計(jì)算機(jī)學(xué)院教案課程名稱(chēng)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開(kāi)課部門(mén)：計(jì)算機(jī)學(xué)院開(kāi)課學(xué)期：2025--2026學(xué)年第一學(xué)期授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班任課教師：XXX教師職稱(chēng)：副教授使用教材：教材作者出版社

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：緒論（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念，抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型ADT，算法特性與復(fù)雜度分析）授課時(shí)長(zhǎng)：2學(xué)時(shí)（90分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班主講教師：XXX學(xué)情分析24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)大二的學(xué)生已經(jīng)具備了一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，如編程語(yǔ)言（如Python、Java等）和計(jì)算機(jī)組成原理等。但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一門(mén)相對(duì)抽象的課程，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念、抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型和算法復(fù)雜度分析可能存在一定的難度。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中可能會(huì)對(duì)理論知識(shí)感到枯燥，需要通過(guò)實(shí)際案例和生動(dòng)的講解來(lái)提高他們的學(xué)習(xí)興趣。此外，學(xué)生在分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力上還有待提高，需要通過(guò)課堂討論和課后作業(yè)等方式進(jìn)行鍛煉。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)對(duì)象、邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。

?掌握抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型（ADT）的定義和使用方法，能夠用編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的ADT。

?掌握算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的分析方法，能夠準(zhǔn)確分析常見(jiàn)算法的復(fù)雜度。

熟悉

?熟悉常見(jiàn)的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)（集合、線性結(jié)構(gòu)、樹(shù)形結(jié)構(gòu)和圖狀結(jié)構(gòu)）和物理結(jié)構(gòu)（順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)）的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。

?熟悉算法的特性，能夠判斷一個(gè)算法是否滿(mǎn)足有窮性、確定性、可行性、輸入和輸出等特性。

了解

?了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的重要性和應(yīng)用領(lǐng)域。

?了解抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的抽象性和封裝性的意義。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)對(duì)象、邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。

2.抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型ADT的定義和使用方法。

3.算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的分析方法。教學(xué)難點(diǎn)1.抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型ADT的理解與運(yùn)用，將實(shí)際問(wèn)題抽象為ADT模型。

2.算法復(fù)雜度的準(zhǔn)確分析，尤其是時(shí)間復(fù)雜度的漸進(jìn)表示法和不同情況下復(fù)雜度的計(jì)算。教學(xué)方法1.講授法：系統(tǒng)地講解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型ADT和算法復(fù)雜度分析等理論知識(shí)。

2.案例教學(xué)法：通過(guò)實(shí)際的計(jì)算機(jī)應(yīng)用案例和具體的算法實(shí)例，幫助學(xué)生理解抽象的概念。

3.討論法：組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，激發(fā)學(xué)生的思考和參與度，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和解決問(wèn)題的能力。板書(shū)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緒論

?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念

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

?數(shù)據(jù)對(duì)象

?邏輯結(jié)構(gòu)（集合、線性、樹(shù)形、圖狀）

?物理結(jié)構(gòu)（順序、鏈?zhǔn)剑?/p>

?抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型ADT

?概念

?定義格式

?算法特性與復(fù)雜度分析

?算法特性（有窮性、確定性、可行性、輸入、輸出）

?時(shí)間復(fù)雜度（大O表示法）

?空間復(fù)雜度教學(xué)過(guò)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

通過(guò)展示幾個(gè)實(shí)際的計(jì)算機(jī)應(yīng)用案例，如搜索引擎的信息檢索、游戲中的角色管理等，引導(dǎo)學(xué)生思考這些應(yīng)用背后的數(shù)據(jù)組織和處理方式，從而引出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念。讓學(xué)生討論在這些場(chǎng)景中可能涉及到的數(shù)據(jù)形式以及如何高效地處理這些數(shù)據(jù)，激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的興趣。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本概念

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

結(jié)合生活中的實(shí)例，如學(xué)生信息管理系統(tǒng)，講解數(shù)據(jù)是所有能輸入到計(jì)算機(jī)中并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號(hào)的總稱(chēng)。以學(xué)生信息為例，每個(gè)學(xué)生的信息就是一個(gè)數(shù)據(jù)元素，而學(xué)生信息中的姓名、年齡、學(xué)號(hào)等則是數(shù)據(jù)項(xiàng)。通過(guò)這種具體的例子，讓學(xué)生清晰地理解數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)元素和數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的層次關(guān)系。

數(shù)據(jù)對(duì)象

說(shuō)明數(shù)據(jù)對(duì)象是性質(zhì)相同的數(shù)據(jù)元素的集合，是數(shù)據(jù)的一個(gè)子集。仍以學(xué)生信息管理系統(tǒng)為例，所有學(xué)生的信息集合就是一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象。強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)對(duì)象在實(shí)際應(yīng)用中的重要性，它是數(shù)據(jù)處理的基本單位。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義

詳細(xì)講解數(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。從邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。邏輯結(jié)構(gòu)包括集合、線性結(jié)構(gòu)、樹(shù)形結(jié)構(gòu)和圖狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)圖形和實(shí)例分別介紹這四種邏輯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。例如，集合結(jié)構(gòu)就像圖書(shū)館中的書(shū)籍集合，元素之間沒(méi)有特定的順序關(guān)系；線性結(jié)構(gòu)如排隊(duì)的人群，元素之間是一對(duì)一的線性關(guān)系；樹(shù)形結(jié)構(gòu)如公司的組織架構(gòu)圖，元素之間是一對(duì)多的層次關(guān)系；圖狀結(jié)構(gòu)如城市之間的交通網(wǎng)絡(luò)，元素之間是多對(duì)多的關(guān)系。物理結(jié)構(gòu)主要有順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，解釋它們的存儲(chǔ)方式和優(yōu)缺點(diǎn)。順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)就像數(shù)組，元素在內(nèi)存中連續(xù)存儲(chǔ)，便于隨機(jī)訪問(wèn)，但插入和刪除操作可能需要移動(dòng)大量元素；鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)通過(guò)指針將元素連接起來(lái)，插入和刪除操作相對(duì)方便，但隨機(jī)訪問(wèn)效率較低。

抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型ADT

抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的概念

介紹抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型（ADT）是一個(gè)數(shù)學(xué)模型以及定義在該模型上的一組操作。它強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的抽象性和封裝性，將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法封裝在一起，使用者只需要關(guān)心ADT的功能，而不需要了解其具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。以棧為例，棧是一種后進(jìn)先出（LIFO）的抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型，使用者只需要知道棧有入棧和出棧操作，而不需要知道棧在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中是如何存儲(chǔ)和實(shí)現(xiàn)這些操作的。

ADT的定義格式

講解ADT的定義通常采用三元組（D，S，P）的形式，其中D是數(shù)據(jù)對(duì)象，S是D上的關(guān)系集，P是對(duì)D的基本操作集。以棧的ADT定義為例，詳細(xì)說(shuō)明每個(gè)部分的含義。數(shù)據(jù)對(duì)象D就是棧中的元素集合，關(guān)系集S表示元素之間的后進(jìn)先出關(guān)系，基本操作集P包括入棧（push）、出棧（pop）、判斷棧是否為空（isEmpty）等操作。通過(guò)具體的代碼示例，展示如何用編程語(yǔ)言（如Python）來(lái)定義一個(gè)棧的ADT。

算法特性與復(fù)雜度分析

算法的定義與特性

明確算法是對(duì)特定問(wèn)題求解步驟的一種描述，是指令的有限序列。介紹算法的五個(gè)重要特性：有窮性、確定性、可行性、輸入和輸出。通過(guò)具體的算法實(shí)例，如冒泡排序算法，分析它如何滿(mǎn)足這些特性。冒泡排序算法在有限的步驟內(nèi)可以完成排序任務(wù)，每個(gè)步驟的操作都是明確的，并且可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，它需要輸入一組待排序的數(shù)據(jù)，輸出排序好的數(shù)據(jù)。

算法復(fù)雜度分析

時(shí)間復(fù)雜度

講解時(shí)間復(fù)雜度是衡量算法執(zhí)行時(shí)間隨問(wèn)題規(guī)模增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的趨勢(shì)。引入大O表示法，通過(guò)具體的算法代碼，如簡(jiǎn)單的循環(huán)語(yǔ)句，分析其時(shí)間復(fù)雜度。對(duì)于一個(gè)單層循環(huán)，循環(huán)次數(shù)與問(wèn)題規(guī)模n成正比，其時(shí)間復(fù)雜度為O(n)；對(duì)于嵌套循環(huán)，時(shí)間復(fù)雜度則與嵌套的層數(shù)和每層的循環(huán)次數(shù)有關(guān)。以冒泡排序算法為例，詳細(xì)分析其最好、最壞和平均情況下的時(shí)間復(fù)雜度。最好情況下，數(shù)組已經(jīng)是有序的，只需要進(jìn)行一次遍歷，時(shí)間復(fù)雜度為O(n)；最壞情況下，數(shù)組是逆序的，需要進(jìn)行n(n-1)/2次比較和交換操作，時(shí)間復(fù)雜度為O(n2)；平均情況下，時(shí)間復(fù)雜度也為O(n2)。通過(guò)這些例子，讓學(xué)生掌握如何分析算法的時(shí)間復(fù)雜度。

