計(jì)算機(jī)學(xué)院教案課程名稱：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開課部門：計(jì)算機(jī)學(xué)院開課學(xué)期：2025--2026學(xué)年第一學(xué)期授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)科班任課教師：XXX教師職稱：副教授使用教材：教材主編出版社

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：課程導(dǎo)入&緒論：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法度量授課時(shí)長：4學(xué)時(shí)（160分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)科班主講教師：黃建樓學(xué)情分析授課對(duì)象為24級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)大二上學(xué)期的學(xué)生，他們已經(jīng)具備了一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，如編程語言（C語言）、計(jì)算機(jī)組成原理等。但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門相對(duì)抽象的課程，對(duì)于學(xué)生來說有一定的難度。學(xué)生可能在理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的抽象概念和算法復(fù)雜度分析方面存在困難。需要通過生動(dòng)的實(shí)例和詳細(xì)的講解來幫助他們理解。教學(xué)目標(biāo)掌握

?掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念，包括數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。

?掌握算法復(fù)雜度分析方法，能準(zhǔn)確分析常見算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。

熟悉

?熟悉常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，如數(shù)組、鏈表、棧、隊(duì)列等。

?熟悉算法的定義和特性。

了解

?了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的重要性。教學(xué)重點(diǎn)1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念，包括數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義和分類。

2.算法的定義、特性和復(fù)雜度分析方法，重點(diǎn)是時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的分析。教學(xué)難點(diǎn)1.理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法度量的抽象概念及二者的內(nèi)在聯(lián)系。

2.掌握算法復(fù)雜度分析方法，能準(zhǔn)確分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。教學(xué)方法1.講授法：系統(tǒng)講解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法度量的基本概念、理論知識(shí)。

2.案例教學(xué)法：通過生活中的實(shí)例和代碼示例，幫助學(xué)生理解抽象的概念。

3.討論法：組織學(xué)生討論算法復(fù)雜度分析的結(jié)果，加深對(duì)知識(shí)的理解。板書設(shè)計(jì)課程導(dǎo)入&緒論：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法度量

?課程導(dǎo)入

?生活實(shí)例：圖書館書籍?dāng)[放

?代碼示例：簡單查找算法

?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念

?數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)項(xiàng)

?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義

?常見數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)組、鏈表、棧、隊(duì)列、樹、圖

?算法度量

?算法的定義和特性

?算法復(fù)雜度分析

?時(shí)間復(fù)雜度

?空間復(fù)雜度教學(xué)過程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間課程導(dǎo)入

在正式開始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)前，先來看幾個(gè)生活中的例子。想象一下圖書館的書籍?dāng)[放，如果書籍隨意堆放，當(dāng)我們想要找一本特定的書時(shí)，會(huì)非常困難，可能需要花費(fèi)大量時(shí)間逐一查找。但如果圖書館按照一定的規(guī)則，如按照類別、作者、書名等進(jìn)行分類擺放，我們就能快速找到所需書籍。這其實(shí)就是數(shù)據(jù)組織和管理的重要性體現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，同樣如此。當(dāng)我們處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，如果沒有合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)和組織這些數(shù)據(jù)，程序的運(yùn)行效率會(huì)很低。接下來，通過一個(gè)簡單的代碼示例來感受一下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的作用。

c

include<stdio.h>

//查找數(shù)組中是否存在某個(gè)元素的簡單算法

intsearch(intarr[],intn,intx){

for(inti=0;i<n;i++){

if(arr[i]==x){

returni;

}

}

return-1;

}

intmain(){

intarr[]={1,2,3,4,5};

intn=sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);

intx=3;

intresult=search(arr,n,x);

if(result==-1){

printf("元素%d未找到\n",x);

}else{

printf("元素%d在數(shù)組中的索引是%d\n",x,result);

}

return0;

}

在這個(gè)例子中，我們使用數(shù)組這種簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單的查找算法。但如果數(shù)據(jù)量非常大，這種查找方式的效率就會(huì)很低。那有沒有更好的方法呢？這就引出了我們要學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念

數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)項(xiàng)

數(shù)據(jù)是指所有能輸入到計(jì)算機(jī)中并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號(hào)的總稱。例如，整數(shù)、字符、圖像、聲音等都可以是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)的基本單位，在計(jì)算機(jī)程序中通常作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮和處理。比如，在一個(gè)學(xué)生信息管理系統(tǒng)中，每個(gè)學(xué)生的信息（包括學(xué)號(hào)、姓名、年齡等）就是一個(gè)數(shù)據(jù)元素。數(shù)據(jù)項(xiàng)則是構(gòu)成數(shù)據(jù)元素的不可分割的最小單位，像學(xué)生信息中的學(xué)號(hào)、姓名等就是數(shù)據(jù)項(xiàng)。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。它包括數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。邏輯結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系，可分為集合、線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)和圖狀結(jié)構(gòu)。物理結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)方式，主要有順序存儲(chǔ)和鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)。

常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有數(shù)組、鏈表、棧、隊(duì)列、樹、圖等。數(shù)組是一種連續(xù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以通過下標(biāo)快速訪問元素。鏈表則是通過指針將各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接起來，插入和刪除操作比較方便。棧是一種后進(jìn)先出（LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就像一摞盤子，最后放上去的盤子最先被拿走。隊(duì)列是一種先進(jìn)先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，類似于排隊(duì)，先到的人先接受服務(wù)。樹是一種層次結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有根節(jié)點(diǎn)、分支節(jié)點(diǎn)和葉子節(jié)點(diǎn)。圖是一種更復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由頂點(diǎn)和邊組成，可用于表示各種復(fù)雜的關(guān)系。

算法度量

算法的定義和特性

算法是對(duì)特定問題求解步驟的一種描述，是指令的有限序列。一個(gè)好的算法應(yīng)具備五個(gè)特性：有窮性、確定性、可行性、輸入和輸出。有窮性是指算法必須在有限的步驟之后終止。確定性是指算法的每一步驟都必須有明確的定義，不允許有歧義?？尚行允侵杆惴ǖ拿恳徊蕉急仨毷强尚械模軌蛲ㄟ^有限次基本運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。輸入是指算法可以有零個(gè)或多個(gè)輸入。輸出是指算法必須有一個(gè)或多個(gè)輸出。

算法復(fù)雜度分析

算法復(fù)雜度包括時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。時(shí)間復(fù)雜度是指算法執(zhí)行所需要的計(jì)算工作量，通常用大O表示法來描述。例如，上面的查找算法，其時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，因?yàn)樵谧顗那闆r下，需要遍歷整個(gè)數(shù)組。空間復(fù)雜度是指算法在執(zhí)行過程中所需要的存儲(chǔ)空間，同樣也用大O表示法來描述。對(duì)于上面的查找算法，其空間復(fù)雜度為O(1)，因?yàn)橹恍枰?shù)級(jí)的額外空間。

下面詳細(xì)介紹如何分析算法的時(shí)間復(fù)雜度。以一個(gè)簡單的嵌套循環(huán)為例：

c

include<stdio.h>

voidprintPairs(intn){

for(inti=0;i<n;i++){

for(intj=0;j<n;j++){

printf("(%d,%d)\n",i,j);

}

}

}

intmain(){

intn=3;

printPairs(n);

return0;

}

在這個(gè)例子中，外層循環(huán)執(zhí)行n次，內(nèi)層循環(huán)也執(zhí)行n次，所以總的執(zhí)行次數(shù)為n*n，即n2。因此，該算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(n2)。

總結(jié)與拓展

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們了解了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性，掌握了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的基本概念，以及算法復(fù)雜度的分析方法。在后續(xù)的學(xué)習(xí)中，我們將深入學(xué)習(xí)各種具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，并學(xué)會(huì)如何根據(jù)不同的問題選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。同時(shí)，大家可以思考一下，在生活中還有哪些場景可以應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的思想。觀看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法應(yīng)用場景視頻并討論

分析排序算法實(shí)例的執(zhí)行步驟

分組計(jì)算不同算法的時(shí)間復(fù)雜度

討論實(shí)際工程中的算法選擇案例建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與現(xiàn)實(shí)問題的關(guān)聯(lián)認(rèn)知

理解算法基本特征和度量維度

掌握漸進(jìn)時(shí)間復(fù)雜度的計(jì)算方法

培養(yǎng)工程實(shí)踐中算法選擇能力30分鐘

25分鐘

55分鐘

50分鐘課堂小結(jié)本次課通過課程導(dǎo)入，讓學(xué)生初步感受數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性，接著詳細(xì)講解了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念，包括數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)項(xiàng)等，以及常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型。同時(shí)，介紹了算法的定義、特性和復(fù)雜度分析方法，重點(diǎn)講解了時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的概念及分析方法。學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法度量有了初步的認(rèn)識(shí)，但對(duì)于算法復(fù)雜度的分析還需要進(jìn)一步練習(xí)和鞏固。作業(yè)布置1.思考并列舉至少兩個(gè)生活中可以應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法思想的場景，并簡單說明如何應(yīng)用。

