全國計算機等級考試二級教材公共基礎知識第一章 數據結構與算法

1、 全國計算機等級考試二級教材公共基礎知識 第一章 數據結構與算法1.1 算法算法：是指解題方案的準確而完整的描述。算法不等于程序，也不等計算機方法，程序的編制不可能優(yōu)于算法的設計。算法的基本特征：是一組嚴謹地定義運算順序的規(guī)則，每一個規(guī)則都是有效的，是明確的，此順序將在有限的次數下終止。特征包括：（1）可行性；（2）確定性，算法中每一步驟都必須有明確定義，不充許有模棱兩可的解釋，不允許有多義性；（3）有窮性，算法必須能在有限的時間內做完，即能在執(zhí)行有限個步驟后終止，包括合理的執(zhí)行時間的含義；（4）擁有足夠的情報。算法的基本要素：一是對數據對象的運算和操作；二是算法的控制結構。指令系統(tǒng)：一個計算

2、機系統(tǒng)能執(zhí)行的所有指令的集合?；具\算包括：算術運算、邏輯運算、關系運算、數據傳輸。算法的控制結構：順序結構、選擇結構、循環(huán)結構。算法基本設計方法：列舉法、歸納法、遞推、遞歸、減斗遞推技術、回溯法。算法復雜度：算法時間復雜度和算法空間復雜度。算法時間復雜度是指執(zhí)行算法所需要的計算工作量。算法空間復雜度是指執(zhí)行這個算法所需要的內存空間。1.2 數據結構的基本基本概念數據結構研究的三個方面：（1）數據集合中各數據元素之間所固有的邏輯關系，即數據的邏輯結構；（2）在對數據進行處理時，各數據元素在計算機中的存儲關系，即數據的存儲結構；（3）對各種數據結構進行的運算。數據結構是指相互有關聯(lián)的數據元素的集

3、合。數據的邏輯結構包含：（1）表示數據元素的信息；（2）表示各數據元素之間的前后件關系。數據的存儲結構有順序、鏈接、索引等。線性結構條件：（1）有且只有一個根結點；（2）每一個結點最多有一個前件，也最多有一個后件。非線性結構：不滿足線性結構條件的數據結構。13 線性表及其順序存儲結構線性表是由一組數據元素構成，數據元素的位置只取決于自己的序號，元素之間的相對位置是線性的。在復雜線性表中，由若干項數據元素組成的數據元素稱為記錄，而由多個記錄構成的線性表又稱為文件。非空線性表的結構特征：（1）且只有一個根結點a1，它無前件；（2）有且只有一個終端結點an，它無后件；（3）除根結點與終端結點外，其他

4、所有結點有且只有一個前件，也有且只有一個后件。結點個數n稱為線性表的長度，當n=0時，稱為空表。線性表的順序存儲結構具有以下兩個基本特點：（1）線性表中所有元素的所占的存儲空間是連續(xù)的；（2）線性表中各數據元素在存儲空間中是按邏輯順序依次存放的。ai的存儲地址為：ADR(ai)=ADR(a1)+(i-1)k,，ADR(a1)為第一個元素的地址，k（2）選擇結構：又稱分支結構，包括簡單選擇和多分支選擇結構，可根據條件，判斷應該選擇哪一條分支來執(zhí)行相應的語句序列；（3）循環(huán)結構：可根據給定條件，判斷是否需要重復執(zhí)行某一相同程序段。23 面向對象的程序設計面向對象的程序設計：以60年代末挪威奧斯陸大

5、學和挪威計算機中心研制的SIMULA語言為標志。面向對象方法的優(yōu)點：（1）與人類習慣的思維方法一致；（2）穩(wěn)定性好；（3）可重用性好；（4）易于開發(fā)大型軟件產品；（5）可維護性好。對象是面向對象方法中最基本的概念，可以用來表示客觀世界中的任何實體，對象是實體的抽象。面向對象的程序設計方法中的對象是系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個實體，是構成系統(tǒng)的一個基本單位，由一組表示其靜態(tài)特征的屬性和它可執(zhí)行的一組操作組成。屬性即對象所包含的信息，操作描述了對象執(zhí)行的功能，操作也稱為方法或服務。對象的基本特點：（1）標識惟一性；（2）分類性；（3）多態(tài)性；（4）封裝性；（5）模塊獨立性好。類是指具有共同屬性、共

