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第一章数据结构与算法

1.1 算法

★算法：是指解题方案的准确而完整的描述。

算法不等于程序，也不等计算机方法，程序的编制不可能优于算法的设计。

算法的基本特征：是一组严谨地定义运算顺序的规则，每一个规则都是有效的，是明确的，此顺序将在有限的次数下终止。

★特征包括：

（1）可行性；

（2）确定性，算法中每一步骤都必须有明确定义，不充许有模棱两可的解释，不允许有多义性；

（3）有穷性，算法必须能在有限的时间内做完，即能在执行有限个步骤后终止，包括合理的执行时间的含义；

（4）拥有足够的情报。

算法的基本要素：一是对数据对象的运算和操作；二是算法的控制结构。

指令系统：一个计算机系统能执行的所有指令的集合。

基本运算和操作包括：算术运算、逻辑运算、关系运算、数据传输。

★算法的控制结构：顺序结构、选择结构、循环结构。

算法基本设计方法：列举法、归纳法、递推、递归、减斗递推技术、回溯法。

★算法复杂度：算法时间复杂度和算法空间复杂度。

算法时间复杂度是指执行算法所需要的计算工作量或基本运算次数。

算法空间复杂度是指执行这个算法所需要的内存空间。

1.2 数据结构的基本基本概念

数据结构研究的三个方面：

（1）数据集合中各数据元素之间所固有的逻辑关系，即数据的逻辑结构；

（2）在对数据进行处理时，各数据元素在计算机中的存储关系，即数据的存储结构；

（3）对各种数据结构进行的运算。

数据结构是指相互有关联的数据元素的集合。

★数据的逻辑结构包含：

（1）表示数据元素的信息；

（2）表示各数据元素之间的前后件关系。

所以我们通常所说的数据结构指的就是数据的逻辑机构。根据数据结构中组织数据方式的不同又分线性结构和非线性结构。

★线性结构条件：

（1）有且只有一个根结点；

（2）每一个结点最多有一个前件，也最多有一个后件。

非线性结构：不满足线性结构条件的数据结构。

★数据的存储结构有顺序、链接、索引等。

1.3线性表及其顺序存储结构

线性表由一组数据元素构成，数据元素的位置只取决于自己的序号，元素之间的相对位置是线性的。在复杂线性表中，由若干项数据元素组成的数据元素称为记录，而由多个记录构成的线性表又称为文件。 ★非空线性表的结构特征：

（1）且只有一个根结点a1，它无前件；

（2）有且只有一个终端结点an ，它无后件；

（3）除根结点与终端结点外，其他所有结点有且只有一个前件，也有且只有一个后件。结点个数n 称为线性表的长度，当n=0时，称为空表。

★线性表的顺序存储结构具有以下两个基本特点：

（1）线性表中所有元素的所占的存储空间是连续的；

（2）线性表中各数据元素在存储空间中是按逻辑顺序依次存放的。

ai 的存储地址为：ADR(ai)=ADR(a1)+(i-1)k,，ADR(a1)为第一个元素的地址，k 代表每个元素占的字节数。

★顺序表的运算：插入、删除。对于长度为n 的线性表，如果采用顺序存储，插入一个元素，最坏情况下需要移动n 个元素的位置；在等概率的情况下，平均需要移动n/2个元素的位置。对于长度为n 的线性表，如果采用顺序存储，删除一个元素，最坏情况下需要移动n-1个元素的位置；在等概率的情况下，平均需要移动（n-1）/2个元素的位置。

1.4栈和队列

★栈是限定在一端进行插入与删除的线性表，允许插入与删除的一端称为栈顶，不允许插入与删除的另一端称为栈底。栈按照“先进后出”（FILO ）或“后进先出”（LIFO ）组织数据，栈具有记忆作用。用top 表示栈顶元素位置，用bottom 表示栈底。栈中计算元素个数的方法：|bottom-top|+1 栈的基本运算：（1）插入元素称为入栈运算；（2）删除元素称为退栈运算；（3）读栈顶

元素是将栈顶元素赋给一个指定的变量，此时指针无变化。

★队列是指允许在一端（队尾）进入插入，而在另一端（队头）进行删除的线性表。Rear 指针指向队尾，front 指针指向队头元素的前一个位置。队列是“先进后出”（FIFO ）或“后进后出”（LILO ）的线性表。队列中计算元素个数的方法：rear-front

循环队列：在队列中，在队尾可以不断的插入元素，在队头可以不断的删除元素；在运算过程中，会出现队尾已经插入满溢二不能插入元素，而队头还有很多空余空间可以插入的情况，这时可以考虑将元素插入队头。形象的把队头当成了队尾，我们可以在逻辑上认为队头和队尾连接在了一起形成一个封闭的环状结构，我们称之为循环队列。这个封闭的结构就会有固定的容量。循环队列中计算元素个数的方法分三种情况：

★当rear>front时，元素的个数为rear-front

当rear

当rear=front时，元素的个数为0或容量个数，表示队空或队满。

队列运算包括（1）入队运算：从队尾插入一个元素；（2）退队运算：从队头删除一个元素。

1.5线性链表

数据结构中的每一个结点对应于一个存储单元，这种存储单元称为存储结点，简称结点。

★线性链表的结点由两部分组成：

（1）用于存储数据元素值，称为数据域；

（2）用于存放指针，称为指针域，用于指向前一个或后一个结点。

★在链式存储结构中，存储数据结构的存储空间可以不连续，各数据结点的存储顺序与数据元素之间的逻辑关系可以不一致，而数据元素之间的逻辑关系是由指针域来确定的。根据指针域指向方向的不同，线性链表有单向链表，双向链表，循环链表等。