2.分析以下算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度：

c

include<stdio.h>

voidprintSum(intn){

intsum=0;

for(inti=0;i<n;i++){

sum+=i;

}

printf("Sum:%d\n",sum);

}

intmain(){

intn=5;

printSum(n);

return0;

}

課后反思在本次教學(xué)過程中，通過生活實(shí)例和代碼示例引入課程，能較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但在講解算法復(fù)雜度分析時(shí)，部分學(xué)生理解起來有困難，可能是因?yàn)楦拍畋容^抽象。在后續(xù)教學(xué)中，應(yīng)增加更多的實(shí)例和練習(xí)，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)。同時(shí)，要更加關(guān)注學(xué)生的反饋，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和進(jìn)度。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：順序表：數(shù)組、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)分配、增刪授課時(shí)長：4學(xué)時(shí)（160分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)科班主講教師：XXX學(xué)情分析本次授課對(duì)象是24級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)大二上學(xué)期的學(xué)生。經(jīng)過一年多的專業(yè)學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)具備了一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和編程能力，對(duì)C語言的基本語法有了一定的掌握。但是，對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念和應(yīng)用還處于初步了解階段，需要進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)。

這個(gè)階段的學(xué)生具有較強(qiáng)的好奇心和學(xué)習(xí)積極性，喜歡通過實(shí)踐來掌握知識(shí)。然而，他們在邏輯思維和抽象思維能力方面還有待提高，對(duì)于一些復(fù)雜的概念和算法理解起來可能會(huì)有一定的困難。在學(xué)習(xí)過程中，可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)理論知識(shí)理解不深入、實(shí)踐操作不熟練等問題。因此，在教學(xué)過程中，要注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，采用生動(dòng)形象的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。教學(xué)目標(biāo)掌握

1.掌握數(shù)組的基本概念和定義方法，能夠正確定義不同類型的數(shù)組。

2.掌握數(shù)組的靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配方式，能夠根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的分配方式。

3.掌握數(shù)組元素的增刪操作，能夠在靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配數(shù)組中正確實(shí)現(xiàn)元素的增刪。

熟悉

1.熟悉數(shù)組在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式和訪問方法。

2.熟悉動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)（如malloc、calloc、realloc、free）的使用方法和注意事項(xiàng)。

3.熟悉數(shù)組元素增刪操作的算法思路和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

了解

1.了解數(shù)組在實(shí)際問題中的應(yīng)用場景，如數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、圖像處理等。

2.了解靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配的優(yōu)缺點(diǎn)，以及在不同場景下的選擇原則。教學(xué)重點(diǎn)1.數(shù)組的基本概念和特點(diǎn)，包括數(shù)組的定義、下標(biāo)訪問等。

2.數(shù)組的靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配方式，掌握靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配的實(shí)現(xiàn)方法。

3.數(shù)組元素的增刪操作，包括靜態(tài)分配數(shù)組和動(dòng)態(tài)分配數(shù)組的增刪實(shí)現(xiàn)。教學(xué)難點(diǎn)1.理解動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的原理和機(jī)制，包括內(nèi)存的申請(qǐng)、釋放以及可能出現(xiàn)的內(nèi)存泄漏問題。

2.掌握數(shù)組元素增刪操作在不同分配方式下的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，尤其是動(dòng)態(tài)分配數(shù)組的增刪操作，需要考慮內(nèi)存的重新分配和數(shù)據(jù)的移動(dòng)。

3.能夠根據(jù)具體問題場景，合理選擇靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配方式，并正確實(shí)現(xiàn)數(shù)組元素的增刪操作。教學(xué)方法1.講授法：通過清晰的講解，向?qū)W生傳授數(shù)組的基本概念、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)分配的原理以及數(shù)組元素增刪操作的實(shí)現(xiàn)方法。

2.演示法：在講解過程中，通過代碼示例在屏幕上進(jìn)行演示，讓學(xué)生直觀地看到數(shù)組的定義、分配和增刪操作的執(zhí)行過程。

3.案例分析法：通過實(shí)際的案例，如學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)用戶輸入數(shù)據(jù)等，讓學(xué)生了解數(shù)組在實(shí)際問題中的應(yīng)用，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

4.討論法：組織學(xué)生對(duì)數(shù)組的靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配的優(yōu)缺點(diǎn)、內(nèi)存泄漏等問題進(jìn)行討論，激發(fā)學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流能力。板書設(shè)計(jì)數(shù)組、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)分配、增刪

1.數(shù)組的基本概念

?定義：一組相同數(shù)據(jù)類型元素的有序集合

?特點(diǎn)：相同類型、有序、連續(xù)存儲(chǔ)

2.數(shù)組的靜態(tài)分配

?概念：編譯時(shí)確定大小，運(yùn)行時(shí)不可變

?示例：intarr[5];

?優(yōu)缺點(diǎn)

3.數(shù)組的動(dòng)態(tài)分配

?概念：運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存

?函數(shù)：malloc、calloc、realloc、free

?示例：intarr=(int)malloc(5*sizeof(int));

?優(yōu)缺點(diǎn)

4.數(shù)組元素的增刪操作

?靜態(tài)分配數(shù)組增刪

?動(dòng)態(tài)分配數(shù)組增刪

5.案例分析

?學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)

?動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)用戶輸入數(shù)據(jù)教學(xué)過程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間一、課程導(dǎo)入

在計(jì)算機(jī)編程中，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理是非常重要的。數(shù)組作為一種基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在很多場景下都有廣泛的應(yīng)用。比如在統(tǒng)計(jì)學(xué)生成績、存儲(chǔ)圖像像素信息等方面，數(shù)組都能發(fā)揮重要作用。那么，什么是數(shù)組呢？它又有哪些特點(diǎn)和應(yīng)用方式呢？今天我們就來深入學(xué)習(xí)數(shù)組，以及它的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)分配和增刪操作。

二、數(shù)組的基本概念

1.數(shù)組的定義

數(shù)組是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)元素的有序集合。這些元素在內(nèi)存中是連續(xù)存儲(chǔ)的，每個(gè)元素都有一個(gè)唯一的下標(biāo)，通過下標(biāo)可以方便地訪問數(shù)組中的元素。例如，在C語言中，可以定義一個(gè)整型數(shù)組：intarr[5];這里定義了一個(gè)包含5個(gè)整型元素的數(shù)組。

2.數(shù)組的特點(diǎn)

?數(shù)組中的元素具有相同的數(shù)據(jù)類型，這保證了在內(nèi)存中每個(gè)元素占用的存儲(chǔ)空間是相同的。

?數(shù)組元素是有序的，下標(biāo)從0開始，依次遞增。通過下標(biāo)可以快速定位到數(shù)組中的任意元素。

?數(shù)組在內(nèi)存中是連續(xù)存儲(chǔ)的，這使得數(shù)組的訪問效率較高。

三、數(shù)組的靜態(tài)分配

1.靜態(tài)分配的概念

靜態(tài)分配是指在編譯時(shí)就確定數(shù)組的大小，并且在程序運(yùn)行期間數(shù)組的大小不能改變。例如：intarr[10];這里在編譯時(shí)就為數(shù)組分配了10個(gè)整型元素的存儲(chǔ)空間。

2.靜態(tài)分配的優(yōu)缺點(diǎn)

?優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，不需要程序員手動(dòng)管理內(nèi)存，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)處理數(shù)組的分配和釋放。

?缺點(diǎn)：數(shù)組的大小在編譯時(shí)就確定，缺乏靈活性。如果數(shù)組定義得過大，會(huì)浪費(fèi)內(nèi)存空間；如果定義得過小，又可能無法滿足實(shí)際需求。

3.靜態(tài)分配數(shù)組的初始化

可以在定義數(shù)組的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行初始化，例如：intarr[5]={1,2,3,4,5};也可以只初始化部分元素，未初始化的元素會(huì)被自動(dòng)賦值為0。

四、數(shù)組的動(dòng)態(tài)分配

1.動(dòng)態(tài)分配的概念

動(dòng)態(tài)分配是指在程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)地分配內(nèi)存空間。在C語言中，可以使用malloc、calloc和realloc等函數(shù)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。例如：intarr=(int)malloc(5*sizeof(int));這里使用malloc函數(shù)為數(shù)組分配了5個(gè)整型元素的存儲(chǔ)空間。

2.動(dòng)態(tài)分配的優(yōu)缺點(diǎn)

?優(yōu)點(diǎn)：具有很高的靈活性，可以根據(jù)實(shí)際需求在程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)組的大小，避免了內(nèi)存的浪費(fèi)。

?缺點(diǎn)：需要程序員手動(dòng)管理內(nèi)存，包括內(nèi)存的申請(qǐng)、釋放等操作。如果管理不當(dāng)，容易出現(xiàn)內(nèi)存泄漏等問題。

3.動(dòng)態(tài)分配數(shù)組的初始化

動(dòng)態(tài)分配的數(shù)組在分配內(nèi)存后，其初始值是不確定的?？梢允褂醚h(huán)來對(duì)數(shù)組元素進(jìn)行初始化，例如：

c

intarr=(int)malloc(5*sizeof(int));

for(inti=0;i<5;i++){

arr[i]=i+1;

