数据结构——常见简答题汇总-编程知识

1、绪论

2、线性表

3、栈、队列和数组

4、串

5、树与二叉树

6、图

7、查找

8、排序

1、绪论

什么是数据结构？

数据结构是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。数据结构包括三个方面：逻辑结构、存储结构、数据的运算。

逻辑结构有：集合（数据元素除属于“同一个集合”外，别无其他关系）；

线性结构（数据元素之间只存在一对一的关系）；

树形结构（数据元素之间存在一对多的关系）；

图状结构或网状结构（数据元素之间存在多对多的关系）。

存储结构有：顺序存储、链式存储、索引存储、散列存储。

四种存储结构的优缺点是什么?

顺序存储：

优点：可以实现随机存取，每个元素占用最少的存储空间；

缺点：只能使用相邻的一整块存储单元，因此可能产生较多的外部碎片。

链式存储：

优点：不会出现碎片现象，能充分利用所有存储单元；

缺点：每个元素因存储指针而占用额外的存储空间，且只能实现顺序存取。

索引存储：

优点：检索速度快；

缺点：附加的索引表额外占用存储空间。另外，增加和删除数据时也要修改索引表，

因而会花费较多的时间。

散列存储：

优点：检索、增加和删除结点的操作都很快；

缺点：若散列函数不好，则可能出现存储单元的冲突，而解决冲突会增加时间和空间的开销。

算法的基本概念？

算法（Algorithm）是对特定问题求解步骤的一种描述。

算法的五个特性：

有穷性、确定性、可行性、输入、输出。

“好”算法应达到以下目标：

正确性、可读性、健壮性、高效率与低存储量需求。

时间复杂度的计算？

点击跳转到时间复杂度的计算

常见的渐近时间复杂度为

O(1)<O(logn)<O(n)<O(nlogn)<O( $n^{2}$ )<O( $n^{3}$ )<O( $2^{n}$ )<O(n!)<O( $n^{n}$ )

2、线性表

顺序表在插入或删除时一般需要移动元素，如果想不移动多个元素就实现插入和删除，应该如何处理？

插入元素时，直接将新元素插入在第n+1个位置；删除第i个元素时，将第n个元素补到第i个位置。

请简要说明线性表的顺序存储结构和链式存储结构在数据插入、数据删除、数据查找、存储空间占用等方面的优缺点。

顺序表在插入和删除时需要移动很多数据，时间耗费高；而链式存储不需要移动数据，时间耗费低。

顺序表分配空间的大小不好确定，要根据经验；而链式存储时按照需要分配，不会浪费空间。

顺序表查找元素时，支持用下标查找，时间耗费低；链式存储方式查找时只能从前往后顺序进行查找和比较，时间耗费高。

链式存储结构中，头指针和头结点之间的区分？引入头结点有什么优点呢？

不管带不带头结点，头指针都始终指向链表的第一个结点，而头结点是带头结点的链表中的第一个结点，结点内通常不存储信息。

引入头结点后，可以带来两个优点：

①由于第一个数据结点的位置被存放在头结点的指针域中，因此在链表的第一个位置上的操作和在表的其他位置上的操作一致，无须进行特殊处理。

②无论链表是否为空，其头指针都是指向头结点的非空指针（空表中头结点的指针域为空），因此空表和非空表的处理也就得到了统一。

循环双链表的判空条件是什么？

当循环双链表为空表时，head->next=head 并且 head->prior=head;

3、栈、队列和数组

说明线性表、栈和队列的异同点？

相同点：

都是线性结构，都是逻辑结构的概念。都可以用顺序存储和链式存储。

不同点：

①运算规则不同，线性表支持随机存取。栈只允许在一端进行插入、删除运算，因而是后进先出（LIFO)。队列是只允许一端进行插入，另一端进行删除运算，因而是先进先出（FIFO)。

②用途不同，栈用于子程调用和保护现场。队列用于多道作业处理、指令寄存及其他运算等。

栈初始化是栈顶指针S.top==-1，栈空和栈满的条件是什么？

栈空：S.top==-1

栈满：S.top==MaxSize-1

共享栈两个栈顶指针都指向栈顶元素，第一种情况top0=-1时0号栈为空，top1=MaxSize时1号栈为空。第二种情况top0=0时0号栈为空，top1=MaxSize-1时1号栈为空。判满条件分别是什么？