空間復(fù)雜度

說(shuō)明空間復(fù)雜度是衡量算法在執(zhí)行過(guò)程中所需要的存儲(chǔ)空間隨問(wèn)題規(guī)模增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的趨勢(shì)。同樣通過(guò)具體的算法代碼，分析其空間復(fù)雜度。對(duì)于一些只使用常數(shù)級(jí)額外空間的算法，其空間復(fù)雜度為O(1)；而對(duì)于一些需要使用與問(wèn)題規(guī)模成正比的額外空間的算法，其空間復(fù)雜度為O(n)。例如，在遞歸算法中，遞歸調(diào)用棧的深度可能與問(wèn)題規(guī)模成正比，此時(shí)空間復(fù)雜度就可能為O(n)。

課堂總結(jié)

回顧本次課程的主要內(nèi)容，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型ADT以及算法的特性和復(fù)雜度分析。強(qiáng)調(diào)這些概念和方法在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)中深入理解和掌握。

課堂互動(dòng)

組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，給出一些實(shí)際問(wèn)題，如如何高效地存儲(chǔ)和查詢(xún)圖書(shū)館的書(shū)籍信息，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，討論可能的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法解決方案。每個(gè)小組派代表發(fā)言，分享小組的討論結(jié)果，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。通過(guò)案例討論分析基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用場(chǎng)景

編寫(xiě)簡(jiǎn)單ADT模型并進(jìn)行接口設(shè)計(jì)

對(duì)比不同算法的時(shí)間復(fù)雜度計(jì)算過(guò)程建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分類(lèi)體系與存儲(chǔ)方式認(rèn)知

理解ADT的抽象層次與實(shí)現(xiàn)封裝原則

掌握算法效率的數(shù)學(xué)分析方法與BigO表示30分鐘

30分鐘

30分鐘課堂小結(jié)本次課程圍繞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的緒論部分展開(kāi)，詳細(xì)講解了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念、抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型ADT以及算法的特性和復(fù)雜度分析。學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有了初步的認(rèn)識(shí)，了解了數(shù)據(jù)的組織和處理方式，掌握了抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型的定義和使用方法，學(xué)會(huì)了分析算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。通過(guò)課堂討論，學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)思考實(shí)際問(wèn)題的解決方案。但在教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對(duì)抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型和算法復(fù)雜度分析的理解存在一定困難，需要在后續(xù)教學(xué)中加強(qiáng)輔導(dǎo)和練習(xí)。作業(yè)布置1.簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)的區(qū)別與聯(lián)系。

2.定義一個(gè)簡(jiǎn)單的棧的抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型（ADT），并使用Python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

3.分析以下算法的時(shí)間復(fù)雜度：

python

foriinrange(n):

forjinrange(i):

print(i,j)

課后反思在本次教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)實(shí)際案例和生動(dòng)的講解，學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的緒論部分有了較好的理解。但在抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型和算法復(fù)雜度分析的教學(xué)中，部分學(xué)生理解困難，可能是因?yàn)檫@部分內(nèi)容較為抽象。在今后的教學(xué)中，可以增加更多的實(shí)例和練習(xí)，幫助學(xué)生加深理解。同時(shí)，要加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)方法和進(jìn)度。在課堂討論環(huán)節(jié)，學(xué)生的參與度較高，但部分小組的討論效果不夠理想，需要在今后的組織中更加注重引導(dǎo)和監(jiān)督，提高討論的質(zhì)量。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：線性表：順序表（線性表定義，順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，順序表插入刪除查找操作）授課時(shí)長(zhǎng)：2學(xué)時(shí)（90分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)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)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)（大二）的學(xué)生。經(jīng)過(guò)一年多的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，他們已經(jīng)具備了一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和編程能力，熟悉Python等編程語(yǔ)言的基本語(yǔ)法。在思維能力方面，他們具有較強(qiáng)的邏輯思維和抽象思維能力，能夠理解和分析復(fù)雜的概念和問(wèn)題。但對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門(mén)課程，他們可能還缺乏實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一些抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法理解起來(lái)可能會(huì)有一定難度。此外，由于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和基礎(chǔ)存在差異，在教學(xué)過(guò)程中需要關(guān)注不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，采用多樣化的教學(xué)方法滿(mǎn)足他們的學(xué)習(xí)需求。教學(xué)目標(biāo)?掌握：

?線性表的定義和特點(diǎn)。

?順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的原理和實(shí)現(xiàn)方法。

?順序表插入、刪除和查找操作的算法實(shí)現(xiàn)和代碼編寫(xiě)。

?熟悉：

?順序表不同操作的時(shí)間復(fù)雜度分析。

?順序表在實(shí)際應(yīng)用中的場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)。

?了解：

?順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。

?順序表與其他線性表存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的區(qū)別。教學(xué)重點(diǎn)1.線性表的定義和特點(diǎn)，理解線性表元素之間的線性關(guān)系。

2.順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的原理，掌握地址計(jì)算方法和隨機(jī)訪問(wèn)特性。

3.順序表插入、刪除和查找操作的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和代碼編寫(xiě)，明確不同操作的時(shí)間復(fù)雜度。教學(xué)難點(diǎn)1.理解順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)原理，尤其是地址計(jì)算和內(nèi)存分配。

2.掌握順序表插入、刪除操作時(shí)元素的移動(dòng)過(guò)程，以及時(shí)間復(fù)雜度的分析。

3.靈活運(yùn)用順序表解決實(shí)際問(wèn)題，在不同場(chǎng)景下選擇合適的操作方法。教學(xué)方法1.講授法：通過(guò)清晰的講解，向?qū)W生傳授線性表和順序表的基本概念、原理和操作方法。

2.演示法：利用代碼示例，演示順序表插入、刪除和查找操作的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，讓學(xué)生更直觀地理解。

3.練習(xí)法：布置課堂練習(xí)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作鞏固所學(xué)知識(shí)，提高動(dòng)手能力。

4.討論法：引導(dǎo)學(xué)生討論順序表在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。板書(shū)設(shè)計(jì)線性表：順序表

?線性表的定義

?定義：具有相同數(shù)據(jù)類(lèi)型的n個(gè)數(shù)據(jù)元素的有限序列

?特點(diǎn)：一對(duì)一的線性關(guān)系

?順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

?原理：用連續(xù)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)元素

?地址計(jì)算：LOC(ai)=LOC(a1)+(i-1)*l

?優(yōu)缺點(diǎn)

?順序表操作

?插入：判斷位置，移動(dòng)元素，插入新元素

?刪除：判斷位置，移動(dòng)元素，更新長(zhǎng)度

?查找：順序查找

?Python代碼示例

?SeqList類(lèi)：插入、刪除、查找方法教學(xué)過(guò)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)科學(xué)中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。線性表作為一種基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中非常廣泛。比如，在圖書(shū)館管理系統(tǒng)中，書(shū)籍的編號(hào)列表、學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)中的學(xué)生成績(jī)列表等，都可以用線性表來(lái)表示。那么，什么是線性表呢？它又有哪些存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和操作方法呢？今天我們就來(lái)深入學(xué)習(xí)線性表中的順序表。

線性表的定義

線性表是具有相同數(shù)據(jù)類(lèi)型的n（n≥0）個(gè)數(shù)據(jù)元素的有限序列。其中，n表示線性表的長(zhǎng)度，當(dāng)n=0時(shí)，稱(chēng)為空表。線性表中的元素可以是整數(shù)、字符、記錄等，但必須具有相同的數(shù)據(jù)類(lèi)型。例如，一個(gè)整數(shù)線性表可以表示為(a1,a2,…,an)，其中ai是表中的第i個(gè)元素。線性表的特點(diǎn)是元素之間存在一對(duì)一的線性關(guān)系，除了第一個(gè)元素沒(méi)有前驅(qū)，最后一個(gè)元素沒(méi)有后繼外，其他每個(gè)元素都有一個(gè)直接前驅(qū)和一個(gè)直接后繼。

順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是線性表的一種常見(jiàn)存儲(chǔ)方式。它是用一組地址連續(xù)的存儲(chǔ)單元依次存儲(chǔ)線性表的數(shù)據(jù)元素。在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，通常使用數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。假設(shè)線性表的每個(gè)元素占用l個(gè)存儲(chǔ)單元，并且第一個(gè)元素的存儲(chǔ)地址為L(zhǎng)OC(a1)，那么第i個(gè)元素的存儲(chǔ)地址LOC(ai)可以通過(guò)以下公式計(jì)算：LOC(ai)=LOC(a1)+(i-1)*l。這種存儲(chǔ)方式的優(yōu)點(diǎn)是可以隨機(jī)訪問(wèn)線性表中的任意元素，時(shí)間復(fù)雜度為O(1)。例如，要訪問(wèn)第5個(gè)元素，只需要根據(jù)公式計(jì)算出其存儲(chǔ)地址，然后直接訪問(wèn)該地址即可。但它也有缺點(diǎn)，比如插入和刪除操作需要移動(dòng)大量元素，效率較低。

順序表的插入操作

順序表的插入操作是指在順序表的第i個(gè)位置插入一個(gè)新元素e。插入操作的步驟如下：首先，判斷插入位置i是否合法，即1≤i≤n+1，其中n是當(dāng)前順序表的長(zhǎng)度。如果插入位置不合法，返回錯(cuò)誤信息。然后，判斷順序表是否已滿(mǎn)，如果已滿(mǎn)，則需要進(jìn)行擴(kuò)容操作。接下來(lái)，將第i個(gè)位置及以后的元素依次向后移動(dòng)一個(gè)位置，為新元素騰出空間。最后，將新元素e插入到第i個(gè)位置，并將順序表的長(zhǎng)度加1。例如，在順序表(1,2,3,4,5)中，在第3個(gè)位置插入元素6，操作后順序表變?yōu)?1,2,6,3,4,5)。插入操作的時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，因?yàn)樵谧顗那闆r下，需要移動(dòng)n個(gè)元素。