}

4.動(dòng)態(tài)內(nèi)存的釋放

使用完動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存后，需要使用free函數(shù)將其釋放，以避免內(nèi)存泄漏。例如：free(arr);

五、數(shù)組元素的增刪操作

1.靜態(tài)分配數(shù)組的增刪操作

?增加元素：在靜態(tài)分配數(shù)組中增加元素比較麻煩，因?yàn)閿?shù)組的大小是固定的。如果要增加元素，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)更大的數(shù)組，將原數(shù)組的元素復(fù)制到新數(shù)組中，再添加新元素。例如：

c

intarr[5]={1,2,3,4,5};

intnewArr[6];

for(inti=0;i<5;i++){

newArr[i]=arr[i];

}

newArr[5]=6;

?刪除元素：刪除元素時(shí)，需要將后面的元素依次向前移動(dòng)，覆蓋要?jiǎng)h除的元素。例如，刪除數(shù)組中第3個(gè)元素：

c

intarr[5]={1,2,3,4,5};

for(inti=2;i<4;i++){

arr[i]=arr[i+1];

}

2.動(dòng)態(tài)分配數(shù)組的增刪操作

?增加元素：使用realloc函數(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分配數(shù)組的元素增加。例如：

c

intarr=(int)malloc(5*sizeof(int));

for(inti=0;i<5;i++){

arr[i]=i+1;

}

arr=(int)realloc(arr,6sizeof(int));

arr[5]=6;

?刪除元素：刪除元素時(shí)，同樣需要將后面的元素依次向前移動(dòng)，然后使用realloc函數(shù)重新調(diào)整數(shù)組的大小。例如，刪除數(shù)組中第3個(gè)元素：

c

intarr=(int)malloc(5*sizeof(int));

for(inti=0;i<5;i++){

arr[i]=i+1;

}

for(inti=2;i<4;i++){

arr[i]=arr[i+1];

}

arr=(int)realloc(arr,4sizeof(int));

六、案例分析

1.案例一：學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)

假設(shè)有一個(gè)班級(jí)有10名學(xué)生，要統(tǒng)計(jì)他們的數(shù)學(xué)成績?？梢允褂渺o態(tài)分配數(shù)組來存儲(chǔ)這些成績：

c

include<stdio.h>

intmain(){

intscores[10];

for(inti=0;i<10;i++){

printf("請(qǐng)輸入第%d名學(xué)生的成績：",i+1);

scanf("%d",&scores[i]);

}

intsum=0;

for(inti=0;i<10;i++){

sum+=scores[i];

}

floataverage=(float)sum/10;

printf("班級(jí)數(shù)學(xué)平均成績?yōu)椋?.2f\n",average);

return0;

}

2.案例二：動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)用戶輸入的數(shù)據(jù)

如果不知道用戶要輸入多少個(gè)數(shù)據(jù)，可以使用動(dòng)態(tài)分配數(shù)組來存儲(chǔ)。例如：

c

include<stdio.h>

include<stdlib.h>

intmain(){

int*arr=NULL;

intsize=0;

intnum;

while(1){

printf("請(qǐng)輸入一個(gè)整數(shù)（輸入-1結(jié)束）：");

scanf("%d",&num);

if(num==-1){

break;

}

arr=(int)realloc(arr,(size+1)sizeof(int));

arr[size]=num;

size++;

}

for(inti=0;i<size;i++){

printf("%d",arr[i]);

}

free(arr);

return0;

}

七、課堂總結(jié)

通過今天的學(xué)習(xí)，我們了解了數(shù)組的基本概念和特點(diǎn)，掌握了數(shù)組的靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配方式，以及數(shù)組元素的增刪操作。靜態(tài)分配簡單但缺乏靈活性，動(dòng)態(tài)分配靈活但需要手動(dòng)管理內(nèi)存。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)具體情況合理選擇分配方式。同時(shí)，我們還通過案例分析，進(jìn)一步加深了對(duì)數(shù)組的理解和應(yīng)用。希望大家在課后能夠多做練習(xí)，鞏固所學(xué)知識(shí)。通過編寫代碼實(shí)例操作數(shù)組元素

對(duì)比靜態(tài)分配與動(dòng)態(tài)分配的代碼實(shí)現(xiàn)差異

在開發(fā)環(huán)境中完成數(shù)組元素的增刪操作掌握數(shù)組的內(nèi)存結(jié)構(gòu)與基本操作方法

理解不同內(nèi)存分配方式的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場景

培養(yǎng)數(shù)據(jù)操作的安全意識(shí)和異常處理能力70分鐘

50分鐘

40分鐘課堂小結(jié)本次課程主要圍繞數(shù)組、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)分配和增刪操作展開。首先介紹了數(shù)組的基本概念和特點(diǎn)，讓學(xué)生對(duì)數(shù)組有了初步的認(rèn)識(shí)。接著詳細(xì)講解了數(shù)組的靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配方式，分析了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。然后重點(diǎn)學(xué)習(xí)了數(shù)組元素的增刪操作，包括靜態(tài)分配數(shù)組和動(dòng)態(tài)分配數(shù)組的增刪實(shí)現(xiàn)方法。通過案例分析，讓學(xué)生了解了數(shù)組在實(shí)際問題中的應(yīng)用。學(xué)生在本次課程中，應(yīng)該掌握數(shù)組的基本概念和靜態(tài)/動(dòng)態(tài)分配方式，熟悉數(shù)組元素增刪操作的實(shí)現(xiàn)，了解數(shù)組在實(shí)際問題中的應(yīng)用場景。同時(shí)，要注意在動(dòng)態(tài)分配數(shù)組時(shí)，正確管理內(nèi)存，避免出現(xiàn)內(nèi)存泄漏問題。作業(yè)布置1.編寫一個(gè)程序，使用靜態(tài)分配數(shù)組存儲(chǔ)10個(gè)學(xué)生的英語成績，計(jì)算并輸出平均成績。

2.編寫一個(gè)程序，使用動(dòng)態(tài)分配數(shù)組存儲(chǔ)用戶輸入的整數(shù)，直到用戶輸入-1為止，然后輸出這些整數(shù)的總和。

3.思考：在動(dòng)態(tài)分配數(shù)組時(shí)，如果忘記使用free函數(shù)釋放內(nèi)存，會(huì)出現(xiàn)什么問題？如何避免這種問題的發(fā)生？課后反思在本次教學(xué)過程中，通過講授法、演示法、案例分析法和討論法等多種教學(xué)方法的結(jié)合，學(xué)生對(duì)數(shù)組的基本概念、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)分配和增刪操作有了較好的理解。案例分析環(huán)節(jié)讓學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題中，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。然而，在教學(xué)過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題。部分學(xué)生對(duì)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的概念和操作理解不夠深入，在實(shí)現(xiàn)數(shù)組元素的增刪操作時(shí)，容易出現(xiàn)內(nèi)存泄漏和數(shù)據(jù)處理錯(cuò)誤等問題。在今后的教學(xué)中，需要加強(qiáng)對(duì)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的講解和實(shí)踐練習(xí)，通過更多的案例和實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更好地掌握動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的原理和方法。同時(shí)，要注重引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，如及時(shí)釋放不再使用的內(nèi)存，避免出現(xiàn)內(nèi)存泄漏問題。此外，在教學(xué)過程中，要更加關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題并進(jìn)行針對(duì)性的輔導(dǎo)，提高教學(xué)效果。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：單鏈表：節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、頭插/尾插授課時(shí)長：4學(xué)時(shí)（160分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)科班主講教師：XXX學(xué)情分析本次授課對(duì)象是24級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)大二上學(xué)期的學(xué)生。經(jīng)過一年多的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程和C語言編程的基本知識(shí)，具備了一定的編程能力和邏輯思維能力。但對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這種較為抽象的課程，理解起來可能會(huì)有一定的難度。他們對(duì)新知識(shí)有較強(qiáng)的好奇心和學(xué)習(xí)熱情，渴望通過學(xué)習(xí)提高自己的專業(yè)技能。然而，在學(xué)習(xí)過程中可能會(huì)出現(xiàn)對(duì)概念理解不深入、對(duì)算法邏輯把握不準(zhǔn)確等問題。因此，在教學(xué)過程中，需要采用生動(dòng)形象的教學(xué)方法，結(jié)合實(shí)際案例，幫助學(xué)生更好地理解和掌握單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、頭插法和尾插法。教學(xué)目標(biāo)掌握

?能夠準(zhǔn)確用類C語言定義單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

?熟練掌握頭插法和尾插法的算法邏輯，能用類C語言實(shí)現(xiàn)這兩種插入方法。

?能夠運(yùn)用頭插法和尾插法解決實(shí)際問題，如在圖書管理系統(tǒng)中插入新的圖書信息。

熟悉

?熟悉頭插法和尾插法的特點(diǎn)和適用場景，能夠根據(jù)具體需求選擇合適的插入方法。

?了解單鏈表與順序表在插入操作上的區(qū)別。

了解

?了解單鏈表在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用場景，如在操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等方面的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)1.單鏈表節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的定義和理解。