链式存储方式即可用于表示线性结构，也可用于表示非线性结构。

线性链表，HEAD 称为头指针，HEAD=NULL（或0）称为空表，如果是两指针：左指针（Llink ）指向前件结点，右指针（Rlink ）指向后件结点。

线性链表的基本运算：查找、插入、删除。

1.6树与二叉树

树是一种简单的非线性结构，所有元素之间具有明显的层次特性。

在树结构中，每一个结点只有一个前件，称为父结点，没有前件的结点只有一个，称为树的根结点，简称树的根。每一个结点可以有多个后件，称为该结点的子结点。没有后件的结点称为叶子结点。

★在树结构中，一个结点所拥有的后件的个数称为该结点的度，所有结点中最大的度称为树的度。树的最大层次称为树的深度。

二叉树的特点：（1）非空二叉树只有一个根结点；（2）每一个结点最多有两棵子树，且分别称为该结点的左子树与右子树。二叉树中结点的度只可能有度为0、1、2三种状态。

★二叉树的基本性质：

（1）在二叉树的第k 层上，最多有2k-1(k≥1) 个结点；

（2）深度为m 的二叉树最多有2m -1个结点；

（3）度为0的结点（即叶子结点）总是比度为2的结点多一个；

（4）具有n 个结点的二叉树，其深度至少为[log2n]+1,其中[log2n]表示取log 2n 的整数部分；

（5）具有n 个结点的完全二叉树的深度为[log2n]+1；

（6）设完全二叉树共有n 个结点。如果从根结点开始，按层序（每一层从左到右）用自然数1，2，„.n 给结点进行编号（k=1,2„.n ），有以下结论：

①若k=1，则该结点为根结点，它没有父结点；若k>1，则该结点的父结点编号为INT(k/2)； ②若2k ≤n ，则编号为k 的结点的左子结点编号为2k ；否则该结点无左子结点（也无右子结点）；

③若2k+1≤n ，则编号为k 的结点的右子结点编号为2k+1；否则该结点无右子结点。

★满二叉树是指除最后一层外，每一层上的所有结点有两个子结点，则k 层上有2k-1个结点深度为m 的满二叉树有2m -1个结点。

★完全二叉树是指除最后一层外，每一层上的结点数均达到最大值，在最后一层上从右边开始依次缺少若干结点。在完全二叉树中，总结点数是偶数时度为1的结点只有1个，而且叶子结点数占一半；总结点数是奇数时度为1的结点没有，而且叶子结点数是总结点数加1的一半。