順序表的刪除操作

順序表的刪除操作是指刪除順序表的第i個(gè)位置的元素。刪除操作的步驟如下：首先，判斷刪除位置i是否合法，即1≤i≤n，其中n是當(dāng)前順序表的長(zhǎng)度。如果刪除位置不合法，返回錯(cuò)誤信息。然后，將第i+1個(gè)位置及以后的元素依次向前移動(dòng)一個(gè)位置，覆蓋掉第i個(gè)位置的元素。最后，將順序表的長(zhǎng)度減1。例如，在順序表(1,2,6,3,4,5)中，刪除第3個(gè)位置的元素6，操作后順序表變?yōu)?1,2,3,4,5)。刪除操作的時(shí)間復(fù)雜度也為O(n)，因?yàn)樵谧顗那闆r下，需要移動(dòng)n-1個(gè)元素。

順序表的查找操作

順序表的查找操作是指在順序表中查找值為e的元素。查找操作可以采用順序查找的方法，即從順序表的第一個(gè)元素開(kāi)始，依次比較每個(gè)元素的值是否等于e。如果找到，則返回該元素的位置；如果遍歷完整個(gè)順序表都沒(méi)有找到，則返回-1表示未找到。例如，在順序表(1,2,3,4,5)中查找元素3，從第一個(gè)元素開(kāi)始比較，當(dāng)比較到第3個(gè)元素時(shí)，發(fā)現(xiàn)其值等于3，返回位置3。順序查找的時(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)順序表。

代碼實(shí)現(xiàn)

以下是用Python實(shí)現(xiàn)順序表的插入、刪除和查找操作的示例代碼：

python

classSeqList:

def__init__(self,max_size=100):

self.max_size=max_size

self.data=[None]*max_size

self.length=0

definsert(self,i,e):

ifi<1ori>self.length+1:

returnFalse

ifself.length>=self.max_size:

returnFalse

forjinrange(self.length,i-1,-1):

self.data[j]=self.data[j-1]

self.data[i-1]=e

self.length+=1

returnTrue

defdelete(self,i):

ifi<1ori>self.length:

returnFalse

forjinrange(i,self.length):

self.data[j-1]=self.data[j]

self.length-=1

returnTrue

defsearch(self,e):

foriinrange(self.length):

ifself.data[i]==e:

returni+1

return-1

課堂練習(xí)

給出一個(gè)順序表(2,4,6,8,10)，要求學(xué)生完成以下操作：1.在第3個(gè)位置插入元素7；2.刪除第4個(gè)位置的元素；3.查找元素8的位置。通過(guò)練習(xí)，讓學(xué)生鞏固所學(xué)的順序表插入、刪除和查找操作。

總結(jié)與回顧

回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，包括線性表的定義、順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、順序表的插入、刪除和查找操作。強(qiáng)調(diào)順序表的優(yōu)缺點(diǎn)以及不同操作的時(shí)間復(fù)雜度。鼓勵(lì)學(xué)生在課后進(jìn)一步思考順序表在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用場(chǎng)景。通過(guò)示例歸納線性表的邏輯特性

用內(nèi)存分布圖解析順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

分步驟完成插入操作模擬

討論刪除操作中的邊界條件

對(duì)比不同查找算法的時(shí)間復(fù)雜度建立線性表抽象概念與具體實(shí)現(xiàn)的聯(lián)系

理解物理存儲(chǔ)與邏輯關(guān)系的映射方式

掌握元素移動(dòng)規(guī)律與時(shí)間復(fù)雜度計(jì)算

強(qiáng)化異常處理和安全操作意識(shí)

培養(yǎng)算法效率的評(píng)估能力15分鐘

20分鐘

20分鐘

18分鐘

17分鐘課堂小結(jié)本次課主要學(xué)習(xí)了線性表的定義、順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以及順序表的插入、刪除和查找操作。通過(guò)理論講解、代碼演示和課堂練習(xí)，學(xué)生對(duì)順序表有了更深入的理解。了解了順序表的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景，掌握了順序表基本操作的實(shí)現(xiàn)方法和時(shí)間復(fù)雜度分析。同時(shí)，也認(rèn)識(shí)到順序表在實(shí)際應(yīng)用中的重要性。但在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生對(duì)插入和刪除操作時(shí)元素的移動(dòng)過(guò)程理解不夠深刻，需要在后續(xù)教學(xué)中加強(qiáng)輔導(dǎo)。作業(yè)布置1.編寫(xiě)一個(gè)Python程序，實(shí)現(xiàn)順序表的逆置操作，即把順序表中的元素順序顛倒。

2.思考在一個(gè)長(zhǎng)度為n的順序表中，插入和刪除操作的平均時(shí)間復(fù)雜度分別是多少，并給出推導(dǎo)過(guò)程。

3.查找資料，舉例說(shuō)明順序表在實(shí)際軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用場(chǎng)景，并分析其使用順序表的原因。課后反思在本次教學(xué)中，通過(guò)多種教學(xué)方法的結(jié)合，如講授法、演示法和練習(xí)法，學(xué)生對(duì)線性表和順序表的基本概念和操作有了較好的理解。但在教學(xué)過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。例如，部分學(xué)生對(duì)插入和刪除操作時(shí)元素的移動(dòng)過(guò)程理解不夠深入，可以在后續(xù)教學(xué)中增加更多的動(dòng)畫(huà)演示或?qū)嵗治?，幫助學(xué)生更好地理解。另外，在課堂練習(xí)環(huán)節(jié)，部分學(xué)生完成速度較慢，可以適當(dāng)調(diào)整練習(xí)的難度和數(shù)量，確保大多數(shù)學(xué)生能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的課后輔導(dǎo)，及時(shí)解決他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，提高教學(xué)效果。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：線性表：鏈表基礎(chǔ)（單鏈表存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，單鏈表創(chuàng)建插入刪除，頭結(jié)點(diǎn)作用）授課時(shí)長(zhǎng)：2學(xué)時(shí)（90分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班主講教師：XXX學(xué)情分析本次授課對(duì)象為24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)大二的學(xué)生。經(jīng)過(guò)大一的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了計(jì)算機(jī)編程的基礎(chǔ)知識(shí)，如Python或C++等編程語(yǔ)言的基本語(yǔ)法和數(shù)據(jù)類(lèi)型。但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門(mén)課程對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)具有一定的挑戰(zhàn)性，尤其是鏈表這種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，涉及到指針和內(nèi)存管理等概念，對(duì)學(xué)生的邏輯思維和編程能力要求較高。此外，大二的學(xué)生具有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力和探索精神，喜歡通過(guò)實(shí)踐來(lái)掌握知識(shí)。因此，在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，采用多種教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更好地理解和掌握單鏈表的相關(guān)知識(shí)。教學(xué)目標(biāo)掌握

?掌握單鏈表的節(jié)點(diǎn)定義和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。

?掌握單鏈表的創(chuàng)建方法（頭插法和尾插法）。

?掌握單鏈表的插入和刪除操作的實(shí)現(xiàn)。

?掌握頭結(jié)點(diǎn)在單鏈表中的作用和使用方法。

熟悉

?熟悉單鏈表插入和刪除操作的時(shí)間復(fù)雜度分析。

?熟悉有頭結(jié)點(diǎn)和無(wú)頭結(jié)點(diǎn)的單鏈表在操作上的差異。

了解

?了解鏈表在實(shí)際應(yīng)用中的場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)。教學(xué)重點(diǎn)1.單鏈表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)定義。

2.單鏈表的創(chuàng)建方法（頭插法和尾插法）。

3.單鏈表的插入和刪除操作的實(shí)現(xiàn)。

4.頭結(jié)點(diǎn)在單鏈表中的作用。教學(xué)難點(diǎn)1.理解單鏈表的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和指針操作，尤其是指針的移動(dòng)和修改。

2.掌握單鏈表插入和刪除操作的邏輯和實(shí)現(xiàn)，避免出現(xiàn)指針丟失或內(nèi)存泄漏問(wèn)題。

3.深刻理解頭結(jié)點(diǎn)在單鏈表中的作用，并能在實(shí)際應(yīng)用中靈活運(yùn)用。教學(xué)方法1.講授法：通過(guò)清晰的語(yǔ)言講解單鏈表的基本概念、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、操作原理等知識(shí)，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握理論內(nèi)容。

2.演示法：利用動(dòng)畫(huà)、圖形和代碼示例等方式，直觀地展示單鏈表的創(chuàng)建、插入、刪除等操作過(guò)程，幫助學(xué)生更好地理解抽象的概念。

3.實(shí)踐法：安排課堂練習(xí)，讓學(xué)生親自動(dòng)手編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)單鏈表的相關(guān)操作，加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握。

4.討論法：組織學(xué)生對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行討論，如頭結(jié)點(diǎn)的作用、插入和刪除操作的時(shí)間復(fù)雜度等，激發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力。板書(shū)設(shè)計(jì)線性表：鏈表基礎(chǔ)