2.頭插法和尾插法的算法邏輯和實(shí)現(xiàn)步驟。

3.指針在頭插法和尾插法中的操作和變化過程。教學(xué)難點(diǎn)1.理解單鏈表節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)域和指針域的關(guān)系及作用。

2.掌握頭插法和尾插法的算法邏輯，尤其是指針的操作和變化過程。

3.能夠靈活運(yùn)用頭插法和尾插法解決實(shí)際問題，避免指針操作時(shí)出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。教學(xué)方法1.講授法：通過清晰的語言講解單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、頭插法和尾插法的概念、算法邏輯和代碼實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握知識(shí)。

2.類比法：將單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)類比為火車車廂，將頭插法和尾插法的過程與實(shí)際生活中的場景進(jìn)行類比，幫助學(xué)生更好地理解抽象的概念和算法。

3.實(shí)踐法：安排實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親自編寫代碼實(shí)現(xiàn)頭插法和尾插法，在實(shí)踐中加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

4.案例分析法：通過實(shí)際案例，如圖書管理系統(tǒng)，讓學(xué)生了解單鏈表插入方法在實(shí)際問題中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。板書設(shè)計(jì)單鏈表：節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、頭插/尾插

?單鏈表節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

?數(shù)據(jù)域：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

?指針域：指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)

?代碼：typedefstructNode{

intdata;

structNode*next;

}Node;

?頭插法

?步驟：創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)->新節(jié)點(diǎn)next指向頭節(jié)點(diǎn)->頭指針指向新節(jié)點(diǎn)

?代碼：NodeinsertAtHead(Nodehead,intdata)...

?尾插法

?步驟：創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)->找到尾節(jié)點(diǎn)->尾節(jié)點(diǎn)next指向新節(jié)點(diǎn)->新節(jié)點(diǎn)next置為NULL

?代碼：NodeinsertAtTail(Nodehead,intdata)...教學(xué)過程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間課程導(dǎo)入

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理至關(guān)重要。我們之前學(xué)習(xí)了順序表，它就像一個(gè)整齊排列的書架，數(shù)據(jù)元素依次存放，查找方便，但插入和刪除操作可能需要移動(dòng)大量元素，效率不高。而單鏈表則是一種更加靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它就像一列火車，每個(gè)車廂（節(jié)點(diǎn)）不僅存放數(shù)據(jù)，還通過連接裝置（指針）與下一個(gè)車廂相連。今天我們就來深入學(xué)習(xí)單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)以及兩種重要的插入方法——頭插法和尾插法。

知識(shí)講解

單鏈表節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

單鏈表由一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含兩個(gè)部分：數(shù)據(jù)域和指針域。數(shù)據(jù)域用于存儲(chǔ)實(shí)際的數(shù)據(jù)，而指針域則存儲(chǔ)指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址。用類C語言描述節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如下：

c

//定義單鏈表節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

typedefstructNode{

intdata;//數(shù)據(jù)域，這里假設(shè)存儲(chǔ)整數(shù)類型的數(shù)據(jù)

structNode*next;//指針域，指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)

}Node;

在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，data存儲(chǔ)具體的數(shù)據(jù)，next是一個(gè)指向Node類型的指針，它指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是鏈表的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么next指針的值為NULL，表示鏈表的結(jié)束。

為了更好地理解節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，我們可以將其類比為火車車廂。每節(jié)車廂都有自己存放貨物（數(shù)據(jù)）的空間，同時(shí)還有一個(gè)連接裝置（指針），通過這個(gè)連接裝置可以連接到下一節(jié)車廂。當(dāng)沒有下一節(jié)車廂時(shí)，連接裝置就處于閑置狀態(tài)，類似于指針為NULL。

頭插法

頭插法是指在鏈表的頭部插入新節(jié)點(diǎn)。其基本步驟如下：

1.創(chuàng)建一個(gè)新節(jié)點(diǎn)。

2.將新節(jié)點(diǎn)的next指針指向當(dāng)前鏈表的頭節(jié)點(diǎn)。

3.將鏈表的頭指針指向新節(jié)點(diǎn)。

用類C語言實(shí)現(xiàn)頭插法的代碼如下：

c

//頭插法插入新節(jié)點(diǎn)

NodeinsertAtHead(Nodehead,intdata){

//創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)

NodenewNode=(Node)malloc(sizeof(Node));

if(newNode==NULL){

printf("內(nèi)存分配失??！\n");

returnhead;

}

newNode->data=data;

//新節(jié)點(diǎn)的next指針指向當(dāng)前頭節(jié)點(diǎn)

newNode->next=head;

//頭指針指向新節(jié)點(diǎn)

head=newNode;

returnhead;

}

在這段代碼中，首先使用malloc函數(shù)為新節(jié)點(diǎn)分配內(nèi)存空間。如果內(nèi)存分配失敗，會(huì)輸出提示信息并返回原鏈表頭指針。然后將新節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)域賦值為傳入的數(shù)據(jù)，接著將新節(jié)點(diǎn)的next指針指向當(dāng)前的頭節(jié)點(diǎn)，最后更新頭指針為新節(jié)點(diǎn)。

我們可以通過一個(gè)具體的例子來理解頭插法的過程。假設(shè)初始鏈表為1->2->3，現(xiàn)在要插入一個(gè)新節(jié)點(diǎn)4。插入前，頭指針指向節(jié)點(diǎn)1；插入時(shí)，新節(jié)點(diǎn)4的next指針指向節(jié)點(diǎn)1，然后頭指針指向新節(jié)點(diǎn)4，最終鏈表變?yōu)?->1->2->3。

尾插法

尾插法是指在鏈表的尾部插入新節(jié)點(diǎn)。其基本步驟如下：

1.創(chuàng)建一個(gè)新節(jié)點(diǎn)。

2.找到鏈表的尾節(jié)點(diǎn)。

3.將尾節(jié)點(diǎn)的next指針指向新節(jié)點(diǎn)。

4.新節(jié)點(diǎn)的next指針置為NULL。

用類C語言實(shí)現(xiàn)尾插法的代碼如下：

c

//尾插法插入新節(jié)點(diǎn)

NodeinsertAtTail(Nodehead,intdata){

//創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)

NodenewNode=(Node)malloc(sizeof(Node));

if(newNode==NULL){

printf("內(nèi)存分配失??！\n");

returnhead;

}

newNode->data=data;

newNode->next=NULL;

//如果鏈表為空，新節(jié)點(diǎn)即為頭節(jié)點(diǎn)

if(head==NULL){

head=newNode;

returnhead;

}

//找到鏈表的尾節(jié)點(diǎn)

Node*tail=head;

while(tail->next!=NULL){

tail=tail->next;

}

//尾節(jié)點(diǎn)的next指針指向新節(jié)點(diǎn)

tail->next=newNode;

returnhead;

}

在這段代碼中，同樣先為新節(jié)點(diǎn)分配內(nèi)存空間，并將其數(shù)據(jù)域賦值，next指針置為NULL。如果鏈表為空，新節(jié)點(diǎn)就是頭節(jié)點(diǎn)。如果鏈表不為空，通過一個(gè)循環(huán)找到鏈表的尾節(jié)點(diǎn)，然后將尾節(jié)點(diǎn)的next指針指向新節(jié)點(diǎn)。

例如，對(duì)于鏈表1->2->3，要插入新節(jié)點(diǎn)4。插入前，尾節(jié)點(diǎn)是3；插入時(shí)，找到尾節(jié)點(diǎn)3，將其next指針指向新節(jié)點(diǎn)4，新節(jié)點(diǎn)4的next指針置為NULL，最終鏈表變?yōu)?->2->3->4。

實(shí)踐操作

為了讓大家更好地掌握頭插法和尾插法，我們進(jìn)行實(shí)踐操作。

1.要求學(xué)生編寫一個(gè)程序，創(chuàng)建一個(gè)空鏈表，然后使用頭插法依次插入元素1、2、3，最后輸出鏈表中的元素。

2.接著，讓學(xué)生在上述鏈表的基礎(chǔ)上，使用尾插法插入元素4、5，再次輸出鏈表中的元素。

在學(xué)生實(shí)踐過程中，教師巡回指導(dǎo)，及時(shí)解決學(xué)生遇到的問題。例如，有些學(xué)生可能在指針操作上出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致鏈表結(jié)構(gòu)混亂，教師要引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析指針的變化過程，找出錯(cuò)誤原因。

案例分析

通過實(shí)際案例來加深對(duì)單鏈表插入方法的理解。假設(shè)我們要實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的圖書管理系統(tǒng)，每本圖書有一個(gè)唯一的編號(hào)。我們可以使用單鏈表來存儲(chǔ)圖書信息，并且根據(jù)不同的需求選擇合適的插入方法。

?如果我們希望新加入的圖書總是排在最前面，方便查看最新添加的圖書，就可以使用頭插法。例如，新購買了一本圖書，編號(hào)為1001，使用頭插法將其插入到鏈表頭部。