二叉树存储结构采用链式存储结构，对于满二叉树与完全二叉树可以按层序进行顺序存储。

★二叉树的遍历：

（1）前序遍历（DLR ），首先访问根结点，然后遍历左子树，最后遍历右子树；

（2）中序遍历（LDR ），首先遍历左子树，然后访问根结点，最后遍历右子树；

（3）后序遍历（LRD ）首先遍历左子树，然后访问遍历右子树，最后访问根结点。

例如下图：根据遍历规则，前序遍历的结果为FCADBEGHP ，中序遍历为ACBDFEHGP ，后序遍历为ABDCHPGEF 。

1．7查找技术

★顺序查找的使用情况：

（1）线性表为无序表；

（2）表采用链式存储结构。

★二分法查找只适用于顺序存储的有序表，对于长度为n 的有序线性表，采用二分法查找，最坏情况只需比较log 2n 次。

1．8排序技术

排序是指将一个无序序列整理成按值非递减顺序排列的有序序列。

★交换类排序法：（1）冒泡排序法，最坏情况下需要比较的次数为n(n-1)/2；（2）快速排序法，最坏情况下需要比较的次数为n(n-1)/2。

★插入类排序法：（1）简单插入排序法，最坏情况需要n(n-1)/2次比较；（2）希尔排序法，最坏情况需要O(n1.5) 次比较。

★选择类排序法：（1）简单选择排序法, 最坏情况需要n(n-1)/2次比较；（2

）堆排序法，最坏情况需

要O(nlog2n) 次比较。

本章习题

1、算法的空间复杂度是指（ ）。

A. 算法在执行过程中所需要的计算机存储空间

B. 算法所处理的数据量

C. 算法程序中的语句或指令条数

D. 算法在执行过程中所需要的临时工作单元数

2、算法的时间复杂度是指

A) 算法的执行时间

B) 算法所处理的数据量

C) 算法程序中的语句或指令条数

D) 算法在执行过程中所需要的基本运算次数

3、下列叙述中正确的是

A 算法就是程序

B 设计算法时只需要考虑数据结构的设计

C 设计算法时只需用考虑结果的可靠性

D 以上三种说法都不对

4、数据的存储结构是指

A) 存储在外存中的数据

B) 数据所占的存储空间量

C) 数据在计算机中的顺序存储方式

D) 数据的逻辑结构在计算机中的表示

5、下列对于线性链表的描述中正确的是

A) 存储空间不一定是连续，且各元素的存储顺序是任意的

B) 存储空间不一定是连续，且前件元素一定存储在后件元素的前面

C) 存储空间必须连续，且前件元素一定存储在后件元素的前面

D) 存储空间必须连续，且各元素的存储顺序是任意的

6、下列叙述中正确的是

A ）数据的逻辑结构与存储结构必定是一一对应的

B ）由于计算机存储空间是向量式的存储结构，因此，数据的存储结构一定是线性结构

C ）程序设计语言中的数组一般是顺序存储结构，因此，利用数组只能处理线性结构

D ）以上三种说法都不对

7、下列叙述中正确的是（）。

A ）顺序存储结构的存储一定是连续的，链式存储结构的存储空间不一定是连续的

B ）顺序存储结构只针对线性结构，链式存储结构只针对非线性结构

C ）顺序存储结构能存储有序表，链式存储结构不能存储有序表

D ）链式存储结构比顺序存储结构节省存储空间

8、下列叙述中正确的是

A) 线性表的链式存储结构与顺序存储结构所需要的存储空间是相同的

B) 线性表的链式存储结构所需要的存储空间一般要多于顺序存储结构

C) 线性表的链式存储结构所需要的存储空间一般要少于顺序存储结构

D) 上述三种说法都不对

9、下列关于线性链表的叙述中，正确的是

A 各数据结点的存储空间可以不连续，但它们的存储结构与逻辑顺序必须一致

B 各数据结点的存储顺序与逻辑顺序可以不一致，但它们的存储空间必须连续

C 进行插入与删除时，不需要移动表中的元素。

D 以上三种说法都不对

10、下列叙述中正确的是

A ）线性链表是线性表的链式存储结构

B ）栈与队列是非线性结构

C ）双向链表是非线性结构

D ）只有根结点的二叉树是线性结构

11、下列叙述中正确的是

A ）有一个以上根结点的数据结构不一定是非线性结构

B ）只有一个根结点的数据结构不一定是线性结构

C ）循环链表是非线性结构

D ）双向链表是非线性结构

12、下列数据结构中，属于非线性结构的是（ ）。

A. 循环队列B. 带链队列

C. 二叉树 D. 带链栈

13、下列关于栈的描述中错误的是

A) 栈是先进后出的线性表

B) 栈只能顺序存储

C) 栈具有记忆作用

D) 对栈的插入与删除操作中，不需要改变栈底指针

14、一个栈的初始状态为空。现将元素1、2、3、4、5、A 、B 、C 、D 、E 依次入栈，然后再依次出栈，则元素出栈的顺序是（）。

A ）12345ABCDE

B ）EDCBA54321

C ）ABCDE12345

D ）54321EDCBA

15、下列关于栈叙述正确的是

A ）栈顶元素最先能被删除

B ）栈顶元素最后才能被删除

C ）栈底元素永远不能被删除

D ）以上三种说法都不对

16、下列叙述中正确的是

A）栈是“先进先出”的线性表

B）队列是“先进后出”的线性表

C）循环队列是非线性结构

D）有序线性表既可以采用顺序存储结构，也可以采用链式存储结构

17、下列数据结构中, 能够按照”先进后出”原则存取数据的是（ ）。

A. 循环队列B. 栈

C. 队列D. 二叉树

18、对于循环队列, 下列叙述中正确的是（ ）。

A. 队头指针是固定不变的

B. 队头指针一定大于队尾指针

C. 队头指针一定小于队尾指针

D. 队头指针可以大于队尾指针，也可以小于队尾指针

19、下列叙述中正确的是（）。

A ）循环队列有队头和队尾两个指针，因此，循环队列是非线性结构

B ）在循环队列中，只需要队头指针就能反映队的中元素的动态变化情况

C ）在循环队列中，只需要队尾指针就能反映队的中元素的动态变化情况

D ）循环队列中元素的个数是由队头指针和队尾指针共同决定

20、下列关于二叉树的叙述中，正确的是

A 叶子结点总是比度为2的结点少一个

B 叶子结点总是比度为2的结点多一个

C 叶子结点数是度为2的结点数的两倍

D 度为2 的结点数是度为1 的结点数的两倍

21、一棵二叉树中共有70 个叶子结点与80 个度为1 的结点，则该二叉树中的总结点数为

A ）219 B）221

C ）229 D）231

22、在深度为7的满二叉树中，叶子结点的个数为

A ）32 B）31

C ）64 D）63

23、某二叉树有5个度为2的结点，则该二叉树中的叶子结

点数是

A ）10 B）8

C ）6 D ）4

24、某二叉树共有7个结点，其中叶子结点只有1个，

则该二叉树的深度为（假设根结点在第1层）

A ）3 B ）4

C ）6 D）7

25、对下列二叉树进行中序遍历的结果_。

26、设二叉树如下：对该二叉树进行后序遍历的结果为。

27、一棵二叉树的中序遍历结果为DBEAFC ，

前序遍历结果为ABDECF ，

则后序遍历结果为。

28、对长度为n 的线性表进行顺序查找，在最坏情况下所

需要的比较次数为（）。

A ）log2nB ）n/2

C ）nD ）n+1

29、在长度为n 的有序线性表中进行二分查找，

最坏情况下需要比较的次数是（）。

A ）O(n) B）O(n2)

C ）O(log2n) D）O(nlog2n)

30、下列叙述中正确的是

A) 对长度为n 的有序链表进行查找，最坏情况下需要的比较次数为n

B) 对长度为n 的有序链表进行对分查找，最坏情况下需要的比较次数为(n/2)

C) 对长度为n 的有序链表进行对分查找，最坏情况下需要的比较次数为(log2n)

D) 对长度为n 的有序链表进行对分查找，最坏情况下需要的比较次数为(n log2n)