1.單鏈表存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

?節(jié)點(diǎn)定義：數(shù)據(jù)域+指針域

?單鏈表結(jié)構(gòu)：頭節(jié)點(diǎn)->節(jié)點(diǎn)1->節(jié)點(diǎn)2->...->尾節(jié)點(diǎn)

2.單鏈表創(chuàng)建

?頭插法

?尾插法

3.單鏈表插入操作

?插入到指定位置

?時(shí)間復(fù)雜度分析

4.單鏈表刪除操作

?刪除指定位置節(jié)點(diǎn)

?時(shí)間復(fù)雜度分析

5.頭結(jié)點(diǎn)作用

?簡(jiǎn)化插入和刪除操作

?統(tǒng)一操作邏輯教學(xué)過(guò)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

通過(guò)回顧線性表的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，指出其在插入和刪除操作時(shí)需要移動(dòng)大量元素的缺點(diǎn)，從而引出鏈表這種新的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。以生活中的火車(chē)為例，每節(jié)車(chē)廂可以看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，車(chē)廂之間的連接關(guān)系就如同鏈表中節(jié)點(diǎn)的指針關(guān)系，讓學(xué)生對(duì)鏈表有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。

二、單鏈表存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

1.節(jié)點(diǎn)定義：詳細(xì)講解單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)包含數(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)，指針域用于指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。通過(guò)代碼示例展示節(jié)點(diǎn)的定義，如在Python中可以使用類(lèi)來(lái)定義節(jié)點(diǎn)：

python

classNode:

def__init__(self,data):

self.data=data

self.next=None

2.單鏈表結(jié)構(gòu)：說(shuō)明單鏈表是由一系列節(jié)點(diǎn)通過(guò)指針依次連接而成的。鏈表的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為頭節(jié)點(diǎn)，最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針域?yàn)榭?。通過(guò)畫(huà)圖的方式，清晰地展示單鏈表的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生理解節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系。

三、單鏈表創(chuàng)建

1.頭插法：介紹頭插法創(chuàng)建單鏈表的步驟。首先創(chuàng)建一個(gè)頭節(jié)點(diǎn)，然后依次將新節(jié)點(diǎn)插入到鏈表的頭部。通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)頭插法，并結(jié)合動(dòng)畫(huà)演示插入過(guò)程，讓學(xué)生理解頭插法的原理。以下是頭插法的Python代碼示例：

python

classNode:

def__init__(self,data):

self.data=data

self.next=None

classLinkedList:

def__init__(self):

self.head=None

definsert_at_head(self,data):

new_node=Node(data)

new_node.next=self.head

self.head=new_node

2.尾插法：講解尾插法創(chuàng)建單鏈表的步驟。同樣先創(chuàng)建一個(gè)頭節(jié)點(diǎn)，然后依次將新節(jié)點(diǎn)插入到鏈表的尾部。通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)尾插法，并與頭插法進(jìn)行對(duì)比，讓學(xué)生理解兩種創(chuàng)建方法的區(qū)別。以下是尾插法的Python代碼示例：

python

classNode:

def__init__(self,data):

self.data=data

self.next=None

classLinkedList:

def__init__(self):

self.head=None

self.tail=None

definsert_at_tail(self,data):

new_node=Node(data)

ifnotself.head:

self.head=new_node

self.tail=new_node

else:

self.tail.next=new_node

self.tail=new_node

四、單鏈表插入操作

1.插入到指定位置：詳細(xì)講解在單鏈表中指定位置插入節(jié)點(diǎn)的步驟。首先需要找到插入位置的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后修改指針完成插入操作。通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)插入操作，并結(jié)合圖形演示插入過(guò)程，讓學(xué)生理解插入操作的邏輯。以下是在指定位置插入節(jié)點(diǎn)的Python代碼示例：

python

classNode:

def__init__(self,data):

self.data=data

self.next=None

classLinkedList:

def__init__(self):

self.head=None

definsert_at_position(self,data,position):

new_node=Node(data)

ifposition==0:

new_node.next=self.head

self.head=new_node

return

current=self.head

foriinrange(position-1):

ifcurrentisNone:

return

current=current.next

new_node.next=current.next

current.next=new_node

2.插入操作的時(shí)間復(fù)雜度分析：引導(dǎo)學(xué)生分析插入操作的時(shí)間復(fù)雜度，讓學(xué)生理解插入操作在單鏈表中的效率。

五、單鏈表刪除操作

1.刪除指定位置節(jié)點(diǎn)：講解在單鏈表中刪除指定位置節(jié)點(diǎn)的步驟。同樣需要找到要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后修改指針完成刪除操作。通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)刪除操作，并結(jié)合圖形演示刪除過(guò)程，讓學(xué)生理解刪除操作的邏輯。以下是刪除指定位置節(jié)點(diǎn)的Python代碼示例：

python

classNode:

def__init__(self,data):

self.data=data

self.next=None

classLinkedList:

def__init__(self):

self.head=None

defdelete_at_position(self,position):

ifself.headisNone:

return

ifposition==0:

self.head=self.head.next

return

current=self.head

foriinrange(position-1):

ifcurrentisNoneorcurrent.nextisNone:

return

current=current.next

current.next=current.next.next

2.刪除操作的時(shí)間復(fù)雜度分析：引導(dǎo)學(xué)生分析刪除操作的時(shí)間復(fù)雜度，讓學(xué)生理解刪除操作在單鏈表中的效率。

六、頭結(jié)點(diǎn)作用

1.簡(jiǎn)化插入和刪除操作：詳細(xì)講解頭結(jié)點(diǎn)如何簡(jiǎn)化單鏈表的插入和刪除操作。通過(guò)對(duì)比有頭結(jié)點(diǎn)和無(wú)頭結(jié)點(diǎn)的單鏈表在插入和刪除操作時(shí)的代碼實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生理解頭結(jié)點(diǎn)的作用。

2.統(tǒng)一操作邏輯：說(shuō)明頭結(jié)點(diǎn)可以統(tǒng)一鏈表的操作邏輯，避免對(duì)第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的特殊處理。通過(guò)代碼示例展示有頭結(jié)點(diǎn)和無(wú)頭結(jié)點(diǎn)在操作上的差異，讓學(xué)生深刻理解頭結(jié)點(diǎn)的重要性。

七、課堂練習(xí)

給出一些與單鏈表創(chuàng)建、插入、刪除相關(guān)的練習(xí)題，讓學(xué)生在課堂上完成，教師巡回指導(dǎo)，及時(shí)解決學(xué)生遇到的問(wèn)題。通過(guò)課堂練習(xí)，鞏固學(xué)生所學(xué)的知識(shí)。

八、總結(jié)與答疑

對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)和難點(diǎn)。解答學(xué)生在課堂上提出的疑問(wèn)，確保學(xué)生對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容有一個(gè)清晰的理解。觀察單鏈表結(jié)構(gòu)示意圖并繪制物理存儲(chǔ)模型

分組編寫(xiě)單鏈表創(chuàng)建程序（頭插法/尾插法）

模擬不同位置的插入刪除操作并繪制指針變化圖

對(duì)比分析帶頭結(jié)點(diǎn)/無(wú)頭結(jié)點(diǎn)的鏈表操作案例建立邏輯結(jié)構(gòu)與物理存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)關(guān)系認(rèn)知

掌握動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配與指針操作的核心技術(shù)

理解數(shù)據(jù)操作中指針域的動(dòng)態(tài)維護(hù)機(jī)制

認(rèn)知頭結(jié)點(diǎn)對(duì)邊界條件處理的優(yōu)化作用20分鐘

25分鐘

30分鐘

15分鐘課堂小結(jié)本次課主要介紹了線性表中鏈表的基礎(chǔ)知識(shí)，包括單鏈表的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、單鏈表的創(chuàng)建（頭插法和尾插法）、單鏈表的插入和刪除操作以及頭結(jié)點(diǎn)的作用。通過(guò)理論講解、代碼演示和課堂練習(xí)，學(xué)生對(duì)單鏈表有了初步的認(rèn)識(shí)和理解。在課堂上，學(xué)生積極參與討論和練習(xí)，但仍有部分學(xué)生對(duì)指針操作和頭結(jié)點(diǎn)的作用理解不夠深入，需要在后續(xù)的教學(xué)中加強(qiáng)輔導(dǎo)。作業(yè)布置1.編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)單鏈表的逆置操作。

2.給定一個(gè)單鏈表，刪除鏈表中所有值為指定值的節(jié)點(diǎn)。

3.思考并總結(jié)單鏈表和順序表在不同場(chǎng)景下的優(yōu)缺點(diǎn)。課后反思在本次教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)多種教學(xué)方法的結(jié)合，學(xué)生對(duì)單鏈表的基礎(chǔ)知識(shí)有了較好的理解。但在教學(xué)過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。例如，部分學(xué)生對(duì)指針操作和內(nèi)存管理的概念理解困難，導(dǎo)致在編寫(xiě)代碼時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在今后的教學(xué)中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這些難點(diǎn)的講解和練習(xí)，通過(guò)更多的實(shí)例和動(dòng)畫(huà)演示，幫助學(xué)生更好地理解指針和內(nèi)存管理的概念。此外，在課堂練習(xí)環(huán)節(jié)，應(yīng)給予學(xué)生更多的時(shí)間進(jìn)行思考和討論，鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題和解決方案，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：線性表：鏈表進(jìn)階（循環(huán)鏈表原理，雙向鏈表原理，順序表與鏈表比較）授課時(shí)長(zhǎng)：2學(xué)時(shí)（90分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班主講教師：XXX學(xué)情分析授課對(duì)象為24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)大二的本科生。他們已經(jīng)具備了一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和編程能力，在之前的課程中學(xué)習(xí)了線性表中的順序表和單鏈表的相關(guān)知識(shí)。但對(duì)于復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和指針操作可能還存在理解上的困難，需要通過(guò)具體的例子和圖形輔助講解。同時(shí)，大二學(xué)生正處于知識(shí)積累和能力提升的關(guān)鍵階段，具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)積極性和探索精神，渴望將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。教學(xué)目標(biāo)掌握