?如果我們希望按照?qǐng)D書編號(hào)的順序存儲(chǔ)圖書，即新加入的圖書總是排在最后，就可以使用尾插法。比如，又購買了一本編號(hào)為1002的圖書，使用尾插法將其插入到鏈表尾部。

總結(jié)歸納

回顧本節(jié)課的內(nèi)容，我們學(xué)習(xí)了單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)域和指針域。掌握了頭插法和尾插法的算法邏輯和實(shí)現(xiàn)步驟。頭插法適用于需要快速訪問最新插入元素的場景，而尾插法適用于需要保持元素插入順序的場景。希望大家在課后能夠多做練習(xí)，加深對(duì)單鏈表插入操作的理解和掌握。觀察并描述單鏈表節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

用紙筆模擬頭插法構(gòu)建單鏈表

分組討論尾插法與頭插法差異建立對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的具象認(rèn)知

掌握指針操作的核心邏輯

理解不同插入場景的應(yīng)用選擇50分鐘

60分鐘

50分鐘課堂小結(jié)本次課主要圍繞單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、頭插法和尾插法展開。通過課程導(dǎo)入，對(duì)比順序表引出單鏈表的靈活性。在知識(shí)講解環(huán)節(jié)，詳細(xì)介紹了單鏈表節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)域和指針域，并通過類C語言代碼進(jìn)行了描述。重點(diǎn)講解了頭插法和尾插法的算法邏輯和實(shí)現(xiàn)步驟，通過代碼實(shí)現(xiàn)和具體例子讓學(xué)生理解指針的操作和變化過程。實(shí)踐操作環(huán)節(jié)讓學(xué)生親自動(dòng)手編寫代碼，加深了對(duì)知識(shí)的掌握。案例分析則將單鏈表的插入方法應(yīng)用到實(shí)際問題中，提高了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力?？傮w來說，學(xué)生對(duì)單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和插入方法有了較為深入的理解，但在指針操作和算法應(yīng)用方面還需要進(jìn)一步加強(qiáng)練習(xí)。作業(yè)布置1.編寫一個(gè)程序，使用頭插法創(chuàng)建一個(gè)包含10個(gè)元素的單鏈表，元素值為1到10，然后使用尾插法在鏈表尾部插入元素11和12，最后輸出鏈表中的所有元素。

2.思考在什么情況下使用頭插法比尾插法更合適，什么情況下使用尾插法比頭插法更合適，舉例說明。

3.嘗試使用頭插法和尾插法實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的棧和隊(duì)列，分析兩種插入方法在實(shí)現(xiàn)棧和隊(duì)列時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。課后反思通過本次教學(xué)，學(xué)生對(duì)單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、頭插法和尾插法有了一定的理解和掌握。在教學(xué)過程中，采用講授法、類比法、實(shí)踐法和案例分析法相結(jié)合的方式，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的參與度。但也存在一些不足之處，例如在實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，部分學(xué)生對(duì)指針操作仍然存在困難，說明在教學(xué)中對(duì)指針的講解還不夠深入。在今后的教學(xué)中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)指針概念和操作的講解，增加更多的實(shí)踐練習(xí)，幫助學(xué)生更好地掌握指針的使用。同時(shí)，在案例分析環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)生更多地參與討論，提出自己的解決方案，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決實(shí)際問題的能力。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：雙向鏈表&循環(huán)鏈表：雙向指針、約瑟夫問題授課時(shí)長：4學(xué)時(shí)（160分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)科班主講教師：XXX學(xué)情分析本次授課對(duì)象是24級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)大二上學(xué)期的學(xué)生。他們已經(jīng)學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程和編程語言，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有了一定的了解。但對(duì)于復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，理解和應(yīng)用能力還有待提高。雙向鏈表和循環(huán)鏈表的概念相對(duì)抽象，指針的操作也有一定難度，學(xué)生可能會(huì)在理解和實(shí)現(xiàn)上遇到困難。此外，將約瑟夫問題轉(zhuǎn)化為算法實(shí)現(xiàn)，對(duì)學(xué)生的邏輯思維和編程能力也是一個(gè)挑戰(zhàn)。教學(xué)目標(biāo)掌握

?掌握雙向鏈表和循環(huán)鏈表的定義、結(jié)構(gòu)和基本操作，包括插入和刪除操作。

?掌握用雙向鏈表和循環(huán)鏈表解決約瑟夫問題的算法實(shí)現(xiàn)。

熟悉

?熟悉雙向指針的操作邏輯。

了解

?了解雙向鏈表和循環(huán)鏈表在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢。教學(xué)重點(diǎn)1.雙向鏈表和循環(huán)鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2.雙向鏈表和循環(huán)鏈表的插入和刪除操作。

3.用雙向鏈表和循環(huán)鏈表解決約瑟夫問題的算法實(shí)現(xiàn)。教學(xué)難點(diǎn)1.理解雙向鏈表和循環(huán)鏈表中指針的操作邏輯，尤其是雙向指針的指向變化。

2.運(yùn)用雙向鏈表和循環(huán)鏈表解決約瑟夫問題，將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為算法實(shí)現(xiàn)。教學(xué)方法1.講授法：通過講解雙向鏈表和循環(huán)鏈表的定義、結(jié)構(gòu)和操作，讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)知識(shí)。

2.演示法：在講解插入和刪除操作時(shí)，通過代碼演示讓學(xué)生更直觀地理解指針的變化。

3.練習(xí)法：安排課堂練習(xí)，讓學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，提高實(shí)踐能力。板書設(shè)計(jì)雙向鏈表&循環(huán)鏈表：雙向指針、約瑟夫問題

?雙向鏈表

?節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)域、prior、next

?插入操作

?刪除操作

?循環(huán)鏈表

?單循環(huán)鏈表

?雙向循環(huán)鏈表

?插入操作

?刪除操作

?約瑟夫問題

?問題描述

?算法實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間課程導(dǎo)入

在之前的學(xué)習(xí)中，我們已經(jīng)了解了單鏈表的基本概念和操作。單鏈表有其局限性，比如只能單向遍歷，查找前驅(qū)節(jié)點(diǎn)不方便。為了彌補(bǔ)這些不足，今天我們將學(xué)習(xí)雙向鏈表和循環(huán)鏈表。雙向鏈表可以雙向遍歷，循環(huán)鏈表則能實(shí)現(xiàn)首尾相連的循環(huán)操作。此外，我們還會(huì)用這些知識(shí)解決一個(gè)經(jīng)典問題——約瑟夫問題。

知識(shí)講解

雙向鏈表的定義與結(jié)構(gòu)

雙向鏈表的節(jié)點(diǎn)包含三個(gè)部分：數(shù)據(jù)域、指向前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的指針和指向后繼節(jié)點(diǎn)的指針。其節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以用類C語言描述如下：

c

structDNode{

intdata;

structDNode*prior;

structDNode*next;

};

這里，data存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，prior指向前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，next指向后繼節(jié)點(diǎn)。

雙向鏈表的基本操作

插入操作

在雙向鏈表中插入一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，需要考慮指針的雙向調(diào)整。假設(shè)要在節(jié)點(diǎn)p之后插入新節(jié)點(diǎn)s，操作步驟如下：

c

voidinsertNode(structDNodep,structDNodes){

s->next=p->next;

if(p->next!=NULL){

p->next->prior=s;

}

p->next=s;

s->prior=p;

}

首先將s的next指向p的后繼節(jié)點(diǎn)，然后如果p有后繼節(jié)點(diǎn)，將其后繼節(jié)點(diǎn)的prior指向s，接著將p的next指向s，最后將s的prior指向p。

刪除操作

刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)，同樣要處理好指針的雙向調(diào)整。假設(shè)要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)p的后繼節(jié)點(diǎn)，操作如下：

c

voiddeleteNode(structDNode*p){

structDNode*q=p->next;

if(q!=NULL){

p->next=q->next;

if(q->next!=NULL){

q->next->prior=p;

}

free(q);

}

}

先保存要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)q，然后將p的next指向q的后繼節(jié)點(diǎn)，如果q有后繼節(jié)點(diǎn)，將其后繼節(jié)點(diǎn)的prior指向p，最后釋放q的內(nèi)存。

循環(huán)鏈表的定義與結(jié)構(gòu)

循環(huán)鏈表分為單循環(huán)鏈表和雙向循環(huán)鏈表。單循環(huán)鏈表的尾節(jié)點(diǎn)的next指向頭節(jié)點(diǎn)，雙向循環(huán)鏈表的尾節(jié)點(diǎn)的next指向頭節(jié)點(diǎn)，頭節(jié)點(diǎn)的prior指向尾節(jié)點(diǎn)。以雙向循環(huán)鏈表為例，其初始化代碼如下：

c

structDNode*initCircularList(){

structDNodehead=(structDNode)malloc(sizeof(structDNode));

head->next=head;

head->prior=head;

returnhead;