31、下列排序方法中，最坏情况下比较次数最少的是

A ）冒泡排序B ）简单选择排序

C ）直接插入排序D ）堆排序

32、对于长度为n 的线性表，在最坏情况下，

下列各排序法所对应的比较次数中正确的是（）。

A ）冒泡排序为n/2 B）冒泡排序为n

C ）快速排序为n D）快速排序为n(n-1)/2

33、冒泡排序在最坏情况下的比较次数是

A ）n(n +1) / 2 B）n log 2n

C ）n(n −1) / 2 D）n / 2

答案：1-5： ADDDA 6-10： DABCA 11-15：BCBBA 16-24： DBDDB ACCD

25：中序遍历DBXEAYFZC 26：后序遍历 EDBGHFCA 27：DEBFCA

28-33：CCADDC

第二章程序设计基础

2.1程序设计设计方法和风格

如何形成良好的程序设计风格

1、源程序文档化； 2、数据说明的方法；

3、语句的结构； 4、输入和输出。

注释分序言性注释和功能性注释，语句结构清晰第一、效率第二。

2.2 结构化程序设计

★结构化程序设计方法的四条原则是：1. 自顶向下；2. 逐步求精；3. 模块化；4. 限制使用goto 语句。 ★结构化程序的基本结构和特点：

（1）顺序结构：一种简单的程序设计，最基本、最常用的结构；

（2）选择结构：又称分支结构，包括简单选择和多分支选择结构，可根据条件，判断应该选择哪一

条分支来执行相应的语句序列；

（3）重复结构：又称循环结构，可根据给定条件，判断是否需要重复执行某一相同程序段

2.3面向对象的程序设计

面向对象方法的优点：

（1）与人类习惯的思维方法一致；（2）稳定性好；（3）可重用性好；（4）易于开发大型软件产品；（5）可维护性好。

★对象是面向对象方法中最基本的概念，可以用来表示客观世界中的任何实体，对象是实体的抽象。面向对象的程序设计方法中的对象是系统中用来描述客观事物的一个实体，是构成系统的一个基本单位，由一组表示其静态特征的属性和它可执行的一组操作组成。属性即对象所包含的信息，操作描述了对象执行的功能，操作也称为方法或服务。

对象的基本特点：

（1）标识惟一性；（2）分类性；（3）多态性；（4）封装性；（5）模块独立性好。

★类是指具有共同属性、共同方法的对象的集合。所以类是对象的抽象，对象是对应类的一个实例。例如“整数类”就是类的概念，“100”就是其中的一个实例，一个对象。

★消息是一个实例与另一个实例之间传递的信息。一个对象请求另一个对象为其服务的方式也是消息。 消息的组成包括：

（1）接收消息的对象的名称；

（2）消息标识符，也称消息名；

（3）零个或多个参数。

★继承是指能够直接获得已有的性质和特征，而不必重复定义他们，是指类之间共享属性和方法的机制。继承分单继承和多重继承。单继承指一个类只允许有一个父类，多重继承指一个类允许有多个父类。 ★多态性是指同样的消息被不同的对象接受时可导致完全不同的行动的现象。

本章习题

1、下列叙述中，不符合良好程序设计风格要求的是

A ）程序的效率第一，清晰第二

B ）程序的可读性好

C ）程序中要有必要的注释

D ）输入数据前要有提示信息

2、下列选项中不属于结构化程序设计方法的是

A ）自顶向下

B ）逐步求精

C ）模块化

D ）可复用

3、下列选项中不属于结构化程序设计原则的是

A. 可封装B. 自顶向下

C. 模块化D. 逐步求精

4、结构化程序所要求的基本结构不包括

A ）顺序结构 B）GOTO 跳转

C ）选择（分支）结构D ）重复（循环）结构

5、在面向对象方法中，不属于“对象”基本特点的是。

A ）一致性 B ）分类性C ）多态性D ）标识唯一性

6、下列选项中属于面向对象设计方法主要特征的是

A 继承 B 自顶向下 C 模块化D 逐步求精

7、在面向对象方法中，实现信息隐蔽是依靠

A ）对象的继承B ）对象的多态

C ）对象的封装D ）对象的分类

8、面向对象方法中，继承是指

A ）一组对象所具有的相似性质

B ）一个对象具有另一个对象的性质

C ）各对象之间的共同性质

D ）类之间共享属性和操作的机制

答案：DDABAACD

第三章软件工程基础

3.1软件工程基本概念

★计算机软件是包括程序、数据及相关文档的完整集合。

软件的特点包括：

（1）软件是一种逻辑实体；而硬件是一种物理实体。

（2）软件的生产与硬件不同，它没有明显的制作过程；

（3）软件在运行、使用期间不存在磨损、老化问题；

（4）软件的开发、运行对计算机系统具有依赖性，受计算机系统的限制，这导致了软件移植的问题；

（5）软件复杂性高，成本昂贵；

（6）软件开发涉及诸多的社会因素。

★软件按功能分为应用软件、系统软件、支撑软件（或工具软件）。应用软件是为解决特定领域的应用而开发的软件，例如：事务处理软件，工程与科学计算软件，实时处理软件，嵌入式软件，人工智能软件等；系统软件如操作系统，编译程序，网络软件，数据库管理软件等；支撑软件是介于系统软件和应用软件之间，如需求分析工具软件，设计工具软件，编码工具软件，测试工具软件，维护工具软件等。