?循環(huán)鏈表和雙向鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和基本操作，包括初始化、插入、刪除和遍歷操作。

?能夠根據(jù)實(shí)際問(wèn)題需求，準(zhǔn)確選擇順序表或鏈表作為合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

熟悉

?順序表和鏈表在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、操作性能和空間復(fù)雜度方面的差異。

?循環(huán)鏈表和雙向鏈表在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用。

了解

?循環(huán)鏈表和雙向鏈表在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的其他相關(guān)應(yīng)用和拓展知識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)1.循環(huán)鏈表和雙向鏈表的原理、節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和基本操作。

2.順序表與鏈表在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、操作性能和空間復(fù)雜度方面的比較。教學(xué)難點(diǎn)1.理解循環(huán)鏈表和雙向鏈表的指針操作邏輯，尤其是循環(huán)條件和邊界情況的處理。

2.能夠根據(jù)實(shí)際問(wèn)題需求，準(zhǔn)確選擇順序表或鏈表作為合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，理解它們?cè)诓煌瑘?chǎng)景下的性能差異。教學(xué)方法1.講授法：通過(guò)清晰的語(yǔ)言向?qū)W生講解循環(huán)鏈表、雙向鏈表的原理和順序表與鏈表比較的知識(shí)，包括概念、操作步驟等。

2.演示法：使用圖形和代碼示例，直觀地展示循環(huán)鏈表和雙向鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、操作過(guò)程，幫助學(xué)生更好地理解。

3.討論法：組織學(xué)生討論順序表和鏈表在不同場(chǎng)景下的選擇，激發(fā)學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生的分析和解決問(wèn)題的能力。板書(shū)設(shè)計(jì)線性表：鏈表進(jìn)階

?循環(huán)鏈表

?概念

?節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

?基本操作：初始化、插入、刪除、遍歷

?雙向鏈表

?概念

?節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

?基本操作：初始化、插入、刪除、遍歷

?順序表與鏈表比較

?存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

?操作性能：插入、刪除、查找

?空間復(fù)雜度教學(xué)過(guò)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

回顧之前學(xué)過(guò)的線性表中的單鏈表知識(shí)，包括單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、插入和刪除操作等。提出問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考，如在某些場(chǎng)景下單鏈表存在的局限性，像單鏈表只能單向遍歷，當(dāng)需要反向操作時(shí)會(huì)很不方便；在處理循環(huán)問(wèn)題時(shí)，單鏈表也難以高效實(shí)現(xiàn)。從而引出本節(jié)課要學(xué)習(xí)的循環(huán)鏈表和雙向鏈表，讓學(xué)生對(duì)新知識(shí)產(chǎn)生期待。

二、循環(huán)鏈表原理講解

1.概念引入：通過(guò)生活中的循環(huán)場(chǎng)景，如鐘表的指針轉(zhuǎn)動(dòng)、環(huán)形跑道等，類(lèi)比循環(huán)鏈表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即鏈表的尾節(jié)點(diǎn)指向頭節(jié)點(diǎn)，形成一個(gè)閉環(huán)。給出循環(huán)鏈表的定義：循環(huán)鏈表是一種特殊的鏈表，其最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針指向鏈表的頭節(jié)點(diǎn)，使得鏈表可以循環(huán)訪問(wèn)。

2.節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)：展示循環(huán)鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，與單鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，強(qiáng)調(diào)它們的相同點(diǎn)（都包含數(shù)據(jù)域和指針域）和不同點(diǎn)（循環(huán)鏈表的尾指針指向頭節(jié)點(diǎn)）。使用圖形輔助講解，讓學(xué)生更直觀地理解。

3.基本操作

?初始化：詳細(xì)講解如何初始化一個(gè)循環(huán)鏈表，包括創(chuàng)建頭節(jié)點(diǎn)，將頭節(jié)點(diǎn)的指針指向自身。給出相應(yīng)的代碼示例，并逐行解釋代碼的含義。

?插入操作：分別介紹在循環(huán)鏈表的頭部、尾部和中間位置插入節(jié)點(diǎn)的操作步驟。以在頭部插入節(jié)點(diǎn)為例，先創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)，然后將新節(jié)點(diǎn)的指針指向頭節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，再將頭節(jié)點(diǎn)的指針指向新節(jié)點(diǎn)。結(jié)合代碼和圖形，讓學(xué)生理解插入操作的指針變化過(guò)程。

?刪除操作：同樣講解在不同位置刪除節(jié)點(diǎn)的操作。例如，刪除頭部節(jié)點(diǎn)時(shí)，要先保存頭節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后將頭節(jié)點(diǎn)的指針指向該節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最后釋放原頭節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存。通過(guò)代碼和圖形展示刪除操作的細(xì)節(jié)。

?遍歷操作：說(shuō)明循環(huán)鏈表的遍歷與單鏈表的不同之處，由于是循環(huán)結(jié)構(gòu)，遍歷的終止條件不再是指針為空，而是指針回到頭節(jié)點(diǎn)。給出遍歷循環(huán)鏈表的代碼示例，并解釋代碼中的循環(huán)條件。

三、雙向鏈表原理講解

1.概念引入：提出在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要同時(shí)支持向前和向后遍歷鏈表的需求，從而引出雙向鏈表。介紹雙向鏈表的定義：雙向鏈表的每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含兩個(gè)指針，一個(gè)指向前一個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)指向后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)雙向遍歷。

2.節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)：展示雙向鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，與單鏈表和循環(huán)鏈表的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比。強(qiáng)調(diào)雙向鏈表節(jié)點(diǎn)多了一個(gè)指向前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的指針。使用圖形清晰地表示節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系。

3.基本操作

?初始化：講解如何初始化一個(gè)雙向鏈表，包括創(chuàng)建頭節(jié)點(diǎn)，將頭節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)和后繼指針都初始化為空。給出初始化代碼示例并解釋。

?插入操作：分別介紹在雙向鏈表的頭部、尾部和中間位置插入節(jié)點(diǎn)的操作。以在中間位置插入節(jié)點(diǎn)為例，先找到插入位置的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)，調(diào)整新節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)和后繼指針，以及前后節(jié)點(diǎn)的指針。結(jié)合代碼和圖形，詳細(xì)說(shuō)明指針的變化過(guò)程。

?刪除操作：講解在不同位置刪除節(jié)點(diǎn)的操作。例如，刪除中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，要先保存該節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)和后繼節(jié)點(diǎn)，然后調(diào)整它們的指針，最后釋放該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存。通過(guò)代碼和圖形展示刪除操作的步驟。

?遍歷操作：說(shuō)明雙向鏈表可以從前往后或從后往前遍歷，分別給出兩種遍歷方式的代碼示例，并解釋代碼的邏輯。

四、順序表與鏈表比較

1.存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)比較：詳細(xì)對(duì)比順序表和鏈表的存儲(chǔ)方式。順序表是用一段連續(xù)的內(nèi)存空間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元素，而鏈表是通過(guò)指針將分散的節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)。通過(guò)圖形展示兩種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的區(qū)別，讓學(xué)生理解它們?cè)趦?nèi)存使用上的不同。

2.操作性能比較

?插入和刪除操作：分析在不同位置進(jìn)行插入和刪除操作時(shí)，順序表和鏈表的時(shí)間復(fù)雜度。在順序表中，插入和刪除操作可能需要移動(dòng)大量元素，時(shí)間復(fù)雜度為O(n)；而在鏈表中，只需要修改指針，時(shí)間復(fù)雜度為O(1)（不考慮查找插入或刪除位置的時(shí)間）。通過(guò)具體的例子和代碼分析，讓學(xué)生明白在頻繁進(jìn)行插入和刪除操作的場(chǎng)景下，鏈表更有優(yōu)勢(shì)。

?查找操作：比較順序表和鏈表的查找操作性能。順序表可以通過(guò)下標(biāo)直接訪問(wèn)元素，時(shí)間復(fù)雜度為O(1)；而鏈表需要從頭節(jié)點(diǎn)開(kāi)始逐個(gè)遍歷，時(shí)間復(fù)雜度為O(n)。說(shuō)明在需要頻繁查找元素的場(chǎng)景下，順序表更合適。

3.空間復(fù)雜度比較：講解順序表和鏈表的空間復(fù)雜度。順序表需要預(yù)先分配連續(xù)的內(nèi)存空間，可能會(huì)造成空間浪費(fèi)；而鏈表的節(jié)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)分配的，不會(huì)有大量的空間閑置，但每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要額外的指針域，會(huì)增加一定的空間開(kāi)銷(xiāo)。通過(guò)具體的數(shù)據(jù)和例子，讓學(xué)生理解兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在空間利用上的差異。