}

循環(huán)鏈表的基本操作

循環(huán)鏈表的插入和刪除操作與雙向鏈表類似，但要注意處理好循環(huán)的特性。例如，在雙向循環(huán)鏈表中插入節(jié)點(diǎn)的代碼如下：

c

voidinsertCircularNode(structDNodep,structDNodes){

s->next=p->next;

p->next->prior=s;

p->next=s;

s->prior=p;

}

約瑟夫問題的引入與分析

約瑟夫問題是一個(gè)經(jīng)典的問題，描述為：有n個(gè)人圍成一圈，從第k個(gè)人開始報(bào)數(shù)，報(bào)到第m的人出列，然后從出列的下一個(gè)人重新開始報(bào)數(shù)，直到所有人都出列。我們可以用循環(huán)鏈表來解決這個(gè)問題。

約瑟夫問題的算法實(shí)現(xiàn)

c

include<stdio.h>

include<stdlib.h>

structNode{

intdata;

structNode*next;

};

//創(chuàng)建循環(huán)鏈表

structNode*createCircularList(intn){

structNodehead=(structNode)malloc(sizeof(structNode));

head->data=1;

head->next=head;

structNode*p=head;

for(inti=2;i<=n;i++){

structNodenewNode=(structNode)malloc(sizeof(structNode));

newNode->data=i;

newNode->next=head;

p->next=newNode;

p=newNode;

}

returnhead;

}

//解決約瑟夫問題

voidjosephusProblem(intn,intk,intm){

structNode*head=createCircularList(n);

structNode*p=head;

//找到第k個(gè)人

for(inti=1;i<k;i++){

p=p->next;

}

while(p->next!=p){

//找到第m-1個(gè)人

for(inti=1;i<m-1;i++){

p=p->next;

}

structNode*temp=p->next;

printf("出列的人是：%d\n",temp->data);

p->next=temp->next;

free(temp);

p=p->next;

}

printf("最后剩下的人是：%d\n",p->data);

free(p);

}

intmain(){

intn=10,k=1,m=3;

josephusProblem(n,k,m);

return0;

}

課堂練習(xí)

讓學(xué)生自己實(shí)現(xiàn)雙向鏈表的插入和刪除操作，并嘗試用雙向循環(huán)鏈表解決約瑟夫問題。教師在學(xué)生練習(xí)過程中進(jìn)行巡視指導(dǎo)，及時(shí)解決學(xué)生遇到的問題。

課堂總結(jié)

回顧雙向鏈表和循環(huán)鏈表的定義、結(jié)構(gòu)和基本操作，強(qiáng)調(diào)雙向指針的重要性?？偨Y(jié)約瑟夫問題的解決思路和算法實(shí)現(xiàn)，鼓勵(lì)學(xué)生在課后進(jìn)一步思考如何優(yōu)化算法。觀察雙向鏈表結(jié)構(gòu)動(dòng)畫并繪制節(jié)點(diǎn)關(guān)系圖

分組編寫雙向指針插入/刪除代碼

用實(shí)物模型模擬循環(huán)鏈表節(jié)點(diǎn)遍歷

分組設(shè)計(jì)約瑟夫問題求解算法建立雙向鏈表結(jié)構(gòu)空間想象能力

掌握雙向指針操作核心邏輯

理解循環(huán)鏈表首尾相接特性

培養(yǎng)應(yīng)用循環(huán)鏈表解決實(shí)際問題的能力35分鐘

45分鐘

30分鐘

50分鐘課堂小結(jié)本次課主要學(xué)習(xí)了雙向鏈表和循環(huán)鏈表的定義、結(jié)構(gòu)和基本操作，包括插入和刪除操作。同時(shí)，我們用這些知識(shí)解決了約瑟夫問題。學(xué)生需要重點(diǎn)掌握雙向指針的操作和將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為算法的能力。通過課堂練習(xí)，學(xué)生對(duì)知識(shí)有了一定的掌握，但在將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為代碼實(shí)現(xiàn)方面還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。作業(yè)布置1.實(shí)現(xiàn)雙向鏈表的查找和修改操作。

2.用雙向循環(huán)鏈表實(shí)現(xiàn)約瑟夫問題，并優(yōu)化算法，提高效率。課后反思在本次教學(xué)中，通過講授、演示和練習(xí)相結(jié)合的方法，學(xué)生對(duì)雙向鏈表和循環(huán)鏈表有了一定的理解。但在教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對(duì)指針的操作理解困難，尤其是雙向指針的指向變化。在今后的教學(xué)中，應(yīng)加強(qiáng)這方面的練習(xí)，通過更多的實(shí)例和動(dòng)畫演示，幫助學(xué)生更好地理解。此外，在引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為算法實(shí)現(xiàn)方面，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)教學(xué)方法的改進(jìn)，提高學(xué)生的邏輯思維和編程能力。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：棧：順序/鏈?zhǔn)綏?、括?hào)匹配授課時(shí)長：4學(xué)時(shí)（160分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)科班主講教師：XXX學(xué)情分析本次授課對(duì)象是24級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)大二上學(xué)期的學(xué)生。經(jīng)過一年多的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)，他們已經(jīng)具備了一定的編程基礎(chǔ)，熟悉C語言的基本語法和數(shù)據(jù)類型，掌握了線性表等基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)。然而，對(duì)于棧這種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，他們可能還比較陌生，尤其是棧的后進(jìn)先出（LIFO）特性和棧的應(yīng)用場景。此外，由于高職學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力相對(duì)較強(qiáng)，但理論知識(shí)的理解和掌握可能存在一定的困難，因此在教學(xué)過程中，需要注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過大量的實(shí)例和實(shí)踐操作來幫助他們理解和掌握棧的相關(guān)知識(shí)。同時(shí)，要關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，對(duì)于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，可以提供一些拓展性的任務(wù)，而對(duì)于學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生，要給予更多的指導(dǎo)和幫助。教學(xué)目標(biāo)掌握

?掌握棧的基本概念和后進(jìn)先出（LIFO）原則。

?掌握順序棧和鏈?zhǔn)綏５膶?shí)現(xiàn)方式，包括初始化、入棧、出棧等操作的代碼實(shí)現(xiàn)。

?掌握利用棧解決括號(hào)匹配問題的算法思路和代碼實(shí)現(xiàn)。

熟悉

?熟悉順序棧和鏈?zhǔn)綏５膬?yōu)缺點(diǎn)，能夠根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的棧實(shí)現(xiàn)方式。

?熟悉棧在實(shí)際編程中的應(yīng)用場景，如撤銷操作、瀏覽器歷史記錄等。

了解

?了解棧在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的底層實(shí)現(xiàn)原理。

?了解棧與其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的區(qū)別和聯(lián)系。教學(xué)重點(diǎn)1.棧的基本概念和后進(jìn)先出（LIFO）原則。

2.順序棧和鏈?zhǔn)綏５膶?shí)現(xiàn)方式，包括初始化、入棧、出棧等操作。

3.利用棧解決括號(hào)匹配問題的算法思路和實(shí)現(xiàn)。教學(xué)難點(diǎn)1.理解順序棧和鏈?zhǔn)綏Ｔ趦?nèi)存分配和操作實(shí)現(xiàn)上的差異。

2.運(yùn)用棧的特性解決括號(hào)匹配問題，尤其是處理復(fù)雜嵌套括號(hào)的情況。

3.掌握鏈?zhǔn)綏Ｖ泄?jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和釋放，避免內(nèi)存泄漏。教學(xué)方法1.講授法：通過清晰的講解，向?qū)W生傳授棧的基本概念、順序棧和鏈?zhǔn)綏５膶?shí)現(xiàn)原理以及括號(hào)匹配問題的解決思路。例如，在講解順序棧的入棧和出棧操作時(shí)，詳細(xì)解釋代碼的邏輯和實(shí)現(xiàn)步驟。

2.演示法：利用代碼演示順序棧和鏈?zhǔn)綏５牟僮鬟^程，讓學(xué)生直觀地看到棧的后進(jìn)先出特性。比如，在講解順序棧時(shí)，通過運(yùn)行代碼展示入棧和出棧操作對(duì)棧頂指針和棧中元素的影響。

3.實(shí)踐法：安排學(xué)生進(jìn)行編程實(shí)踐，讓他們自己實(shí)現(xiàn)順序棧、鏈?zhǔn)綏：屠ㄌ?hào)匹配算法。在實(shí)踐過程中，學(xué)生可以加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握，提高編程能力。

4.討論法：組織學(xué)生討論順序棧和鏈?zhǔn)綏５膬?yōu)缺點(diǎn)，以及在不同場景下的應(yīng)用選擇。通過討論，激發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)他們的分析和解決問題的能力。板書設(shè)計(jì)棧：順序/鏈?zhǔn)綏?、括?hào)匹配

?棧的基本概念

?定義：后進(jìn)先出（LIFO）

?基本操作：入棧（Push）、出棧（Pop）

?順序棧

?定義和實(shí)現(xiàn)

?初始化

?入棧操作

?出棧操作

?優(yōu)缺點(diǎn)

?鏈?zhǔn)綏?/p>

?定義和實(shí)現(xiàn)

