然后访问遍历右子树，最后访问根结点。
（有左先左，再找右，后寻根，到最右一路上行，树根在最后）
前序遍历结果为abdehicfg；
中序遍历结果为dbheiafcg；
后序遍历结果为dhiebfgca
例2：
先序遍历图1.13的二叉树。
图1.13
先访问整棵二叉树的根结点A，然后再先序遍历左子树T1；
在访问T1时，也以先序遍历原则，先访问T1的根结点B，然后再先序遍历T1的左子树T11；
在访问T11时，也以先序遍历原则，先访问T11的根结点D，然后再先序遍历T11的左子树。
由于此时T11的左子树只有H结点，所以访问H结点，T11的左子树先序遍历结束，根据先序遍历的原则，进行先序遍历T11的右子树。
由于T11的右子树只有I结点，故访问此结点后T11的右子树的先序遍历结束。
先序遍历完T11子树后，返回T1子树，先序遍历T1的右子树。
先序遍历完T1子树后，接着先序遍历根结点A的右子树T2。
先序遍历完T2后，该二叉树的所有结点都已经访问过，各结点被访问的顺序为：
ABDHIECFG
1）中序遍历：
先中序遍历左子树，然后再访问根结点，最后再中序遍历右子树。
对图1.12的二叉树进行中序遍历，访问各个结点的顺序为：
HDIBEAFCG
2）后序遍历：
先后序遍历左子树，然后再后序遍历右子树，最后再访问根结点。
对图1.12的二叉树进行后序遍历，访问各个结点的顺序为：
HIDEBFGCA。
下面树的先序、中序、后续遍历的结果依次为__abdcef_、bdaecf_、_dbefca
6、一棵二叉树如图所示，它的中序遍历的结果为（B）
A、abdgcefhB、dgbaechfC、gdbehfcaD、abcdefgh
小结：
逻辑结构可分为线性表和非线性表。
线性表包括栈、队列，其存储方式为顺序存储、链式存储均可。
链式型有：
线性链表，带链的栈，带链的队列，循环链表等。
非线性表包括树（二叉树），其存储方式为链式存储。
1.7查找技术
只能使用顺序查找的两种情况：
（1）线性表为无序表，不管是顺序存储还是链式存储；
（2）表采用链式存储结构，即使是有序线性表。
二分法查找只适用于顺序存储的有序表，对于长度为n的有序线性表，最坏情况只需比较log2n次，而顺序查找需要比较n次。
1.8排序技术
排序是指将一个无序序列整理成按值非递减顺序排列的有序序列。
交换类排序法：
（1）冒泡排序法，需要比较的次数为n（n-1）/2；
（2）快速排序法。
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（n1.5）次比较。
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。
第二章程序设计基础
2.1程序设计设计方法和风格
“清晰第一、效率第二”已成为当今主导的程序设计风格。
形成良好的程序设计风格需注意：
（详见书P27）
1、源程序文档化；
2、数据说明的方法；
3、语句的结构；
4、输入和输出。
注释分序言性注释和功能性注释。
语句结构清晰第一、效率第二。
2.2结构化程序设计
结构化程序设计方法的四条原则是：
1、自顶向下；
2、逐步求精；
3、模块化；
4、结构化编码限制使用goto语句。
（1）自顶向下。
程序设计时，应先考虑总体，后考虑细节；
先考虑全局目标，后考虑局部目标。
不要一开始就过多追求众多的细节，先从最上层总目标开始设计，逐步使问题具体化。
（2）逐步求精。
对复杂问题，应设计一些子目标作过渡，逐步细化。
（3）模块化。
一个复杂问题，肯定是由若干稍简单的问题构成。
模块化是把程序要解决的总目标分解为分目标，再进一步分解为具体的小目标，把每个小目标称为一个模块。
（4）限制使用goto语句。
结构化程序的基本结构及特点：