五、總結(jié)與拓展

1.總結(jié)循環(huán)鏈表、雙向鏈表的原理和特點(diǎn)，以及順序表與鏈表的比較結(jié)果。強(qiáng)調(diào)不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在不同場(chǎng)景下的適用性。

2.給出一些實(shí)際應(yīng)用案例，讓學(xué)生分析應(yīng)該選擇順序表還是鏈表作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如實(shí)現(xiàn)一個(gè)音樂(lè)播放列表，當(dāng)需要頻繁隨機(jī)播放時(shí)，順序表更合適；當(dāng)需要頻繁添加和刪除歌曲時(shí)，鏈表更合適。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。觀察循環(huán)鏈表示例并繪制結(jié)構(gòu)圖

分析雙向鏈表案例并討論插入刪除操作

分組討論順序表與鏈表性能差異理解循環(huán)鏈表的首尾連接特性及遍歷邏輯

掌握雙向鏈表的雙指針操作原理

培養(yǎng)學(xué)生對(duì)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)的分析能力30分鐘

30分鐘

30分鐘課堂小結(jié)本次課主要學(xué)習(xí)了線性表中的循環(huán)鏈表和雙向鏈表的原理，包括它們的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、基本操作（初始化、插入、刪除、遍歷），并對(duì)順序表和鏈表進(jìn)行了全面的比較，包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、操作性能和空間復(fù)雜度等方面。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握循環(huán)鏈表和雙向鏈表的特點(diǎn)和操作方法，能夠根據(jù)實(shí)際問(wèn)題需求選擇合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。作業(yè)布置1.編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)循環(huán)鏈表和雙向鏈表的基本操作（初始化、插入、刪除、遍歷），并進(jìn)行測(cè)試。

2.分析一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景（如學(xué)生信息管理系統(tǒng)），說(shuō)明在該場(chǎng)景下選擇順序表還是鏈表作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更合適，并給出理由。

3.查閱資料，了解循環(huán)鏈表和雙向鏈表在其他領(lǐng)域的應(yīng)用案例，下節(jié)課進(jìn)行分享。課后反思在本次教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)生活實(shí)例引入循環(huán)鏈表和雙向鏈表的概念，學(xué)生能夠較好地理解新知識(shí)。在講解基本操作時(shí)，結(jié)合圖形和代碼示例，大部分學(xué)生能夠跟上教學(xué)進(jìn)度。但在講解指針操作的細(xì)節(jié)時(shí)，部分學(xué)生理解起來(lái)仍有困難，需要在課后進(jìn)一步輔導(dǎo)。在順序表與鏈表的比較環(huán)節(jié)，通過(guò)具體的案例分析，學(xué)生能夠初步掌握不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的適用場(chǎng)景，但在實(shí)際應(yīng)用中還需要更多的練習(xí)。在今后的教學(xué)中，可以增加更多的實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際編程加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握。同時(shí)，要更加關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，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：棧（棧的定義與特性，順序棧與鏈棧實(shí)現(xiàn)，棧的應(yīng)用：數(shù)制轉(zhuǎn)換與括號(hào)匹配）授課時(shí)長(zhǎng)：2學(xué)時(shí)（90分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班主講教師：XXX學(xué)情分析授課對(duì)象為24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)大二學(xué)生。經(jīng)過(guò)大一的基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)，他們已經(jīng)掌握了一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和編程技能，如Python或Java等編程語(yǔ)言。但對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的理解還處于初步階段，抽象思維和算法設(shè)計(jì)能力有待提高。這個(gè)階段的學(xué)生好奇心強(qiáng)，有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)積極性，但在面對(duì)復(fù)雜的概念和算法時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)理解困難和缺乏耐心的情況。因此，在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合生動(dòng)的實(shí)例和可視化手段，幫助他們理解抽象的概念，同時(shí)通過(guò)實(shí)踐操作來(lái)提高他們的編程能力和解決問(wèn)題的能力。教學(xué)目標(biāo)掌握

?掌握棧的定義和后進(jìn)先出（LIFO）的特性。

?掌握順序棧和鏈棧的實(shí)現(xiàn)方法，包括入棧、出棧、判空等基本操作的代碼實(shí)現(xiàn)。

?掌握棧在數(shù)制轉(zhuǎn)換和括號(hào)匹配問(wèn)題中的應(yīng)用，能夠獨(dú)立編寫(xiě)相關(guān)的算法代碼。

熟悉

?熟悉棧在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)景，如函數(shù)調(diào)用棧、表達(dá)式求值等。

?熟悉順序棧和鏈棧在不同場(chǎng)景下的優(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。

了解

?了解棧與其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如隊(duì)列、鏈表等）的區(qū)別和聯(lián)系。

?了解棧在更復(fù)雜算法和數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用，拓寬計(jì)算機(jī)科學(xué)視野。教學(xué)重點(diǎn)1.棧的定義和后進(jìn)先出（LIFO）特性，這是棧的核心概念，是理解后續(xù)內(nèi)容的基礎(chǔ)。2.順序棧和鏈棧的實(shí)現(xiàn)，包括基本操作（入棧、出棧、判空等）的代碼實(shí)現(xiàn)和邏輯理解。3.棧在數(shù)制轉(zhuǎn)換和括號(hào)匹配中的應(yīng)用原理和實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用加深對(duì)棧的理解和運(yùn)用。教學(xué)難點(diǎn)1.理解棧在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用原理，如在數(shù)制轉(zhuǎn)換和括號(hào)匹配中的具體實(shí)現(xiàn)邏輯。2.掌握順序棧和鏈棧在插入、刪除等操作時(shí)的邊界條件處理和異常情況處理。3.能夠靈活運(yùn)用棧的特性來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)算法思維和編程能力。教學(xué)方法1.講授法：通過(guò)清晰的語(yǔ)言向?qū)W生講解棧的定義、特性、實(shí)現(xiàn)方法和應(yīng)用場(chǎng)景，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握理論知識(shí)。2.演示法：利用動(dòng)畫(huà)、圖形等手段演示棧的入棧、出棧操作以及順序棧和鏈棧的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生更直觀地理解抽象的概念。3.實(shí)踐法：安排學(xué)生進(jìn)行代碼編寫(xiě)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)順序棧、鏈棧以及棧的應(yīng)用程序，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。4.討論法：組織學(xué)生討論棧在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用和解決問(wèn)題的思路，激發(fā)學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)生之間的交流與合作。板書(shū)設(shè)計(jì)棧

?定義：特殊線性表，插入和刪除在棧頂

?特性：后進(jìn)先出（LIFO）

順序棧

?實(shí)現(xiàn)：數(shù)組

?基本操作：入棧、出棧、判空等

鏈棧

?實(shí)現(xiàn)：鏈表

?基本操作：入棧、出棧、判空等

棧的應(yīng)用

?數(shù)制轉(zhuǎn)換

?括號(hào)匹配教學(xué)過(guò)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

首先，通過(guò)生活中的實(shí)例引入棧的概念。比如，堆放的盤(pán)子，只能從最上面取盤(pán)子，放盤(pán)子也只能放在最上面。還有瀏覽器的后退功能，每次后退都是回到上一個(gè)訪問(wèn)的頁(yè)面，這和棧的進(jìn)出規(guī)則是一致的。引導(dǎo)學(xué)生思考這種后進(jìn)先出（LastInFirstOut，LIFO）的規(guī)則在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，從而引出棧這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

二、棧的定義與特性

1.棧的定義：詳細(xì)講解棧是一種特殊的線性表，其插入和刪除操作只允許在表的一端進(jìn)行，這一端被稱(chēng)為棧頂，另一端稱(chēng)為棧底。可以用圖形來(lái)表示棧的結(jié)構(gòu)，棧頂在上，棧底在下。

2.棧的特性：強(qiáng)調(diào)棧的后進(jìn)先出特性，即最后進(jìn)入棧的元素最先被取出。通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示棧的入棧（push）和出棧（pop）操作，讓學(xué)生直觀地看到元素的進(jìn)出順序。同時(shí)，介紹棧的其他基本操作，如判空（isEmpty）、獲取棧頂元素（peek）等。

三、順序棧的實(shí)現(xiàn)

1.順序棧的定義：說(shuō)明順序棧是用數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)棧的結(jié)構(gòu)。數(shù)組的一端作為棧底，另一端作為棧頂。定義一個(gè)數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)棧中的元素，同時(shí)用一個(gè)變量來(lái)記錄棧頂?shù)奈恢谩?/p>

2.順序棧的基本操作實(shí)現(xiàn)：

?入棧操作：當(dāng)要進(jìn)行入棧操作時(shí)，首先檢查棧是否已滿(mǎn)。如果棧未滿(mǎn)，將元素放入棧頂位置，然后棧頂指針加1。如果棧已滿(mǎn)，則拋出棧溢出異常。

?出棧操作：進(jìn)行出棧操作時(shí)，先檢查棧是否為空。如果棧不為空，取出棧頂元素，棧頂指針減1。如果棧為空，則拋出棧下溢異常。

?判空操作：判斷棧頂指針是否為-1，如果是，則棧為空。

?獲取棧頂元素操作：若棧不為空，直接返回棧頂指針?biāo)赶虻脑亍?/p>

3.代碼實(shí)現(xiàn)：使用Python或Java等編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)順序棧的基本操作。以下是Python代碼示例：

python

classSeqStack:

def__init__(self,max_size):

self.max_size=max_size

self.stack=[None]*max_size

self.top=-1

defis_empty(self):

returnself.top==-1

defis_full(self):

returnself.top==self.max_size-1

defpush(self,item):

ifself.is_full():

print("Stackoverflow")

else:

self.top+=1

self.stack[self.top]=item

defpop(self):

ifself.is_empty():

print("Stackunderflow")

else:

item=self.stack[self.top]

self.top-=1

returnitem

defpeek(self):

ifself.is_empty():

print("Stackisempty")

else:

returnself.stack[self.top]