判满条件：

第一种：top1-top0==1（两个指针相邻，因为插入时先移指针再插入元素）

第二种：top0-top1==1（两个指针错开相邻，因为插入时先插入元素再移动指针）

当1、2、3、4顺序进栈时，列出所有可能的出栈顺序？

有14种（ $\frac{1}{n+1}C_{2n}^{n}$ 用卡特兰数计算）

①全进之后再出，只有1种：4321

②进三个开始出，只有3种：3421、3241、3214

③进二个开始出，只有5种：2431、2341、2134、2143、2134

④进一个开始出，只有5种：1431、1324、1342、1234、1243

顺序队列的入队出现“假上溢/假溢出”是怎样产生的?解决途径是什么？为了区分队空还是队满的情况，有哪三种处理方式？

一般的一维数组队列的尾指针已经到了数组的上界，不能再有入队操作，但其实数组中还有空位置，这就叫“假溢出”。采用循环队列是解决假溢出的途径。

为了区分是队空还是队满的情况，有三种处理方式：

①牺牲一个单元来区分队空还是队满入队时少用一个队列单元，这是一种较为普遍的做法。队满条件：（Q.rear+1)%MaxSize==Q.front。队空条件：Q.rear==Q.front。队列中元素的个数：（Q.rear-Q.front+MaxSize)%MaxSize。

②类型中增设表示元素个数的数据成员。这样，队空的条件为Q.size==0；堆满的条件是Q.size==MaxSize。这两种情况都有Q.front==Q.rear。

③类型中增设tag数据成员，以区分是队满还是队空。tag等于0时，若因删除导致Q.front==Q.rear，则为队空；tag等于1时,若因插入导致Q.front==Q.rearz，则为堆满。

稀疏矩阵压缩存储策略有哪两种？

链式存储：十字链表法。

顺序存储：三元组<i（行），j（列），v（值）>,失去了数组随机存储的特性。

将稀疏矩阵换成对应的三元组(行列从0，0或者从1，1开始记得备注清楚），将稀疏矩阵转为十字链表呢？反向转换成稀疏矩阵呢？

广义表会基本操作？

考点：

①求表头（取第一个元素）

②求表尾（除去第一个元素）

③求长度（所含元素个数）

④求深度（数左括号或右括号个数）

例1：广义表((a,b,c,d))的表头是（a,b,c,d) 表尾是（）

例2：广义表L=((a,b,c))，则L的长度和深度分别是 1 和 2

例3：广义表L=(a,(b,c))，进行Tail(L)操作后结果是 ((b,c))

