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1、 给数据结构初学者：跨过算法和程序之间的鸿沟 【摘要】学习数据结构时，将各种根本操作通过程序实现，可以加深对算法的理解，也是提高编程能力的一种有效手段。针对初学者在搭建算法和 程序之间联系困难的问题，本文以线性表局部为例，介绍了如何从读算法中找出实现程序的线索，围绕算法和程序之间的联系、抽象的描述和具体的实现之间的关 系，引导读者学到抽象算法的精髓，最后对实践的路线、方案等进展了总结，并给出一些建议。【正文】计算机是算法的科学。学习IT的童鞋，在算法中下多大的功夫都不为过。在学习数据结构课程的时候，将教 材中给出的算法用程序代码描述出来，在实现的过程中，可以不断加深思考；在调试程序的过程中，对
2、算法的细节能够进展精细的钻研，这些都是获得算法精髓的方 法。算法往往用“伪代码的形式给出，学生在学习过程中，将这种抽象的描述与能够执行的具体形态的代码之间建立联系，使得算法形象起来，这样一个学习过 程，以与由此带来的体验，将会使学生在技术成长之路上受益菲浅。在我组织的“未来IT工程师协会/CSDN高校俱乐部的活动中，结合同学们正在“算法与数据结构课程，创办“算法达人修炼营，组成合作学习团体，实践相关的各种算法，讨论在算法学习中遇到的问题，以此来提高驾驭算法的能力。为帮助同学们做好抽象的数据结构、算法与某种语言编写的程序之间的过渡，特撰写此文。结合我校大二同学已经有的知识结构，本文以严蔚敏教师的
3、数据结构C语言版为根底说数据结构和算法，实现算法的语言用C和C+。建议：读本文中，一边翻着教材才有感觉。一、读算法中找出实现程序的线索要看懂算法，解决其中存在的障碍，需要同学们在读书时能够做到前后对照。以P23中的算法为例讲读算法的方法，以与如何前后对照。算法的顺序存储的线性表的初始化问题，伪代码是：为便于后续的说明，为算法加些行号：plainview plaincopyprint?1. 1.StatusInitList_sq(SqList&L)2. 2./构造一个空的线性表L3. 3.L.elem=(ElemType*)malloc(LIST_INIT_SIZE*size(ElemType)
4、;4. 4.if(!L.elem)exit(OVERFLOW);/存储分配失败5. 5.L.length=0;/空表长度为06. 6.L.listsize=LIST_INIT_SIZE;/初始存储容量7. 7.returnOK;8. 8.这个算法要解决的问题非常显然，用思维导图表达出来是： 算法中的逻辑非常简单，常有同学说，算法是能看懂。这得益于抽象后面专门要说，使我们忽略了很多实现中要考虑的细节，所以容易看懂，这是抽象的好 处。而恰好由于忽略了实现细节中的具体形态，使得在考虑如何实现算法时出现障碍。这不是一个大问题，却成为初学者起步的一个障碍，尤其是对程序设计的功底 并不很深的同学。程序设计
5、功底的加强是必需的，但已经到了这个阶段，并不是一定要先补上那一课再能学数据结构，时候不等人。实际上，学数据结构，同时也 促程序设计。障碍主要来自于，算法描述中出现的“词汇和曾经编程中用过的似乎并不一样。“字都不认识，谈何理解，又何谈实现。实际上，会看书的同学应该发现，算法中出现的“词，在教材前面都曾经出现过，我们找出来，将其联系到一起。说有些同学不会看书可能委屈，更多的是没有耐心，一门课程起步阶段，根底性的容要看细了。算法第1行：StatusInitList_sq(SqList&L)InitList_sq是函数名自不用说。Status显然是函数InitList_sq()的返回值类型，但终究是什
6、么类型呢？C和C+中没有这种数据类型，其他语言中也没有，可以猜到是自定义类型。教材P10有解释：教材接着给出了在C语言实现算法时的建议：cppview plaincopyprint?1. /Status是函数的类型，其值是函数结果的代码2. typedefintStatus其实如果用PASCAL实现，需要按PASCAL语言的语法写作：delphiview plaincopyprint?1. typeStatus=integer;一个函数执行完毕后，函数结果的代码给出一些约定如1是成功，0是失败通过返回值通知调用函数执行的情况，这种设计很常见。那么，此处Status用整型表示，其具体取值与含义是
7、什么？从算法第7行returnOK;可以看出，这个OK就是Status可取的值。同样在P10，有一些常定义只列两行，ERROR在其他函数中用到：cppview plaincopyprint?1. #defineOK12. #defineERROR0在PASCAL中，对应的定义是：delphiview plaincopyprint?1. constOK=1;2. constERROR=0;还没有说Java，不说不够意思。C/C+和PASCAL中利用自定义类型解决，而Java中没有提自定义类型一词，但实际就在不断地声明自定义类型(calss)。在此做自定义类实现涉嫌杀鸡用牛刀，一种适宜的解决方法是