四、鏈棧的實(shí)現(xiàn)

1.鏈棧的定義：介紹鏈棧是用鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)棧的結(jié)構(gòu)。鏈表的頭節(jié)點(diǎn)作為棧頂，每次插入和刪除操作都在頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。

2.鏈棧的基本操作實(shí)現(xiàn)：

?入棧操作：創(chuàng)建一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，將新節(jié)點(diǎn)的指針指向原來(lái)的頭節(jié)點(diǎn)，然后將頭節(jié)點(diǎn)更新為新節(jié)點(diǎn)。

?出棧操作：如果棧不為空，保存頭節(jié)點(diǎn)的值，將頭節(jié)點(diǎn)更新為原來(lái)頭節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最后釋放原來(lái)頭節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存。

?判空操作：判斷頭節(jié)點(diǎn)是否為空，如果為空，則棧為空。

?獲取棧頂元素操作：若棧不為空，直接返回頭節(jié)點(diǎn)的值。

3.代碼實(shí)現(xiàn)：以下是Python實(shí)現(xiàn)鏈棧的代碼示例：

python

classNode:

def__init__(self,data):

self.data=data

self.next=None

classLinkedStack:

def__init__(self):

self.top=None

defis_empty(self):

returnself.topisNone

defpush(self,item):

new_node=Node(item)

new_node.next=self.top

self.top=new_node

defpop(self):

ifself.is_empty():

print("Stackunderflow")

else:

item=self.top.data

self.top=self.top.next

returnitem

defpeek(self):

ifself.is_empty():

print("Stackisempty")

else:

returnself.top.data

五、棧的應(yīng)用：數(shù)制轉(zhuǎn)換

1.數(shù)制轉(zhuǎn)換原理：講解將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為其他進(jìn)制數(shù)的原理，如二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制等。以十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制為例，采用除2取余的方法，將每次得到的余數(shù)依次存入棧中，最后將棧中的元素依次取出，就得到了二進(jìn)制數(shù)。

2.代碼實(shí)現(xiàn)：使用棧來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)制轉(zhuǎn)換的代碼。以下是Python代碼示例：

python

defdecimal_to_base(decimal_num,base):

stack=[]

digits="0123456789ABCDEF"

whiledecimal_num>0:

remainder=decimal_num%base

stack.append(digits[remainder])

decimal_num=decimal_num//base

result=""

whilestack:

result+=stack.pop()

returnresult

六、棧的應(yīng)用：括號(hào)匹配

1.括號(hào)匹配問(wèn)題描述：給出一些包含括號(hào)的表達(dá)式，如“(a+b)*[c-d]”，判斷括號(hào)是否匹配。匹配的規(guī)則是每種括號(hào)的左右括號(hào)必須成對(duì)出現(xiàn)，并且左括號(hào)必須在對(duì)應(yīng)的右括號(hào)之前。

2.算法思路：遍歷表達(dá)式中的每個(gè)字符，如果是左括號(hào)，則將其壓入棧中；如果是右括號(hào)，則檢查棧頂元素是否為對(duì)應(yīng)的左括號(hào)，如果是，則將棧頂元素出棧；如果不是，則括號(hào)不匹配。遍歷完表達(dá)式后，如果棧為空，則括號(hào)匹配；否則，括號(hào)不匹配。

3.代碼實(shí)現(xiàn)：以下是Python代碼示例：

python

defis_matching(expression):

stack=[]

mapping={')':'(',']':'[','}':'{'}

forcharinexpression:

ifcharin'([{':

stack.append(char)

elifcharin')]}':

ifnotstackorstack.pop()!=mapping[char]:

returnFalse

returnlen(stack)==0

七、課堂總結(jié)與練習(xí)

1.課堂總結(jié)：回顧棧的定義、特性，順序棧和鏈棧的實(shí)現(xiàn)，以及棧在數(shù)制轉(zhuǎn)換和括號(hào)匹配中的應(yīng)用。強(qiáng)調(diào)棧的后進(jìn)先出特性在解決實(shí)際問(wèn)題中的重要性。

2.課堂練習(xí)：給出一些與棧相關(guān)的練習(xí)題，如實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算器，利用棧來(lái)處理運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)；或者判斷一個(gè)字符串是否是回文，使用棧來(lái)輔助判斷。讓學(xué)生在課堂上完成這些練習(xí)，鞏固所學(xué)知識(shí)。觀察棧操作動(dòng)畫(huà)并總結(jié)特性

編寫(xiě)順序棧與鏈棧的核心代碼

分組實(shí)現(xiàn)數(shù)制轉(zhuǎn)換和括號(hào)匹配算法建立棧的FILO概念認(rèn)知

掌握不同存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)差異

培養(yǎng)實(shí)際問(wèn)題建模能力30分鐘

35分鐘

25分鐘課堂小結(jié)本次課程圍繞棧這一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)展開(kāi)，詳細(xì)介紹了棧的定義與特性，通過(guò)生活實(shí)例和動(dòng)畫(huà)演示讓學(xué)生理解棧的后進(jìn)先出規(guī)則。接著，分別講解了順序棧和鏈棧的實(shí)現(xiàn)，包括基本操作的代碼實(shí)現(xiàn)和邊界條件處理。最后，通過(guò)數(shù)制轉(zhuǎn)換和括號(hào)匹配兩個(gè)應(yīng)用案例，展示了棧在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。學(xué)生在理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作中，對(duì)棧有了更深入的理解，掌握了棧的基本操作和應(yīng)用方法。但在應(yīng)用棧解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，部分學(xué)生還存在一定困難，需要在后續(xù)練習(xí)中加強(qiáng)。作業(yè)布置1.實(shí)現(xiàn)一個(gè)順序棧和鏈棧，并完成入棧、出棧、判空等基本操作的測(cè)試。

2.編寫(xiě)一個(gè)程序，使用棧來(lái)判斷一個(gè)給定的算術(shù)表達(dá)式中的括號(hào)是否匹配。

3.思考并嘗試實(shí)現(xiàn)一個(gè)用棧來(lái)計(jì)算后綴表達(dá)式（逆波蘭表達(dá)式）的程序。課后反思本次課程整體教學(xué)效果較好，學(xué)生對(duì)棧的概念和基本操作有了一定的理解。通過(guò)實(shí)例引入和動(dòng)畫(huà)演示，學(xué)生能夠較好地掌握棧的后進(jìn)先出特性。在順序棧和鏈棧的實(shí)現(xiàn)教學(xué)中，部分學(xué)生對(duì)邊界條件的處理和異常情況的處理理解不夠深入，需要在后續(xù)的輔導(dǎo)中加強(qiáng)。在應(yīng)用部分，數(shù)制轉(zhuǎn)換和括號(hào)匹配的講解，學(xué)生能夠跟上思路，但在獨(dú)立完成代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)，仍存在一些問(wèn)題，可能是對(duì)算法的理解不夠透徹。在今后的教學(xué)中，應(yīng)增加更多的實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)動(dòng)手編寫(xiě)代碼，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)算法思路的引導(dǎo)和講解，提高學(xué)生的編程能力和解決問(wèn)題的能力。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教案設(shè)計(jì)題目：隊(duì)列（隊(duì)列的定義與特性，循環(huán)隊(duì)列與鏈隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，隊(duì)列的應(yīng)用）授課時(shí)長(zhǎng)：2學(xué)時(shí)（90分鐘）授課班級(jí)：24級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)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)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)大二的學(xué)生。經(jīng)過(guò)一年多的學(xué)習(xí)，他們已經(jīng)掌握了一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和編程技能，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有了初步的認(rèn)識(shí)。但隊(duì)列作為一種新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其概念和實(shí)現(xiàn)方式對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)可能具有一定的挑戰(zhàn)性。特別是循環(huán)隊(duì)列和鏈隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)，涉及到指針操作和算法設(shè)計(jì)，需要學(xué)生具備較強(qiáng)的邏輯思維能力。此外，學(xué)生們?cè)趯㈥?duì)列應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中時(shí)，可能會(huì)遇到一些困難，需要教師進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)。教學(xué)目標(biāo)掌握

?掌握隊(duì)列的定義和先進(jìn)先出（FIFO）的特性。

?掌握循環(huán)隊(duì)列和鏈隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方法，包括插入、刪除等基本操作。

?能夠運(yùn)用隊(duì)列解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，如模擬排隊(duì)系統(tǒng)。

熟悉

?熟悉循環(huán)隊(duì)列和鏈隊(duì)列的優(yōu)缺點(diǎn)。

?熟悉隊(duì)列在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)景。

了解

?了解隊(duì)列在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。

?了解隊(duì)列與其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的區(qū)別和聯(lián)系。教學(xué)重點(diǎn)1.隊(duì)列的定義和先進(jìn)先出（FIFO）的特性。

2.循環(huán)隊(duì)列和鏈隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方法，包括隊(duì)空和隊(duì)滿(mǎn)的判斷、插入和刪除操作。