?初始化

?入棧操作

?出棧操作

?優(yōu)缺點(diǎn)

?順序棧和鏈?zhǔn)綏５谋容^

?括號(hào)匹配問題

?問題描述

?利用棧解決的思路

?代碼實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間一、課程導(dǎo)入

在計(jì)算機(jī)編程中，經(jīng)常會(huì)遇到需要處理具有后進(jìn)先出（LIFO）特性的數(shù)據(jù)場景。比如，在編輯文檔時(shí)的撤銷操作，最后執(zhí)行的操作總是最先被撤銷；瀏覽器的歷史記錄，最后訪問的頁面總是最先出現(xiàn)在后退列表中。這種后進(jìn)先出的特性就引出了我們今天要學(xué)習(xí)的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——棧。通過棧，我們可以高效地處理這類問題。接下來，我們將深入學(xué)習(xí)棧的兩種實(shí)現(xiàn)方式：順序棧和鏈?zhǔn)綏?，以及如何利用棧來解決括號(hào)匹配問題。

二、棧的基本概念

棧是一種特殊的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它只允許在一端進(jìn)行插入和刪除操作，這一端被稱為棧頂，另一端則被稱為棧底。棧的操作遵循后進(jìn)先出（LIFO）原則，即最后進(jìn)入棧的元素總是最先被取出。棧的基本操作主要有兩種：入棧（Push）和出棧（Pop）。入棧操作是將一個(gè)元素添加到棧頂，而出棧操作是將棧頂元素移除。

三、順序棧

1.順序棧的定義和實(shí)現(xiàn)

順序棧是使用數(shù)組來實(shí)現(xiàn)的棧。我們可以定義一個(gè)數(shù)組來存儲(chǔ)棧中的元素，同時(shí)使用一個(gè)變量來記錄棧頂?shù)奈恢?。例如，在C語言中，我們可以這樣定義順序棧的結(jié)構(gòu)體：

c

defineMAX_SIZE100

typedefstruct{

intdata[MAX_SIZE];

inttop;

}SeqStack;

2.順序棧的初始化

在使用順序棧之前，需要對(duì)其進(jìn)行初始化。初始化的主要任務(wù)是將棧頂指針設(shè)置為-1，表示棧為空。

c

voidinitStack(SeqStack*s){

s->top=-1;

}

3.順序棧的入棧操作

入棧操作是將一個(gè)元素添加到棧頂。在進(jìn)行入棧操作之前，需要檢查棧是否已滿。如果棧未滿，則將元素添加到棧頂，并更新棧頂指針。

c

intpush(SeqStack*s,intvalue){

if(s->top==MAX_SIZE-1){

return0;//棧已滿

}

s->data[++(s->top)]=value;

return1;//入棧成功

}

4.順序棧的出棧操作

出棧操作是將棧頂元素移除。在進(jìn)行出棧操作之前，需要檢查棧是否為空。如果棧不為空，則將棧頂元素取出，并更新棧頂指針。

c

intpop(SeqStacks,intvalue){

if(s->top==-1){

return0;//棧為空

}

*value=s->data[(s->top)--];

return1;//出棧成功

}

5.順序棧的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，訪問速度快，因?yàn)榭梢酝ㄟ^數(shù)組下標(biāo)直接訪問元素。缺點(diǎn)：棧的大小在初始化時(shí)就已經(jīng)確定，可能會(huì)出現(xiàn)棧溢出的情況，而且空間利用率不高。

四、鏈?zhǔn)綏?/p>

1.鏈?zhǔn)綏５亩x和實(shí)現(xiàn)

鏈?zhǔn)綏Ｊ鞘褂面湵韥韺?shí)現(xiàn)的棧。鏈表的每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)數(shù)據(jù)域和一個(gè)指針域，指針域指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。棧頂指針指向鏈表的頭節(jié)點(diǎn)。在C語言中，我們可以這樣定義鏈?zhǔn)綏５墓?jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體和棧結(jié)構(gòu)體：

c

typedefstructNode{

intdata;

structNode*next;

}Node;

typedefstruct{

Node*top;

}LinkedStack;

2.鏈?zhǔn)綏５某跏蓟?/p>

鏈?zhǔn)綏５某跏蓟菍ｍ斨羔樤O(shè)置為NULL，表示棧為空。

c

voidinitLinkedStack(LinkedStack*s){

s->top=NULL;

}

3.鏈?zhǔn)綏５娜霔２僮?/p>

入棧操作是創(chuàng)建一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，并將其插入到鏈表的頭部。新節(jié)點(diǎn)的指針指向原來的棧頂節(jié)點(diǎn)，然后更新棧頂指針。

c

intpushLinkedStack(LinkedStack*s,intvalue){

NodenewNode=(Node)malloc(sizeof(Node));

if(newNode==NULL){

return0;//內(nèi)存分配失敗

}

newNode->data=value;

newNode->next=s->top;

s->top=newNode;

return1;//入棧成功

}

4.鏈?zhǔn)綏５某鰲２僮?/p>

出棧操作是將棧頂節(jié)點(diǎn)移除。在進(jìn)行出棧操作之前，需要檢查棧是否為空。如果棧不為空，則將棧頂節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存釋放，并更新棧頂指針。

c

intpopLinkedStack(LinkedStacks,intvalue){

if(s->top==NULL){

return0;//棧為空

}

Node*temp=s->top;

*value=temp->data;

s->top=temp->next;

free(temp);

return1;//出棧成功

}

5.鏈?zhǔn)綏５膬?yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：可以動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存，不會(huì)出現(xiàn)棧溢出的情況，空間利用率高。缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，需要進(jìn)行內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配和釋放，可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

五、順序棧和鏈?zhǔn)綏５谋容^

順序棧和鏈?zhǔn)綏８饔袃?yōu)缺點(diǎn)。順序棧實(shí)現(xiàn)簡單，訪問速度快，但空間固定，可能會(huì)出現(xiàn)棧溢出；鏈?zhǔn)綏？梢詣?dòng)態(tài)分配內(nèi)存，不會(huì)出現(xiàn)棧溢出，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，可能會(huì)有內(nèi)存管理問題。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的需求來選擇合適的棧實(shí)現(xiàn)方式。如果數(shù)據(jù)量較小且固定，順序棧是一個(gè)不錯(cuò)的選擇；如果數(shù)據(jù)量不確定且可能很大，鏈?zhǔn)綏８线m。

六、括號(hào)匹配問題

1.問題描述

括號(hào)匹配問題是指在一個(gè)包含括號(hào)的表達(dá)式中，判斷括號(hào)是否正確匹配。例如，在表達(dá)式“{[()]}”中，括號(hào)是正確匹配的；而在表達(dá)式“{[(])}”中，括號(hào)是不匹配的。

2.利用棧解決括號(hào)匹配問題的思路

可以使用棧來解決括號(hào)匹配問題。遍歷表達(dá)式中的每個(gè)字符，如果遇到左括號(hào)（如“(”、“[”、“{”），則將其入棧；如果遇到右括號(hào)（如“)”、“]”、“}”），則從棧中彈出一個(gè)左括號(hào)進(jìn)行匹配。如果匹配成功，則繼續(xù)遍歷；如果匹配失敗或者棧為空，則說明括號(hào)不匹配。遍歷結(jié)束后，如果棧為空，則說明括號(hào)完全匹配。

3.代碼實(shí)現(xiàn)

c

include<stdio.h>

include<stdlib.h>

include<string.h>

defineMAX_SIZE100

typedefstruct{

chardata[MAX_SIZE];

inttop;

}CharStack;

voidinitCharStack(CharStack*s){

s->top=-1;

}

intpushCharStack(CharStack*s,charvalue){

if(s->top==MAX_SIZE-1){

return0;//棧已滿

}

s->data[++(s->top)]=value;

return1;//入棧成功

}

intpopCharStack(CharStacks,charvalue){

if(s->top==-1){

return0;//棧為空

}

*value=s->data[(s->top)--];

return1;//出棧成功

}

intisMatchingPair(charleft,charright){

if(left=='('&&right==')')return1;

if(left=='['&&right==']')return1;

if(left=='{'&&right=='}')return1;

return0;

}

intisBalanced(char*expression){

CharStacks;

initCharStack(&s);

for(inti=0;expression[i]!='\0';i++){

if(expression[i]=='('||expression[i]=='['||expression[i]=='{'){

pushCharStack(&s,expression[i]);

}elseif(expression[i]==')'||expression[i]==']'||expression[i]=='}'){

chartopChar;

if(!popCharStack(&s,&topChar)||!isMatchingPair(topChar,expression[i])){

return0;//不匹配

}

}

}

returns.top==-1;//棧為空則匹配

}

intmain(){

charexpression[MAX_SIZE];

printf("請(qǐng)輸入包含括號(hào)的表達(dá)式：");

scanf("%s",expression);

if(isBalanced(expression)){

printf("括號(hào)匹配\n");

}else{

printf("括號(hào)不匹配\n");

}

return0;