6、同方法的對象的集合。所以類是對象的抽象，對象是對應類的一個實例。消息是一個實例與另一個實例之間傳遞的信息。消息的組成包括（1）接收消息的對象的名稱；（2）消息標識符，也稱消息名；（3）零個或多個參數。繼承是指能夠直接獲得已有的性質和特征，而不必重復定義他們。繼承分單繼承和多重繼承。單繼承指一個類只允許有一個父類，多重繼承指一個類允許有多個父類。多態(tài)性是指同樣的消息被不同的對象接受時可導致完全不同的行動的現象全國計算機等級考試二級C語言公共基礎知識復習資料B第三章軟件工程基礎31 軟件工程基本概念計算機軟件是包括程序、數據及相關文檔的完整集合。軟件的特點包括：（1）軟件是一種邏輯實體；（2）軟件

7、的生產與硬件不同，它沒有明顯的制作過程；（3）軟件在運行、使用期間不存在磨損、老化問題；（4）軟件的開發(fā)、運行對計算機系統(tǒng)具有依賴性，受計算機系統(tǒng)的限制，這導致了軟件移植的問題；（5）軟件復雜性高，成本昂貴；（6）軟件開發(fā)涉及諸多的社會因素。軟件按功能分為應用軟件、系統(tǒng)軟件、支撐軟件（或工具軟件）。軟件危機主要表現在成本、質量、生產率等問題。軟件工程是應用于計算機軟件的定義、開發(fā)和維護的一整套方法、工具、文檔、實踐標準和工序。軟件工程包括3個要素：方法、工具和過程。軟件工程過程是把軟件轉化為輸出的一組彼此相關的資源和活動，包含4種基本活動：（1）P軟件規(guī)格說明；（2）D軟件開發(fā)；（3）C軟件確

8、認；（4）A軟件演進。軟件周期：軟件產品從提出、實現、使用維護到停止使用退役的過程。軟件生命周期三個階段:軟件定義、軟件開發(fā)、運行維護，主要活動階段是：（1）可行性研究與計劃制定；（2）需求分析；（3）軟件設計；（4）軟件實現；（5）軟件測試；（6）運行和維護。軟件工程的目標和與原則：目標：在給定成本、進度的前提下，開發(fā)出具有有效性、可靠性、可理解性、可維護性、可重用性、可適應性、可移植性、可追蹤性和可互操作性且滿足用戶需求的產品。基本目標：付出較低的開發(fā)成本；達到要求的軟件功能；取得較好的軟件性能；開發(fā)軟件易于移植；需要較低的費用；能按時完成開發(fā)，及時交付使用?；驹瓌t：抽象、信息隱蔽、模塊

9、化、局部化、確定性、一致性、完備性和可驗證性。軟件工程的理論和技術性研究的內容主要包括：軟件開發(fā)技術和軟件工程管理。軟件開發(fā)技術包括：軟件開發(fā)方法學、開發(fā)過程、開發(fā)工具和軟件工程環(huán)境。軟件工程管理包括：軟件管理學、軟件工程經濟學、軟件心理學等內容。軟件管理學包括人員組織、進度安排、質量保證、配置管理、項目計劃等。軟件工程原則包括抽象、信息隱蔽、模塊化、局部化、確定性、一致性、完備性和可驗證性。32 結構化分析方法結構化方法的核心和基礎是結構化程序設計理論。需求分析方法有（1）結構化需求分析方法； （2）面向對象的分析的方法。從需求分析建立的模型的特性來分：靜態(tài)分析和動態(tài)分析。結構化分析方法的實

10、質：著眼于數據流，自頂向下，逐層分解，建立系統(tǒng)的處理流程，以數據流圖和數據字典為主要工具,建立系統(tǒng)的邏輯模型。結構化分析的常用工具（1）數據流圖； （2）數據字典； （3）判定樹； （4）判定表。數據流圖：描述數據處理過程的工具，是需求理解的邏輯模型的圖形表示，它直接支持系統(tǒng)功能建模。數據字典：對所有與系統(tǒng)相關的數據元素的一個有組織的列表，以及精確的、嚴格的定義，使得用戶和系統(tǒng)分析員對于輸入、輸出、存儲成分和中間計算結果有共同的理解。判定樹：從問題定義的文字描述中分清哪些是判定的條件，哪些是判定的結論，根據描述材料中的連接詞找出判定條件之間的從屬關系、并列關系、選擇關系，根據它們構造判定樹。判

11、定表：與判定樹相似，當數據流圖中的加工要依賴于多個邏輯條件的取值，即完成該加工的一組動作是由于某一組條件取值的組合而引發(fā)的，使用判定表描述比較適宜。數據字典是結構化分析的核心。軟件需求規(guī)格說明書的特點：（1）正確性；（2）無岐義性；（3）完整性；（4）可驗證性；（5）一致性；（6）可理解性；（7）可追蹤性。33 結構化設計方法軟件設計的基本目標是用比較抽象概括的方式確定目標系統(tǒng)如何完成預定的任務，軟件設計是確定系統(tǒng)的物理模型。軟件設計是開發(fā)階段最重要的步驟，是將需求準確地轉化為完整的軟件產品或系統(tǒng)的唯一途徑。從技術觀點來看，軟件設計包括軟件結構設計、數據設計、接口設計、過程設計。結構設計：定義