（1）顺序结构：
一种简单的程序设计，最基本、最常用的结构；
（2）选择结构：
又称分支结构，包括简单选择和多分支选择结构，可根据条件，判断应该
选择哪一条分支来执行相应的语句序列；
（3）循环结构：
又称重复结构，可根据给定条件，判断是否需要重复执行某一相同或类似
的程序段。
结构化程序设计的特点：
只有一个入口和出口
2.3面向对象的程序设计
面向对象的程序设计的首次提出以60年代末挪威奥斯陆大学和挪威计算机中心研制的SIMULA语言为标志。
面向对象方法的优点：
（1）与人类习惯的思维方法一致；
（2）稳定性好；
（3）可重用性好；
（4）易于开发大型软件产品；
（5）可维护性好。
对象是面向对象方法中最基本的概念，可以用来表示客观世界中的任何实体，对象是实体的抽象。
面向对象的程序设计方法中，对象是由数据的容许的操作组成的封装体，是系统中用来描述客观事物的一个实体，是构成系统的一个基本单位，由一组表示其静态特征的属性和它可执行的一组操作组成。
属性即对象所包含的信息，它在设计对象时确定，一般只能通过执行对象的操作来改变。
操作描述了对象执行的功能，是对象的动态属性，操作也称为方法或服务。
对象的基本特点：
（1）标识惟一性。
指对象是可区分的，并且由对象的内在本质来区分，而不是通过描述来区分。
（2）分类性。
指可以将具有相同属性的操作的对象抽象成类。
（3）多态性。
指同一个操作可以是不同对象的行为。
（4）封装性。
从外面看只能看到对象的外部特性，即只需知道数据的取值范围和可以对该数据施加的操作，根本无需知道数据的具体结构以及实现操作的算法。
对象的内部，即处理能力的实行和内部状态，对外是不可见的。
从外面不能直接使用对象的处理能力，也不能直接修改其内部状态，对象的内部状态只能由其自身改变。
*：
信息隐蔽是通过对象的封装性来实现的。
（5）模块独立性好。
对象是面向对象的软件的基本模块，它是由数据及可以对这些数据施加的操作所组成的统一体，而且对象是以数据为中心的，操作围绕对其数据所需做的处理来设置，没有无关的操作。
从模块的独立性考虑，对象内部各种元素彼此结合得很紧密，内聚性强。
类是指具有共同属性、共同方法的对象的集合。
类是关于对象性质的描述。
类是对象的抽象，对象是其对应类的一个实例。
消息是一个实例与另一个实例之间传递的信息。
对象间的通信靠消息传递。
它请求对象执行某一处理或回答某一要求的信息，它统一了数据流和控制流。
消息的组成包括：
（1）接收消息的对象的名称；
（2）消息标识符，也称消息名；
（3）零个或多个参数。
继承是使用已有的类定义作为基础建立新类的定义技术，广义指能够直接获得已有的性质和特征，而不必重复定义他们。
继承具有传递性，一个类实际上继承了他上层的全部基类的特性。
继承分单继承和多重继承。
单继承指一个类只允许有一个父类，即类等级为树形结构；
多重继承指一个类允许有多个父类。
多态性是指同样的消息被不同的对象接受时可导致完全不同的行动的现象
第三章软件工程基础
3.1软件工程基本概念
计算机软件是包括程序、数据及相关文档的完整集合。
软件的特点包括：
（1）软件是一种逻辑实体，具有抽象性；
（2）软件的生产与硬件不同，它没有明显的制作过程；
（3）软件在运行、使用期间不存在磨损、老化问题；
（4）软件的开发、运行对计算机系统具有依赖性，受计算机系统的限制，这导致了软件移植的问题；
（5）软件复杂性高，成本昂贵；
（6）软件开发涉及诸多的社会因素。
软件按功能分为应用软件、系统软件、支撑软件（或工具软件）。
软件危机主要表现在成本、质量、生产率等问题。
软件工程是应用于计算机软件的定义、开发和维护的一整套方法、工具、文档、实践标准和工序。
简单的说就是使软件走向工程化。