★软件危机主要表现在成本、质量、生产率等问题。

(1)软件质量难以保证。

(2)软件成本不断提高。

(3)软件开发生产率的提高赶不上硬件的发展和应用需求的增长。

软件工程是应用于计算机软件的定义、开发和维护的一整套方法、工具、文档、实践标准和工序。 ★软件工程包括3个要素：方法、工具和过程。方法是完成软件工程项目的技术手段；工具支持软件的开发、管理、文档生成；过程支持软件开发的各个环节的控制、管理。

软件工程过程是把软件转化为输出的一组彼此相关的资源和活动，包含4种基本活动：

（1）P ——软件规格说明； （2）D ——软件开发； （3）C ——软件确认； （4）A ——软件演进。

★软件周期：软件产品从提出、实现、使用维护到停止使用退役的过程。 软件生命周期三个阶段:软件定义、软件开发、运行维护，主要活动阶段是： （1）可行性研究与计划制定；（2）需求分析；属于软件定义阶段 （3）软件设计；（4）软件实现；（5）软件测试；属于软件开发阶段 （6）运行和维护；属于运行维护阶段 软件工程的目标和与原则：

目标：在给定成本、进度的前提下，开发出具有有效性、可靠性、可理解性、可维护性、可重用性、可适应性、可移植性、可追踪性和可互操作性且满足用户需求的产品。

基本目标：付出较低的开发成本；达到要求的软件功能；取得较好的软件性能；开发软件易于移植；需要较低的费用；能按时完成开发，及时交付使用。

基本原则：抽象、信息隐蔽、模块化、局部化、确定性、一致性、完备性和可验证性。 软件工程的理论和技术性研究的内容主要包括：软件开发技术和软件工程管理。 软件开发技术包括：软件开发方法学、开发过程、开发工具和软件工程环境。 软件工程管理包括：软件管理学、软件工程经济学、软件心理学等内容。 软件管理学包括人员组织、进度安排、质量保证、配置管理、项目计划等。

软件工程原则包括抽象、信息隐蔽、模块化、局部化、确定性、一致性、完备性和可验证性。

3.2结构化分析方法

结构化方法的核心和基础是结构化程序设计理论。 ★需求分析方法有： （1）结构化需求分析方法； （2）面向对象的分析的方法。

从需求分析建立的模型的特性来分：静态分析和动态分析。

结构化分析方法的实质：着眼于数据流，自顶向下，逐层分解，建立系统的处理流程，以数据流图和数据字典为主要工具, 建立系统的逻辑模型。 ★结构化分析的常用工具：

（1）数据流图(DFD)； （2）数据字典； （3）判定树； （4）判定表。

数据流图：描述数据处理过程的工具，是需求理解的逻辑模型的图形表示，它直接支持系统功能建模。

数据字典：数据字典的任务就是对于数据流图中所出现的所有被命名的图形元素在数据字典中作为一个词条加以定义和解释，使得每一个图形元素的名字都有一个确切的解释。是结构化分析方法的核心。 判定树：从问题定义的文字描述中分清哪些是判定的条件，哪些是判定的结论，根据描述材料中的连接词找出判定条件之间的从属关系、并列关系、选择关系，根据它们构造判定树。

判定表：与判定树相似，当数据流图中的加工要依赖于多个逻辑条件的取值，即完成该加工的一组动作是由于某一组条件取值的组合而引发的，使用判定表描述比较适宜。 ★软件需求规格说明书是需求分析阶段的最后成果。

软件需求规格说明书的作用是：便于用户、开发人员进行理解和交流；反映出用户问题的结构，可以作为软件开发工作的基础和依据；作为确认测试和验收的依据。软件需求规格说明书是确保软件质量的有力措施，衡量软件需求规格说明书质量好坏的标准是：（1）正确性；（2）无岐义性；（3）完整性；（4）可验证性；（5）一致性；（6）可理解性；（7）可追踪性。

3.3结构化设计方法

软件设计的基本目标是用比较抽象概括的方式确定目标系统如何完成预定的任务，软件设计是确定系统的物理模型。

软件设计是开发阶段最重要的步骤，是将需求准确地转化为完整的软件产品或系统的唯一途径。 从技术观点来看，软件设计包括软件结构设计、数据设计、接口设计、过程设计。 结构设计：定义软件系统各主要部件之间的关系。 数据设计：将分析时创建的模型转化为数据结构的定义。

接口设计：描述软件内部、软件和协作系统之间以及软件与人之间如何通信。 过程设计：把系统结构部件转换成软件的过程描述。 从工程管理角度来看：概要设计和详细设计。

软件设计的一般过程：软件设计是一个迭代的过程；先进行高层次的结构设计；后进行低层次的过程设计；穿插进行数据设计和接口设计。

★衡量软件模块独立性使用耦合性和内聚性两个定性的度量标准。在程序结构中各模块的内聚性越强，则耦合性越弱。优秀软件应高内聚，低耦合。 ★软件设计又分概要设计和详细设计两个阶段。 ★软件概要设计的基本任务是：设计软件系统结构； 模块用一个矩形表示，箭头表示模块间的调用关系。

在结构图中还可以用带注释的箭头表示模块调用过程中来回传递的信息。还可用带实心圆的箭头表示传递的是控制信息，空心圆箭心表示传递的是数据。

结构图的基本形式：基本形式、顺序形式、重复形式、选择形式。 结构图有四种模块类型：传入模块、传出模块、变换模块和协调模块。 典型的数据流类型有两种：变换型和事务型。