8、用枚举类型其实这种方法对C/C+也适宜：javaview plaincopyprint?1. enumStatusERROR,OK;理解：抽象的Status在各种语言中实现的途径不同，甚至在一种语言中也可以有不同的实现方案。算法这样的写法有两个方面的好处：1可以供使用不同语言编程的人使用；2对学习算法的人而言，可以忽略用某语言实现的细节，而将注意力集中到算法本身。这两点好处对于后面的复杂算法更加重要。再次强调，要习惯并喜欢上这种抽象的描述。接下来讲函数InitList_sq()的形式参数&L。形式参数&L的类型是对SqList类型的引用。SqList类型是何类型？自定义类型。SqList是一个
9、结构体类型，其定义就在P22，算法前的一点点：SqList结构体包括有三个数据成员，在函数中都会用到。Length和listsize成员的类型是整型int好理解，ElemType又是个什么类型？理解了前面Status抽象的意义后，可以猜到ElemType又是个抽象数据类型，对应的是顺序表中要存储的数据的类型。ElemType见名知义，元素类型在教材前面出现过，但放在不同应用背景下，可以给出不同的定义。这个数据可以是简单的整型假如干整数的序列构成一个线性表，也可以是浮点型，甚至ElemType是一个字符串、结构体。例如，可以是：cppview plaincopyprint?1. typedefi
10、ntElemType还可以是：cppview plaincopyprint?1. typedefstructstudent2. charnum10;3. charname16;4. intage;5. floatscore;6. ElemType;在教材例中，线性表中的数据是多项式中的一项，需要记录数据下系数和指数，使用了结构体：cppview plaincopyprint?1. typedefstruct2. floatcoef;/系数3. intexpn;/指数4. ElemType;至于用其他语言和任务的实现，不再给出分析和示例，道理一样。理解了上面的容，从第2行开始就好办了。第2行注释
11、说明了这个算法完成的操作，第3行分配存空间：cppview plaincopyprint?1. L.elem=(ElemType*)malloc(LIST_INIT_SIZE*size(ElemType);malloc()函数是分配存空间，相当于C+中的new运算符。查手册知malloc()的原型是：cppview plaincopyprint?1. void*malloc(unsignedintnum_bytes);由函数调用可以看出，分配的空间大小为LIST_INIT_SIZE*size(ElemType)，足够存放LIST_INIT_SIZE定义的常量，值为100，见P22个ElemTy
12、pe型的值，返回的地址指针转换为指向ElemType型的指针。函数调用完毕后，将指针赋值给L.elem。算法第4行：if(!L.elem)exit(OVERFLOW);是在存储分配失败时的处理，OVERFLOW是P10定义的常量，值为-2。第5行和第6行算法就不再多述。其实也都是C中的容，不清楚的容通过参考资料可以解决。从上面的描述可以看出，教材中说得是用伪代码描述算法，算法实际上已经就是程序了。以C语言实现为例，在实现时，需要把这段算法/程序所需要的其他容写到一个文件中。需要写一些类型定义typedef、常量定义#define、包含文件#include等，这是语言的要求。另外，还要增加mia
13、n()函数作为程序运行的入口，在其中设置测试和调试程序的代码，如果必要，还应该增加一些专门用于输入、输出的函数。这样，为实践算法2.3写出的对应程序是：cppview plaincopyprint?1. #include/printf()等2. #include/malloc()等3. #include/exit()4. #defineOK15. #defineOVERFLOW-26. typedefintStatus;/Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等7. typedefintElemType;/ElemType是线性表中数据元素的类型，此处用int8. #defi
14、neLIST_INIT_SIZE10/线性表存储空间的初始分配量，为方便测试，改为109. typedefstruct10. 11. ElemType*elem;/存储空间基址12. intlength;/当前长度13. intlistsize;/当前分配的存储容量(以sizeof(ElemType)为单位)14. SqList;15. StatusInitList(SqList&L)16. /操作结果：构造一个空的顺序线性表17. L.elem=(ElemType*)malloc(LIST_INIT_SIZE*sizeof(ElemType);18. if(!L.elem)19. exit(OVERFLOW);/存储分配失败20. L.length=0;/空表长度为021. L.listsize=LIST_INIT_SIZE;/初始存储容量22. returnOK;23. 24. StatusListTraverse(SqListL)25.