软件工程的核心思想是把软件产品看作是一个工程产品来处理。
软件工程包括3个要素：
方法、工具和过程。
软件工程过程是把软件转化为输出的一组彼此相关的资源活动，包含4种基本活动：
（1）P（plan）——软件规格说明；
（2）D（do）——软件开发；
（3）C（check）——软件确认；
（4）A（action）——软件演进。
软件生命周期：
软件产品从提出、实现、使用维护到停止使用退役的过程。
软件生命周期分三个阶段：
软件定义、软件开发、运行维护，
主要活动阶段是：
（1）可行性研究与计划制定；
（2）需求分析；
（3）软件设计（概要设计和详细设计）；
（4）软件实现；
（5）软件测试；
（6）运行和维护。
软件工程的目标：
在给定成本、进度的前提下，开发出具有有效性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可适应性、可移植性、可追踪性和可互操作性且满足用户需求的产品。
基本目标：
付出较低的开发成本；
达到要求的软件功能；
取得较好的软件性能；
开发软件易于移植；
需要较低的费用；
能按时完成开发，及时交付使用。
软件工程的理论和技术性研究的内容主要包括：
软件开发技术和软件工程管理。
软件开发技术包括：
软件开发方法学、开发过程、开发工具和软件工程环境。
软件开发环境或软件工程环境是指全面支持软件开发全过程的软件工具的集合。
软件工程管理包括：
软件管理学、软件工程经济学、软件心理学等内容。
软件管理学包括人员组织、进度安排、质量保证、配置管理、项目计划等。
软件工程基本原则：
抽象、信息隐蔽、模块化、局部化、确定性、一致性、完备性和可验证性。
3.2结构化分析方法
结构化方法的核心和基础是结构化程序设计理论。
软件定义阶段中，可行性研究与计划的制定是确定待开发目标和总的要求，给出它的功能、性能、可靠性以及接口等方面的可能方案，制定完成开发的实施计划。
需求分析，对待开发软件提出的需求分析并给出详细的定义。
需求分析阶段的工作：
需求获取，需求分析，编写需求规格说明书，需求评审。
需求分析方法有：
（1）结构化需求分析方法；
面向数据结构的Jackson方法（ISD）；
面向数据流的结构化分析方法（SA）；
面向数据结构的结构化数据系统开发方法（DSSD）；
（2）面向对象的分析的方法（OOA）。
从需求分析建立的模型的特性来分：
静态分析和动态分析。
结构化分析方法的实质：
着眼于数据流，自顶向下，逐层分解，建立系统的处理流程，以数据流图和数据字典为主要工具，建立系统的逻辑模型。
结构化分析的常用工具：
数据流图；
数据字典；
判定树；
判定表。
（1）数据流图（DFD图）：
描述数据处理过程的工具，是需求理解的逻辑模型的图形表示，它直接支持系统功能建模。
①加工（转换）——圆框，输入数据经加工变换产生的输出。
②数据流——箭头，沿箭头方向传递数据的通道，一般在旁边标注数据流名。
③存储文件（数据源）——双横线，表示处理过程中存放各种数据的文件。
④源、潭——方框，表示系统和环境的接口，属系统之外的实体。
（2）数据字典：
对所有与系统相关的数据元素的一个有组织的列表，以及精确的、严格的定义，使得用户和系统分析员对于输入、输出、存储成分和中间计算结果有共同的理解。
数据字典是结构化分析的核心。
（3）判定树：
从问题定义的文字描述中分清哪些是判定的条件，哪些是判定的结论，根据描述材料中的连接词找出判定条件之间的从属关系、并列关系、选择关系，根据它们构造判定树。
（4）判定表：
与判定树相似，当数据流图中的加工要依赖于多个逻辑条件的取值，即完成该加工的一组动作是由于某一组条件取值的组合而引发的，使用判定表描述比较适宜。
软件需求规格说明书的特点：
①正确性；
②无岐义性；
③完整性；
④可验证性；