变换型系统结构图由输入、中心变换、输出三部分组成。

事务型数据流的特点是：接受一项事务，根据事务处理的特点和性质，选择分派一个适当的处理单元，然后给出结果。

★详细设计：是为软件结构图中的每一个模块确定实现算法和局部数据结构，用某种选定的表达工具表示算法和数据结构的细节。

常见的详细设计工具有：图形工具（程序流程图）、表格工具（判定表）、语言工具（PDL ）。

3.4软件测试

软件测试定义：使用人工或自动手段来运行或测定某个系统的过程，其目的在于检验它是否满足规定的需求或是弄清预期结果与实际结果之间的差别。 ★软件测试的目的：发现错误而执行程序的过程。 软件测试方法：静态测试和动态测试。

静态测试包括代码检查、静态结构分析、代码质量度量。不实际运行软件，主要通过人工进行。 动态测试：是基本计算机的测试，主要包括白盒测试方法和黑盒测试方法。

★白盒测试：其基本原则是保证所测模块的每个独立路径至少执行一次。主要方法有逻辑覆盖、基本基路径测试。

★黑盒测试：主要诊断功能不对或遗漏、界面错误、数据结构或外部数据库访问错误、性能错误、初始化和终止条件错，用于软件确认。主要方法有等价类划分法、边界值分析法、错误推测法、因果图等。 ★软件测试过程一般按4个步骤进行：单元测试、集成测试、验收测试. 和系统测试。单元测试是对软件设计的最小单位—模块进行正确性检验的测试；集成测试是测试和组装软件的过程；确认测试的任务是验证软件的功能和性能及其他特性是否满足了需求规格说明中确定的各个需求，以及软件配置是否完全、正确；系统测试是将通过测试确认的软件，作为整个计算机系统的一个元素，与计算机硬件、外设、支持软件、数据或人员等其他系统元素组合在一起。

3.5程序的调试

★程序调试的任务是诊断和改正程序中的错误，主要在开发阶段进行。

程序调试的基本步骤： （1）错误定位；

（2）修改设计和代码，以排除错误； （3）进行回归测试，防止引进新的错误。

软件调试可分表静态调试和动态调试。静态调试主要是指通过人的思维来分析源程序代码和排错，是主要的设计手段，而动态调试是辅助静态调试。★主要调试方法有： （1）强行排错法；（2）回溯法；（3）原因排除法。

本章习题

1、下列描述中正确的是 A) 程序就是软件 B) 软件开发不受计算机系统的限制 C) 软件既是逻辑实体，又是物理实体 D) 软件是程序、数据与相关文档的集合 2、软件是指 A ）程序

B ）程序和文档 C ）算法加数据结构

D ）程序、数据与相关文档的完整集合

3、软件按功能可以分为：应用软件、系统软件和支撑软件 〔或工具软件）。下面属于应用软件的是 A ）编译程序B ）操作系统

C ）教务管理系统D ）汇编程序

4、软件按功能可以分为：应用软件、系统软件和支撑软件 (或工具软件) 。下面属于系统软件的是 A) 编辑软件B) 操作系统 C) 教务管理系统D) 浏览器

5、软件按功能分为应用软件、系统软件和支撑软件（ 或工具软件）。下面属于应用软件的是

A ）学生成绩管理系统 B ）C 语言编译程序 C ）UNIX 操作系统 D ）数据库管理系统 6、数据库管理系统是（ ）。 A. 操作系统的一部分

B. 在操作系统支持下的系统软件 C. 一种编译系统D. 一种操作系统

7、下面描述中，不属于软件危机表现的是 A ）软件过程不规范B ）软件开发生产率低 C ）软件质量难以控制D ）软件成本不断提高 8、软件生命周期是指

A ）软件产品从提出、实现、使用维护到停止使用退役的过程 B ）软件从需求分析、设计、实现到测试完成的过程 C ）软件的开发过程

D ）软件的运行维护过程

9、软件生命周期可分为定义阶段，开发阶段和维护阶段。 详细设计属于

A) 定义阶段B) 开发阶段 C) 维护阶段D) 上述三个阶段

10、在软件开发中，需求分析阶段可以使用的工具是（）。

A ）N-S 图B ）DFD 图 C ）PAD 图D ）程序流程图 11、数据流程图(DFD图) 是

A) 软件概要设计的工具 B) 软件详细设计的工具

C) 结构化方法的需求分析工具 D) 面向对象方法的需求分析工具

12、在软件开发中，需求分析阶段产生的主要文档是 A ）软件集成测试计划 B）软件详细设计说明书

C ）用户手册 D ）软件需求规格说明书 13、数据流图中带有箭头的线段表示的是（）。

A ）控制流B ）事件驱动 C ）模块调用D ）数据流

14、软件详细设计产生的图如下，该图是.