//例4从最里层函数往外求

例4：广义表A=(a,b,(c,d),(e,(f,g)))，则Head(Tail(Head(Tail(Tail(A)))))的值为 d

画出广义表（a，（x，y），（（x）））的存储结构？

4、串

设有主串S='aabaabaabaac'，模式串P='aabaac'。（1）求出P的next数组。（2）试给出KMP算法的匹配过程。

（1）P的next数组如下所示：

（2）KMP算法的匹配过程如下：

串'ababaaababaa'的nextval数组为？

5、树与二叉树

一棵二叉树分别用顺序存储和链式存储表示？

注：其中0表示不存在的空结点，数组存储的开始下标建议从1开始。

试写出如图所示的二叉树分别按先序、中序、后序、层序遍历时得到的结点序列？

先序：ABDEC

中序：DBEAC

后序：DEBCA

层序：ABCDE

由遍历序列构造二叉树（三种情况：先序和中序、后序和中序、层序和中序）？关键点：先确定根，然后通过中序分左右子树

例如：求先序序列（ABCDEFGHI）和中序序列（BCAEDGHFI）所确定的二叉树

请画出与下面二叉树相对应的中序线索二叉链表（不带头结点）？

请画出与下面二叉树相对应的中序线索二叉树链式存储结构（带头结点）？

一棵树双亲表示法、孩子表示法、孩子兄弟表示法怎么表示？

用“左孩子右兄弟”的方法将一棵树转换为二叉树？将森林转换成一棵二叉树？

哈夫曼树如何构造？带权路径长度（WPL）是多少？各个字符编码为？

设给定权集w={5,7,2,3,6,8,9}，试构造关于w的一棵哈夫曼树，并求其加权路径长度WPL。

6、图

已知道图的顶点和边的集合时，能画出图的形状？

已知有向图和无向图，画出对应的邻接矩阵？

带权图的邻接矩阵怎么画呢？

已知道有向图和无向图，让你画出对应的邻接表你会画吗？

图G=(V,E)以邻接表存储，如下图所示，试画出图G的深度优先生成树和广度优先生成树（假设从结点1开始遍历）,深度优先序列和广度优先序列呢？

如何使用Prim算法构造最小生成树，给出构造过程？

如何使用Kruskal算法构造最小生成树，给出构造过程？

给定一个有向无环图，让写出拓扑排序的结果为？

以下图的拓扑排序结果为{1，2，4，3，5}

给定一个AOE网，求出其关键路径，该工程完成的最少时间？

关键路径为（v1,v3,v4,v6)，最少时间为a2+a5+a7=8

7、查找

有序顺序表中的元素依次为017，094，154，170，275，503，509，512，553，612，677，765，897，908。1）试画出对其进行折半查找的判定树。2）若查找275或684的元素，将依次与表中的哪些元素比较？3）计算查找成功的平均查找长度和查找不成功的平均查找长度。

按照序列{40，72，38，35，67，51，90，8，55，21}建立一棵二叉排序树，画出该树，并求出在等概率的情况下，查找成功的平均查找长度。

一棵二叉树按先序遍历得到的序列为（50，38，30，45，40，48，70，60，75，80），试画出该二叉排序树，并求出等概率下查找成功和查找失败的平均查找长度。

给定一个关键字集合{25，18，34，9，14，27，42，51，38}，假定查找各关键字的概率相同，请画出其最佳排序树。

依次把结点（34，23，15，98，115，28，107）插入初始状态为空的平衡二叉排序树，使得在每次插入后保持该树仍然是平衡二叉树。请依次画出每次插入后所形成的平衡二叉排序树。

使用散列函数H(key)=key%11，把一个整数值转换成散列表下标，现在要把数据{1，13，12，34，38，33，27，22}依次插入散列表。1）使用线性探测法来构造散列表。2）使用链地址法构造散列表。试针对这两种情况，分别确定查找成功所需的平均查找长度，及查找不成功所需的平均查找长度。

已知一组关键字为{26，36，41，38，44，15，68，12，6，51，25}，用链地址法解决冲突，假设装填因子α=0.75，散列函数的形式为H(key)=key%P，回答以下问题：1）构造出散列函数。2）分别计算出等概率情况下查找成功和查找失败的平均查找长度（查找失败的计算中只将与关键字的比较次数计算在内即可）。

设散列表为HT[0...12]，即表的大小为m=13。现采用双散列法解决冲突，散列函数和再散列函数分别为： $H_{0}(key)=(key)mod13$ $H_{i}=(H_{i-1}+REV(key+1)mod11+1)mod13); i=1,2,3,.....,m-1$ 。其中，函数REV(x)表示颠倒十进制数x的各位，如REV(37)=73,REV(7)=7等。若插入的关键码序列为（2，8，31，20，19，18，53，27），请回答：1）画出插入这8个关键码后的散列表。2）计算查找成功的平均查找长度ASL。

8、排序

给出关键字序列{4，5，1，2，6，3}的直接插入排序过程。

给出关键字序列{50，26，38，80，70，90，8，30，40，20}的希尔排序过程（取增量序列为d={5,3,1},排序结果为从小到大排列。

要对{49，27，13，76，97，65，38，49}进行冒泡排序，给出每一趟的排序过程？

冒泡排序思想：从前往后，两两比较，小的往前放。

第一趟排序：27 13 49 76 65 38 49 97

第二趟排序：13 27 49 65 38 49 76 97

第三趟排序：13 27 49 38 49 65 76 97

第四趟排序：13 27 38 49 49 65 76 97

排序结束，最终结果为{13，27，38，49，49，65，76，97}。