⑤一致性；
⑥可理解性；
⑦可修改性；
⑧可追踪性。
3.3结构化设计方法
软件设计是确定系统的物理模型。
软件设计是开发阶段最重要的步骤，是将需求准确地转化为完整的软件产品或系统的唯一途径。
系统设计人员和程序设计人员应该在反复理解软件需求的基础上，给出软件结构、模块的划分、功能的分配以及处理流程。
软件设计的基本目标是用比较抽象概括的方式确定目标系统如何完成预定的任务。
从技术观点来看，软件设计包括软件结构设计、数据设计、接口设计、过程设计。
①结构设计：
定义软件系统各主要部件之间的关系。
②数据设计：
将分析时创建的模型转化为数据结构的定义。
③接口设计：
描述软件内部、软件和协作系统之间以及软件与人之间如何通信。
④过程设计：
把系统结构部件转换成软件的过程描述。
从工程管理角度来看，软件设计分两步：
概要设计和详细设计。
软件设计的一般过程：
软件设计是一个迭代的过程；
先进行高层次的结构设计；
后进行低层次的过程设计；
穿插进行数据设计和接口设计。
软件设计的基本原理是：
（1）抽象；
（2）模块化；
（3）信息隐蔽；
（4）模块独立性。
衡量软件模块独立性使用耦合性和内聚性两个定性的度量标准。
耦合性是模块见相互连接的紧密程度的度量。
耦合程度取决于各个模块之间接口的复杂程度、调用方式以及哪些信息通过接口。
内聚性是一个模块内部各个元素间彼此结合的紧密程度的度量。
在程序结构中各模块的内聚性越强，则耦合性越弱。
优秀软件应高内聚，低耦合，有利于提高模块的独立性。
软件概要设计的基本任务是：
（1）设计软件系统结构；
（2）数据结构及数据库设计；
（3）编写概要设计文档；
（4）概要设计文档评审。
在结构图中，模块用一个矩形表示，箭头表示模块间的调用关系。
可以用带注释的箭头表示模块调用过程中来回传递的信息。
还可用带实心圆的箭头表示传递的是控制信息，空心圆箭心表示传递的是数据。
结构图的基本形式：
基本形式、顺序形式、重复形式、选择形式。
结构图有四种模块类型：
传入模块、传出模块、变换模块和协调模块。
典型的数据流类型有两种：
变换型和事务型。
变换型系统结构图由输入、中心变换、输出三部分组成。
事务型数据流的特点是：
接受一项事务，根据事务处理的特点和性质，选择分派一个适当的处理单元，然后给出结果。
详细设计：
是为软件结构图中的每一个模块确定实现算法和局部数据结构，用某种选定的表达工具表示算法和数据结构的细节。
常见的过程设计工具有：
图形工具（程序流程图（PFD）、N-S图、PAD图、），表格工具（判定表），语言工具（PDL）。
程序流程图中：
箭头为控制流、方框为加工步骤、菱形为逻辑条件。
3.4软件测试
软件测试定义：
使用人工或自动手段来运行或测定某个系统的过程，其目的在于检验它是否满足规定的需求或是弄清预期结果与实际结果之间的差别。
软件测试的目的：
发现错误而执行程序的过程。
软件测试方法：
静态测试和动态测试。
静态测试包括代码检查、静态结构分析、代码质量度量。
不实际运行软件，主要通过人工进行。
动态测试：
是基本计算机的测试，主要包括白盒测试方法和黑盒测试方法。
白盒测试：
也称结构测试或逻辑测试。
在程序内部进行，主要用于完成软件内部操作的验证。
白盒测试主要考虑内部的逻辑结构。
主要方法有逻辑覆盖、基本路径测试。
黑盒测试：
也称功能测试或数据驱动测试。
是在软件接口处进行，完成功能验证。
黑盒测试完全不考虑程序内部的逻辑结构和内部特性，只依据程序的需求和功能规格说明，检查程序的功能是否符合它的设计要求。
主要诊断功能不对或遗漏、界面错误、数据结构或外部数据库访问错误、性能错误、初始化和
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