A.N-S 图B. PAD图

C. 程序流程图 D.E-R 图 15、下面描述中错误的是

A ）系统总体结构图支持软件系统的详细设计 B ）软件设计是将软件需求转换为软件表示的过程 C ）数据结构与数据库设计是软件设计的任务之一 D ）PAD 图是软件详细设计的表示工具 16、某系统总体系统结构图如下图所示：

该系统总体结构图的深度是 A) 7 B) 6

C) 3 D) 2

17、两个或两个以上模块之间关联的紧密程度称为 A ）耦合度 B）内聚度 C ）复杂度 D）数据传输特性 18、软件设计中划分模块的一个准则是 。 A. 低内聚低耦合B. 高内聚低耦合 C. 低内聚高耦合 D. 高内聚高耦合 19、为了使模块尽可能独立，要求

A) 模块的内聚程度要尽量高，且各模块间的耦合程度要尽量强 B) 模块的内聚程度要尽量高，且各模块间的耦合程度要尽量弱 C) 模块的内聚程度要尽量低，且各模块间的耦合程度要尽量弱 D) 模块的内聚程度要尽量低，且各模块间的耦合程度要尽量强

20、耦合性和内聚性是对模块独立性度量的两个标准，下列叙述中正确的是 A ）提高耦合性降低内聚性有利于提高模块的独立性 B ）降低耦合性提高内聚性有利于提高模块的独立性

C ）耦合性是指一个模块内部各个元素间彼此结合的紧密程度 D ）内聚性是指模块间互相连接的紧密程度 21、下列对软件测试的描述中正确的是

A) 软件测试的目的是证明程序是否正确 B) 软件测试的目的是使程序运行结果正确

C) 软件测试的目的是尽可能多地发现程序中的错误 D) 软件测试的目的是使程序符合结构化原则 22、软件测试的目的是 A ）评估软件可靠性

B ）发现并改正程序中的错误 C ）改正程序中的错误 D) 发现程序中的错误 23、下列叙述中正确的是

A ）软件测试应该由程序开发者来完成 B ）程序经调试后一般不需要再测试 C ）软件维护只包括对程序代码的维护 D ）以上三种说法都不对 24、下面叙述中错误的是

A ）软件测试的目的是发现错误并改正错误

B ）对被调试的程序进行“错误定位”是程序调试的必要步骤 C ）程序调试通常也称为Debug

D ）软件测试应严格执行测试计划，排除测试的随意性 25、软件(程序) 调试的任务是

A) 诊断和改正程序中的错误B) 尽可能多地发现程序中的错误 C) 发现并改正程序中的所有错误D) 确定程序中错误的性质 26、软件调试的目的是

A ）发现错误B ）改正错误C ）改善软件的性能 D ）验证软件的正确性

答案： 1-5：DDCBA 6-10：BAABB 11-15：CDDCA 16-20：CABBB 21-26：CDDAAB

第四章 数据库系统的基本概念

4.1概念

数据：实际上就是描述事物的符号记录。

数据的特点：有一定的结构，有型与值之分，如整型、实型、字符型等。而数据的值给出了符合定型的值，如整型值15。

数据库：是数据的集合，具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内，是多种应用数据的集成，并可被各个应用程序共享。

数据库存放数据是按数据所提供的数据模式存放的，具有集成与共享的特点。

★数据库管理系统：一种系统软件，负责数据库中的数据组织、数据操纵、数据维护、控制及保护和数据服务等，是数据库系统的核心。 数据库管理系统功能：

（1）数据模式定义：即为数据库构建其数据框架；

（2）数据存取的物理构建：为数据模式的物理存取与构建提供有效的存取方法与手段；

（3）数据操纵：为用户使用数据库的数据提供方便，如查询、插入、修改、删除等以及简单的算术运算及统计；

（4）数据的完整性、安生性定义与检查； （5）数据库的并发控制与故障恢复；

（6）数据的服务：如拷贝、转存、重组、性能监测、分析等。 为完成以上六个功能，★数据库管理系统提供以下的数据语言： （1）数据定义语言：负责数据的模式定义与数据的物理存取构建； （2）数据操纵语言：负责数据的操纵，如查询与增、删、改等；

（3）数据控制语言：负责数据完整性、安全性的定义与检查以及并发控制、故障恢复等。

数据语言按其使用方式具有两种结构形式：交互式命令(又称自含型或自主型语言) 宿主型语言（一般可嵌入某些宿主语言中）。

数据库管理员：对数据库进行规划、设计、维护、监视等的专业管理人员。

★数据库系统：由数据库（DB ）、数据库管理系统（DBMS ）、数据库管理员（DBA ）、硬件平台（硬件）、用户五个部分构成的运行实体。

数据库应用系统：由数据库系统、应用软件及应用界面三者组成。

文件系统阶段：提供了简单的数据共享与数据管理能力，但是它无法提供完整的、统一的、管理和数据共享的能力。

层次数据库与网状数据库系统阶段：为统一与共享数据提供了有力支撑。 关系数据库系统阶段

★数据库系统的基本特点：数据的集成性、数据的高共享性与低冗余性、数据独立性（物理独立性与逻辑独立性）、数据统一管理与控制。 ★数据库系统的三级模式：

（1）概念模式：数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，全体用户公共数据视图； （2）外模式：也称子模式与用户模式。是用户的数据视图，也就是用户所见到的数据模式； （3）内模式：又称物理模式，它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法。 ★数据库系统的两级映射： （1）概念模式到内模式的映射； （2）外模式到概念模式的映射。

4.2 数据模型

数据模型的概念：是数据特征的抽象，从抽象层次上描述了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据库系统的信息表与操作提供一个抽象的框架。描述了数据结构、数据操作及数据约束。 E-R 模型的基本概念

（1）实体：现实世界中的事物； （2）属性：事物的特性；

（3）联系：现实世界中事物间的关系。实体集的关系有一对一、一对多、多对多的联系。

E-R 模型三个基本概念之间的联接关系：实体是概念世界中的基本单位，属性有属性域，每个实体可取属性域内的值。一个实体的所有属性值叫元组。 ★E-R 模型的图示法： （1）实体集用矩形表示； （2）属性用椭圆表示； （3）联系用菱形表示。