12、軟件系統(tǒng)各主要部件之間的關系。數據設計：將分析時創(chuàng)建的模型轉化為數據結構的定義。接口設計：描述軟件內部、軟件和協(xié)作系統(tǒng)之間以及軟件與人之間如何通信。過程設計：把系統(tǒng)結構部件轉換成軟件的過程描述。從工程管理角度來看：概要設計和詳細設計。軟件設計的一般過程：軟件設計是一個迭代的過程；先進行高層次的結構設計；后進行低層次的過程設計；穿插進行數據設計和接口設計。衡量軟件模塊獨立性使用耦合性和內聚性兩個定性的度量標準。在程序結構中各模塊的內聚性越強，則耦合性越弱。優(yōu)秀軟件應高內聚，低耦合。軟件概要設計的基本任務是：（1）設計軟件系統(tǒng)結構；（2）數據結構及數據庫設計；（3）編寫概要設計文檔；（4）概要設計

13、文檔評審。模塊用一個矩形表示，箭頭表示模塊間的調用關系。在結構圖中還可以用帶注釋的箭頭表示模塊調用過程中來回傳遞的信息。還可用帶實心圓的箭頭表示傳遞的是控制信息，空心圓箭心表示傳遞的是數據。結構圖的基本形式：基本形式、順序形式、重復形式、選擇形式。結構圖有四種模塊類型：傳入模塊、傳出模塊、變換模塊和協(xié)調模塊。典型的數據流類型有兩種：變換型和事務型。變換型系統(tǒng)結構圖由輸入、中心變換、輸出三部分組成。事務型數據流的特點是：接受一項事務，根據事務處理的特點和性質，選擇分派一個適當的處理單元，然后給出結果。詳細設計：是為軟件結構圖中的每一個模塊確定實現算法和局部數據結構，用某種選定的表達工具表示算法和

14、數據結構的細節(jié)。常見的過程設計工具有：圖形工具（程序流程圖）、表格工具（判定表）、語言工具（PDL）。34 軟件測試軟件測試定義：使用人工或自動手段來運行或測定某個系統(tǒng)的過程，其目的在于檢驗它是否滿足規(guī)定的需求或是弄清預期結果與實際結果之間的差別。軟件測試的目的：發(fā)現錯誤而執(zhí)行程序的過程。軟件測試方法：靜態(tài)測試和動態(tài)測試。靜態(tài)測試包括代碼檢查、靜態(tài)結構分析、代碼質量度量。不實際運行軟件，主要通過人工進行。動態(tài)測試：是基本計算機的測試，主要包括白盒測試方法和黑盒測試方法。白盒測試：在程序內部進行，主要用于完成軟件內部CAO作的驗證。主要方法有邏輯覆蓋、基本基路徑測試。黑盒測試：主要診斷功能不對或

15、遺漏、界面錯誤、數據結構或外部數據庫訪問錯誤、性能錯誤、初始化和終止條件錯，用于軟件確認。主要方法有等價類劃分法、邊界值分析法、錯誤推測法、因果圖等。軟件測試過程一般按4個步驟進行：單元測試、集成測試、驗收測試（確認測試）和系統(tǒng)測試。35 程序的調試程序調試的任務是診斷和改正程序中的錯誤，主要在開發(fā)階段進行。程序調試的基本步驟：（1）錯誤定位；（2）修改設計和代碼，以排除錯誤；（3）進行回歸測試，防止引進新的錯誤。軟件調試可分表靜態(tài)調試和動態(tài)調試。靜態(tài)調試主要是指通過人的思維來分析源程序代碼和排錯，是主要的設計手段，而動態(tài)調試是輔助靜態(tài)調試。主要調試方法有：（1）強行排錯法；（2）回溯法；（3

16、）原因排除法。第四章 數據庫設計基礎41 數據庫系統(tǒng)的基本概念數據：實際上就是描述事物的符號記錄。數據的特點：有一定的結構，有型與值之分，如整型、實型、字符型等。而數據的值給出了符合定型的值，如整型值15。數據庫：是數據的集合，具有統(tǒng)一的結構形式并存放于統(tǒng)一的存儲介質內，是多種應用數據的集成，并可被各個應用程序共享。數據庫存放數據是按數據所提供的數據模式存放的，具有集成與共享的特點。數據庫管理系統(tǒng)：一種系統(tǒng)軟件，負責數據庫中的數據組織、數據操縱、數據維護、控制及保護和數據服務等，是數據庫的核心。數據庫管理系統(tǒng)功能：（1）數據模式定義：即為數據庫構建其數據框架；（2）數據存取的物理構建：為數據模