}

七、總結(jié)與回顧

通過今天的學(xué)習(xí)，我們了解了棧的基本概念和特性，掌握了順序棧和鏈?zhǔn)綏５膶?shí)現(xiàn)方式，以及如何利用棧來解決括號(hào)匹配問題。順序棧和鏈?zhǔn)綏８饔袃?yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。括號(hào)匹配問題是棧的一個(gè)重要應(yīng)用，通過棧的后進(jìn)先出特性可以高效地解決這類問題。在課后，大家可以通過更多的練習(xí)來加深對(duì)棧的理解和應(yīng)用。觀察順序棧與鏈?zhǔn)綏５慕Y(jié)構(gòu)差異演示

分組編寫括號(hào)匹配算法的代碼實(shí)現(xiàn)理解順序存儲(chǔ)與鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)的特性差異

掌握棧結(jié)構(gòu)在算法問題中的實(shí)際應(yīng)用70分鐘

90分鐘課堂小結(jié)本次課主要圍繞棧的兩種實(shí)現(xiàn)方式——順序棧和鏈?zhǔn)綏＃约袄ㄌ?hào)匹配問題展開。首先介紹了棧的基本概念和后進(jìn)先出（LIFO）特性，讓學(xué)生對(duì)棧有了初步的認(rèn)識(shí)。接著詳細(xì)講解了順序棧和鏈?zhǔn)綏５亩x、實(shí)現(xiàn)和操作，包括初始化、入棧、出棧等，并分析了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，通過具體的代碼實(shí)現(xiàn)，展示了如何利用棧來解決括號(hào)匹配問題。通過本次課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)棧這種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有了更深入的理解，掌握了棧的基本操作和應(yīng)用，為今后在計(jì)算機(jī)編程中處理具有后進(jìn)先出特性的數(shù)據(jù)問題打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。作業(yè)布置1.編寫一個(gè)程序，實(shí)現(xiàn)順序棧和鏈?zhǔn)綏５幕静僮鳎ǔ跏蓟?、入棧、出棧），并進(jìn)行測試。

2.給定一個(gè)包含括號(hào)的表達(dá)式，使用棧來判斷括號(hào)是否匹配，并編寫代碼實(shí)現(xiàn)。

3.思考在實(shí)際編程中，還有哪些場景可以使用棧來解決問題，并舉例說明。課后反思在本次教學(xué)過程中，通過講授法、演示法、實(shí)踐法和討論法等多種教學(xué)方法的結(jié)合，學(xué)生對(duì)棧的基本概念、順序棧和鏈?zhǔn)綏５膶?shí)現(xiàn)以及括號(hào)匹配問題有了較好的理解。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，大部分學(xué)生能夠完成順序棧和鏈?zhǔn)綏５幕静僮鲗?shí)現(xiàn)，但在處理括號(hào)匹配問題時(shí)，部分學(xué)生對(duì)算法思路的理解還存在一定的困難，需要在后續(xù)的教學(xué)中加強(qiáng)輔導(dǎo)。在教學(xué)方法上，演示法和實(shí)踐法能夠讓學(xué)生更直觀地理解知識(shí)，但在討論法環(huán)節(jié)，部分學(xué)生參與度不高，需要進(jìn)一步引導(dǎo)和鼓勵(lì)。在今后的教學(xué)中，可以增加更多的實(shí)際案例和互動(dòng)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。同時(shí)，要更加關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，針對(duì)不同學(xué)習(xí)水平的學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)和幫助。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：隊(duì)列：順序/鏈?zhǔn)疥?duì)列、循環(huán)隊(duì)列授課時(shí)長：4學(xué)時(shí)（160分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)科班主講教師：XXX學(xué)情分析本次授課對(duì)象是24級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)大二上學(xué)期的學(xué)生。經(jīng)過大一的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和C語言編程技能，但對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這種較為抽象的概念理解可能存在一定困難。他們具有較強(qiáng)的好奇心和學(xué)習(xí)積極性，渴望通過實(shí)踐操作來驗(yàn)證所學(xué)知識(shí)。然而，在面對(duì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)畏難情緒。因此，在教學(xué)過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際案例，采用多種教學(xué)方法，幫助學(xué)生更好地理解和掌握隊(duì)列的相關(guān)知識(shí)。教學(xué)目標(biāo)?掌握：

?隊(duì)列的基本概念和特點(diǎn)。

?順序隊(duì)列、鏈?zhǔn)疥?duì)列和循環(huán)隊(duì)列的基本操作，包括初始化、入隊(duì)和出隊(duì)操作。

?循環(huán)隊(duì)列的隊(duì)空和隊(duì)滿條件的判斷。

?熟悉：

?順序隊(duì)列和鏈?zhǔn)疥?duì)列的優(yōu)缺點(diǎn)。

?隊(duì)列在實(shí)際生活和計(jì)算機(jī)科學(xué)中的應(yīng)用場景。

?了解：

?隊(duì)列在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)1.隊(duì)列的基本概念和先進(jìn)先出的原則。

2.順序隊(duì)列、鏈?zhǔn)疥?duì)列和循環(huán)隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)和基本操作。

3.循環(huán)隊(duì)列的隊(duì)空和隊(duì)滿條件的判斷。教學(xué)難點(diǎn)1.循環(huán)隊(duì)列的隊(duì)空和隊(duì)滿條件的判斷及理解。

2.鏈?zhǔn)疥?duì)列的插入和刪除操作的指針變化處理。教學(xué)方法1.講授法：通過講解隊(duì)列的基本概念、順序隊(duì)列、鏈?zhǔn)疥?duì)列和循環(huán)隊(duì)列的定義、表示和操作，讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)隊(duì)列的相關(guān)知識(shí)。

2.演示法：使用代碼演示隊(duì)列的初始化、入隊(duì)和出隊(duì)操作，讓學(xué)生更直觀地理解隊(duì)列的工作原理。

3.討論法：組織學(xué)生討論隊(duì)列在實(shí)際生活和計(jì)算機(jī)科學(xué)中的應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)隊(duì)列的理解和應(yīng)用能力。板書設(shè)計(jì)隊(duì)列：順序/鏈?zhǔn)疥?duì)列、循環(huán)隊(duì)列

?隊(duì)列基本概念

?定義：先進(jìn)先出（FIFO）

?隊(duì)頭、隊(duì)尾

?順序隊(duì)列

?定義和表示

?基本操作：初始化、入隊(duì)、出隊(duì)

?假溢出問題

?循環(huán)隊(duì)列

?定義和表示

?基本操作：初始化、入隊(duì)、出隊(duì)

?隊(duì)空和隊(duì)滿判斷

?鏈?zhǔn)疥?duì)列

?定義和表示

?基本操作：初始化、入隊(duì)、出隊(duì)教學(xué)過程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間一、課程導(dǎo)入

在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)遇到排隊(duì)的場景，比如在超市結(jié)賬、在車站買票等。排隊(duì)的原則是先來先服務(wù)，即先到的人先接受服務(wù)，后到的人后接受服務(wù)。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，我們也有類似的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來模擬這種排隊(duì)的場景，那就是隊(duì)列。隊(duì)列是一種重要的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。今天我們就來學(xué)習(xí)隊(duì)列的相關(guān)知識(shí)，包括順序隊(duì)列、鏈?zhǔn)疥?duì)列和循環(huán)隊(duì)列。

二、隊(duì)列的基本概念

隊(duì)列是一種特殊的線性表，它只允許在表的一端進(jìn)行插入操作，而在另一端進(jìn)行刪除操作。允許插入的一端稱為隊(duì)尾（rear），允許刪除的一端稱為隊(duì)頭（front）。隊(duì)列的操作遵循先進(jìn)先出（FirstInFirstOut，F(xiàn)IFO）的原則，就像我們?nèi)粘Ｉ钪械呐抨?duì)一樣。

三、順序隊(duì)列

（一）順序隊(duì)列的定義和表示

順序隊(duì)列是用一組地址連續(xù)的存儲(chǔ)單元依次存放從隊(duì)頭到隊(duì)尾的元素，同時(shí)設(shè)置兩個(gè)指針front和rear分別指示隊(duì)頭元素和隊(duì)尾元素的位置。在C語言中，我們可以用數(shù)組來實(shí)現(xiàn)順序隊(duì)列。以下是順序隊(duì)列的結(jié)構(gòu)體定義：

c

defineMAXSIZE100

typedefstruct{

intdata[MAXSIZE];

intfront;

intrear;

}SeqQueue;

（二）順序隊(duì)列的基本操作

1.初始化隊(duì)列：將隊(duì)頭指針和隊(duì)尾指針都初始化為0。

c

voidInitQueue(SeqQueue*Q){

Q->front=0;

Q->rear=0;

}

2.入隊(duì)操作：將新元素插入到隊(duì)尾。在插入之前，需要先判斷隊(duì)列是否已滿。若隊(duì)列未滿，則將元素插入到隊(duì)尾，并將隊(duì)尾指針后移一位。

c

intEnQueue(SeqQueue*Q,intx){

if(Q->rear==MAXSIZE){

return0;//隊(duì)列已滿

}

Q->data[Q->rear]=x;

Q->rear++;