3.隊(duì)列在實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)1.循環(huán)隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)原理，特別是隊(duì)空和隊(duì)滿(mǎn)的判斷條件。

2.鏈隊(duì)列的插入和刪除操作的指針變化。

3.靈活運(yùn)用隊(duì)列解決實(shí)際問(wèn)題。教學(xué)方法1.講授法：通過(guò)講解隊(duì)列的定義、特性、實(shí)現(xiàn)原理等理論知識(shí)，讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)隊(duì)列的相關(guān)概念。

2.演示法：使用代碼示例和圖形演示，直觀地展示循環(huán)隊(duì)列和鏈隊(duì)列的插入、刪除操作，幫助學(xué)生理解。

3.練習(xí)法：布置課堂練習(xí)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)踐操作鞏固所學(xué)知識(shí)，提高編程能力。

4.討論法：組織學(xué)生對(duì)隊(duì)列的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行討論，激發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。板書(shū)設(shè)計(jì)隊(duì)列

?定義：特殊線性表，一端插入（隊(duì)尾），一端刪除（隊(duì)頭）

?特性：先進(jìn)先出（FIFO）

循環(huán)隊(duì)列

?解決“假溢出”問(wèn)題

?隊(duì)空：front==rear

?隊(duì)滿(mǎn)：(rear+1)%maxSize==front

?插入和刪除操作

鏈隊(duì)列

?節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)域+指針域

?插入和刪除操作

隊(duì)列的應(yīng)用

?操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度

?網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包處理

?廣度優(yōu)先搜索（BFS）教學(xué)過(guò)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，我們常常會(huì)遇到排隊(duì)的場(chǎng)景，比如在超市結(jié)賬、在車(chē)站買(mǎi)票等。排隊(duì)的規(guī)則是先來(lái)的人先接受服務(wù)，后來(lái)的人只能排在隊(duì)尾等待。這種排隊(duì)的方式體現(xiàn)了一種數(shù)據(jù)處理的順序，而在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，我們用隊(duì)列這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)模擬這種順序。隊(duì)列在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，比如操作系統(tǒng)中的任務(wù)調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的處理等。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，大家將深入了解隊(duì)列的相關(guān)知識(shí)。

二、隊(duì)列的定義與特性

（一）定義

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，這一端稱(chēng)為隊(duì)尾；而在表的另一端進(jìn)行刪除操作，這一端稱(chēng)為隊(duì)頭?？梢园殃?duì)列想象成一個(gè)管道，數(shù)據(jù)從一端進(jìn)入，從另一端出去，就像排隊(duì)的人從隊(duì)尾加入，從隊(duì)頭離開(kāi)一樣。

（二）特性

1.先進(jìn)先出（FIFO）：這是隊(duì)列最重要的特性。最先進(jìn)入隊(duì)列的元素將最先被刪除，就如同在現(xiàn)實(shí)生活中排隊(duì)，先來(lái)的人先得到服務(wù)。例如，在隊(duì)列[1,2,3]中，當(dāng)進(jìn)行刪除操作時(shí)，最先被刪除的是元素1。

2.操作受限：隊(duì)列的插入和刪除操作分別限制在隊(duì)尾和隊(duì)頭進(jìn)行，這保證了隊(duì)列的順序性。

三、循環(huán)隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)

（一）基本概念

順序隊(duì)列在使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)“假溢出”的問(wèn)題，即隊(duì)列的存儲(chǔ)空間并沒(méi)有完全被利用，但由于隊(duì)尾指針已經(jīng)到達(dá)數(shù)組的末尾，無(wú)法再進(jìn)行插入操作。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們引入了循環(huán)隊(duì)列。循環(huán)隊(duì)列是將順序隊(duì)列的存儲(chǔ)空間看作一個(gè)環(huán)形，當(dāng)隊(duì)尾指針到達(dá)數(shù)組的末尾時(shí)，下一個(gè)位置會(huì)回到數(shù)組的開(kāi)頭。

（二）實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

1.隊(duì)空和隊(duì)滿(mǎn)的判斷：在循環(huán)隊(duì)列中，隊(duì)空的條件是隊(duì)頭指針和隊(duì)尾指針相等；而隊(duì)滿(mǎn)的條件有多種判斷方法，常見(jiàn)的是犧牲一個(gè)存儲(chǔ)單元，當(dāng)(rear+1)%maxSize==front時(shí)，表示隊(duì)滿(mǎn)，其中rear是隊(duì)尾指針，front是隊(duì)頭指針，maxSize是隊(duì)列的最大容量。

2.插入和刪除操作：插入操作時(shí)，先判斷隊(duì)列是否已滿(mǎn)，如果未滿(mǎn)，則將元素插入到隊(duì)尾，然后隊(duì)尾指針向后移動(dòng)一位（注意要進(jìn)行取模運(yùn)算）；刪除操作時(shí)，先判斷隊(duì)列是否為空，如果不為空，則刪除隊(duì)頭元素，然后隊(duì)頭指針向后移動(dòng)一位（同樣要進(jìn)行取模運(yùn)算）。

四、鏈隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)

（一）基本概念

鏈隊(duì)列是用鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)的隊(duì)列。它由一個(gè)頭指針和一個(gè)尾指針組成，頭指針指向鏈表的頭節(jié)點(diǎn)，尾指針指向鏈表的尾節(jié)點(diǎn)。

（二）實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

1.節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)：鏈隊(duì)列的節(jié)點(diǎn)包含兩個(gè)部分，一個(gè)是數(shù)據(jù)域，用于存儲(chǔ)元素的值；另一個(gè)是指針域，用于指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.插入和刪除操作：插入操作時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，將其插入到鏈表的尾部，然后更新尾指針；刪除操作時(shí)，先判斷隊(duì)列是否為空，如果不為空，則刪除鏈表的頭節(jié)點(diǎn)，然后更新頭指針。如果刪除后隊(duì)列變?yōu)榭眨瑒t需要將尾指針也置為NULL。

五、隊(duì)列的應(yīng)用

（一）操作系統(tǒng)中的任務(wù)調(diào)度

在操作系統(tǒng)中，多個(gè)任務(wù)可能會(huì)同時(shí)請(qǐng)求資源，為了保證公平性和有序性，操作系統(tǒng)會(huì)使用隊(duì)列來(lái)管理這些任務(wù)。例如，當(dāng)多個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求CPU資源時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將這些進(jìn)程放入一個(gè)隊(duì)列中，按照先進(jìn)先出的原則依次分配CPU時(shí)間片。

（二）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的處理

在網(wǎng)絡(luò)通信中，數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收也會(huì)使用隊(duì)列。當(dāng)發(fā)送方要發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)將這些數(shù)據(jù)包依次放入一個(gè)發(fā)送隊(duì)列中，然后按照順序發(fā)送；接收方會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)包放入一個(gè)接收隊(duì)列中，然后依次處理。

（三）廣度優(yōu)先搜索（BFS）

在圖的遍歷算法中，廣度優(yōu)先搜索使用隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)。從起始節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，將其加入隊(duì)列，然后不斷從隊(duì)列中取出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行訪問(wèn)，并將其未訪問(wèn)的鄰接節(jié)點(diǎn)加入隊(duì)列，直到隊(duì)列為空。

六、代碼實(shí)現(xiàn)與演示

（一）循環(huán)隊(duì)列的代碼實(shí)現(xiàn)

python

classCircularQueue:

def__init__(self,maxSize):

self.maxSize=maxSize

self.queue=[None]*maxSize

self.front=0

self.rear=0

defisFull(self):

return(self.rear+1)%self.maxSize==self.front

defisEmpty(self):

returnself.front==self.rear

defenqueue(self,item):

ifself.isFull():

print('Queueisfull')

else:

self.queue[self.rear]=item

self.rear=(self.rear+1)%self.maxSize

defdequeue(self):

ifself.isEmpty():

print('Queueisempty')

else:

item=self.queue[self.front]

self.front=(self.front+1)%self.maxSize

returnitem

（二）鏈隊(duì)列的代碼實(shí)現(xiàn)

python

classNode:

def__init__(self,data):

self.data=data

self.next=None

classLinkedQueue:

def__init__(self):

self.front=None

self.rear=None

defisEmpty(self):

returnself.frontisNone

defenqueue(self,item):

newNode=Node(item)

ifself.isEmpty():

self.front=newNode

self.rear=newNode

else:

self.rear.next=newNode

self.rear=newNode

defdequeue(self):

ifself.isEmpty():

print('Queueisempty')

else:

item=self.front.data

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七、課堂練習(xí)

1.編寫(xiě)一個(gè)程序，使用循環(huán)隊(duì)列來(lái)模擬銀行排隊(duì)系統(tǒng)，用戶(hù)可以輸入顧客的編號(hào)，程序?qū)㈩櫩图尤腙?duì)列，并在有窗口空閑時(shí)，從隊(duì)列中取出顧客進(jìn)行服務(wù)。

2.實(shí)現(xiàn)一個(gè)鏈隊(duì)列，并編寫(xiě)測(cè)試代碼，對(duì)隊(duì)列的插入和刪除操作進(jìn)行測(cè)試。

八、總結(jié)與答疑

回顧本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，包括隊(duì)列的定義與特性、循環(huán)隊(duì)列和鏈隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)以及隊(duì)列的應(yīng)用。解答學(xué)生在課堂練習(xí)和學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。觀察食堂排隊(duì)實(shí)例并總結(jié)隊(duì)列特