★根据数据之间联系方式的不同，数据模型分为三类：层次模型、网状模型和关系模型。 层次模型的基本结构是树形结构，具有以下特点： （1）每棵树有且仅有一个无双亲结点，称为根； （2）树中除根外所有结点有且仅有一个双亲。

从图论上看，网状模型是一个不加任何条件限制的无向图。

关系模型采用二维表来表示，简称表，由表框架及表的元组组成。一个二维表就是一个关系。 在二维表中凡能唯一标识元组的最小属性称为键或码。从所有侯选健中选取一个作为用户使用的键称主键。表A 中的某属性是某表B 的键，则称该属性集为A 的外键或外码。 ★关系中的数据约束：

（1）实体完整性约束：约束关系的主键中属性值不能为空值； （2）参照完全性约束：是关系之间的基本约束；

（3）用户定义的完整性约束：它反映了具体应用中数据的语义要求。

4.3关系代数

关系数据库系统的特点之一是它建立在数据理论的基础之上，有很多数据理论可以表示关系模型的数据操作，其中最为著名的是关系代数与关系运算。

关系运算是对关系数据库的数据操纵，主要用于关系数据库的查询操作。其中，传统的集合运算将关系

看成元组的集合，其运算是从关系“水平”方向的角度运行的。专门的关系运算不仅涉及行，而且涉及列。算术比较符和逻辑运算符是用来辅助专门的关系运算符操作的。

1、 传统的集合运算 ★（1）并

设有两个关系R 和S ，它们具有相同的结构。R 和S 的并是由属于R 或属于S 的元组组成的集合，运算符为∪。

R S R-S

★（1）选择

从关系中找出满足条件的元组的操作称为选择运算，例如从“学生表”中找出所有姓“王”的学生记录。也就是说，选择运算就是在二维表中选择满足条件的行的操作。

★（2）投影

从关系中找出若干属性组成新的关系的操作称为投影。例如从“学生表”中找出“学号”和“姓名”两列组成新的关系。

★（3）联接

将两个关系模式拼接成一个更宽的关系模式，生成的新的关系中包含满足联接条件的元组。联接是关系的横向结合。

★（4）自然联接

自然联接是去掉重复属性的等值联接。自然联接运算的条件是：一、两个关系有公共的属性，二、公共的属性上有相同的值。自然联接运算就是将两个关系中公共属性上相同的值对应的行联接在一起，并去掉重复的属性。自然联接记为R ∞S

R ∞S

4.4 数据库设计与管理

★数据库设计是数据应用的核心。 数据库设计的两种方法：

（1）面向数据：以信息需求为主，兼顾处理需求； （2）面向过程：以处理需求为主，兼顾信息需求。

★数据库的生命周期：需求分析阶段、概念设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、编码阶段、测试阶段、运行阶段、进一步修改阶段。

★需求分析常用结构析方法和面向对象的方法。结构化分析（简称SA ）方法用自顶向下、逐层分解的方式分析系统。用数据流图表达数据和处理过程的关系。对数据库设计来讲，数据字典是进行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果。

★数据库概念设计的目的是分析数据内在语义关系，使用E-R 模型与图示法进行设计。

★数据库的逻辑设计阶段，是将E-R 图转换为关系，其中实体集和联系都可以转换为关系，属性转换为关系中的属性。

数据库的物理设计主要目标是对数据内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度有效利用存储空间。一般RDBMS 中留给用户参与物理设计的内容大致有索引设计、集成簇设计和分区设计。

本章习题 1、数据库管理系统中负责数据模式定义的语言是

A) 数据定义语言B) 数据管理语言C) 数据操纵语言D) 数据控制语言 2、负责数据库中查询操作的数据库语言是

A ）数据定义语言B ）数据管理语言 C ）数据操纵语言D ）数据控制语言

3、数据独立性是数据库技术的重要特点之一，所谓数据独立性是指

A) 数据与程序独立存放 B) 不同的数据被存放在不同的文件中

C) 不同的数据只能被对应的应用程序所使用 D) 以上三种说法都不对

4、数据库设计中反映用户对数据要求的模式是

A ）内模式B ）概念模式C ）外模式D ）设计模式

5、数据库系统的三级模式不包括

A) 概念模式 B) 内模式 C) 外模式 D) 数据模式

6、在E —R 图中，用来表示实体的图形是

A ）矩形 B）椭圆形C ）菱形 D）三角形

7、在E-R 图中，用来表示实体联系的图形是（ ）。

A. 椭圆形B. 矩形C. 菱形 D .三角形

8、将E-R 图转换为关系模式时，实体和联系都可以表示为

A ）属性B ）键C ）关系D ）域

9、数据库应用系统中的核心问题是()

A ）数据库设计B ）数据库系统设计C ）数据库维护D ）数据库管理员培训

10、数据库设计中，用E-R 图来描述信息结构但不涉及信息在计算机中的表示，它属于数据库设计的()

A) 需求分析阶段B) 逻辑设计阶段C) 概念设计阶段D) 物理设计阶段

11、下列关于数据库设计的叙述中，正确的是（）

A) 在需求分析阶段建立数据字典 B) 在概念设计阶段建立数据字典

C) 在逻辑设计阶段建立数据字典 D) 在物理设计阶段建立数据字典

答案： 1-5：ACDCD 6-11:ACCACA