17、式的物理存取與構建提供有效的存取方法與手段；（3）數據操縱：為用戶使用數據庫的數據提供方便，如查詢、插入、修改、刪除等以及簡單的算術運算及統(tǒng)計；（4）數據的完整性、安生性定義與檢查；（5）數據庫的并發(fā)控制與故障恢復；（6）數據的服務：如拷貝、轉存、重組、性能監(jiān)測、分析等。為完成以上六個功能，數據庫管理系統(tǒng)提供以下的數據語言：（1）數據定義語言：負責數據的模式定義與數據的物理存取構建；（2）數據操縱語言：負責數據的操縱，如查詢與增、刪、改等；（3）數據控制語言：負責數據完整性、安全性的定義與檢查以及并發(fā)控制、故障恢復等。數據語言按其使用方式具有兩種結構形式：交互式命令(又稱自含型或自主型語言)宿

18、主型語言（一般可嵌入某些宿主語言中）。數據庫管理員：對數據庫進行規(guī)劃、設計、維護、監(jiān)視等的專業(yè)管理人員。數據庫系統(tǒng)：由數據庫（數據）、數據庫管理系統(tǒng)（軟件）、數據庫管理員（人員）、硬件平臺（硬件）、軟件平臺（軟件）五個部分構成的運行實體。數據庫應用系統(tǒng)：由數據庫系統(tǒng)、應用軟件及應用界面三者組成。文件系統(tǒng)階段：提供了簡單的數據共享與數據管理能力，但是它無法提供完整的、統(tǒng)一的、管理和數據共享的能力。層次數據庫與網狀數據庫系統(tǒng)階段：為統(tǒng)一與共享數據提供了有力支撐。關系數據庫系統(tǒng)階段數據庫系統(tǒng)的基本特點：數據的集成性、數據的高共享性與低冗余性、數據獨立性（物理獨立性與邏輯獨立性）、數據統(tǒng)一管理與控制。

19、數據庫系統(tǒng)的三級模式：（1）概念模式：數據庫系統(tǒng)中全局數據邏輯結構的描述，全體用戶公共數據視圖；（2）外模式：也稱子模式與用戶模式。是用戶的數據視圖，也就是用戶所見到的數據模式；（3）內模式：又稱物理模式，它給出了數據庫物理存儲結構與物理存取方法。數據庫系統(tǒng)的兩級映射：（1）概念模式到內模式的映射；（2）外模式到概念模式的映射。4.2 數據模型數據模型的概念：是數據特征的抽象，從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動態(tài)行為和約束條件，為數據庫系統(tǒng)的信息表與操作提供一個抽象的框架。描述了數據結構、數據操作及數據約束。E-R模型的基本概念（1）實體：現實世界中的事物；（2）屬性：事物的特性；（3）聯(lián)系

20、：現實世界中事物間的關系。實體集的關系有一對一、一對多、多對多的聯(lián)系。E-R模型三個基本概念之間的聯(lián)接關系：實體是概念世界中的基本單位，屬性有屬性域，每個實體可取屬性域內的值。一個實體的所有屬性值叫元組。E-R模型的圖示法：（1）實體集表示法； （2）屬性表法； （3）聯(lián)系表示法。層次模型的基本結構是樹形結構，具有以下特點：（1）每棵樹有且僅有一個無雙親結點，稱為根；（2）樹中除根外所有結點有且僅有一個雙親。從圖論上看，網狀模型是一個不加任何條件限制的無向圖。關系模型采用二維表來表示，簡稱表，由表框架及表的元組組成。一個二維表就是一個關系。在二維表中凡能唯一標識元組的最小屬性稱為鍵或碼。從所有侯選健中選取一個作為用戶使用的鍵稱主鍵。表A中的某屬性是某表B的鍵，則稱該屬性集為A的外鍵或外碼。關系中的數據約束：（1）實體完整性約束：約束關系的主鍵中屬性值不能為空值；（2）參照完全性約束：是關系之間的基本約束；（3）用戶定義的完整性約束：它反映了具體應用中數據的語義要求。4.3關系代數關系數據庫系統(tǒng)的特點之一是它建立在數據理論的基礎之上，有很多數據理論可以表示關系模型的數據操作，其中最為著名的是關系代數與關系演算。關系模型的基本運算：（1）插入 （2）刪除 (3)修改 （4）查詢（包括投影、選擇、笛卡爾積運算）4.4 數據