全國(guó)計(jì)算機(jī)二級(jí)《公共基礎(chǔ)知識(shí)》講義.doc

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目錄全國(guó)二級(jí)C語(yǔ)言考試大綱1全國(guó)二級(jí)公共基礎(chǔ)知識(shí)考試大綱3公共基礎(chǔ)知識(shí)講義4第一講 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法4第二講 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)11第三講 軟件工程基礎(chǔ)18第四講 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)25公共基礎(chǔ)知識(shí)習(xí)題28數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法習(xí)題28數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)習(xí)題33軟件工程基礎(chǔ)習(xí)題38程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)習(xí)題412009年3月二級(jí)C語(yǔ)言筆試真題432009年3月二級(jí)C語(yǔ)言筆試答案542008年9月二級(jí)C語(yǔ)言筆試真題552008年9月二級(jí)C語(yǔ)言筆試答案642008年4月二級(jí)C語(yǔ)言筆試真題652008年4月二級(jí)C語(yǔ)言筆試答案732007年9月二級(jí)C語(yǔ)言筆試真題742007年9月二級(jí)C語(yǔ)言筆試答案86全國(guó)二級(jí)C語(yǔ)言考試大綱 基本要求1.熟悉 Visual C+ 6.0 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。2.掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法，具有良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格。3.掌握程序設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法并能閱讀簡(jiǎn)單的程序。4.在 Visual C+ 6.0 集成環(huán)境下，能夠編寫(xiě)簡(jiǎn)單的C程序，并具有基本的糾錯(cuò)和調(diào)試程序的能力 考試內(nèi)容一、C語(yǔ)言程序的結(jié)構(gòu)1.程序的構(gòu)成，main函數(shù)和其他函數(shù)。2.頭文件，數(shù)據(jù)說(shuō)明，函數(shù)的開(kāi)始和結(jié)束標(biāo)志以及程序中的注釋。3.源程序的書(shū)寫(xiě)格式。4.C語(yǔ)言的風(fēng)格。二、數(shù)據(jù)類型及其運(yùn)算1.C的數(shù)據(jù)類型（基本類型，構(gòu)造類型，指針類型，無(wú)值類型）及其定義方法。2.C運(yùn)算符的種類、運(yùn)算優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性。3.不同類型數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換與運(yùn)算。4.C表達(dá)式類型（賦值表達(dá)式，算術(shù)表達(dá)式，關(guān)系表達(dá)式，邏輯表達(dá)式，條件表達(dá)式，逗號(hào)表達(dá)式）和求值規(guī)則。三、基本語(yǔ)句1.表達(dá)式語(yǔ)句，空語(yǔ)句，復(fù)合語(yǔ)句。2.輸入輸出函數(shù)的調(diào)用，正確輸入數(shù)據(jù)并正確設(shè)計(jì)輸出格式。四、選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)1.用if語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)選擇結(jié)構(gòu)。2.用switch語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)多分支選擇結(jié)構(gòu)。3.選擇結(jié)構(gòu)的嵌套。五、循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)1.for循環(huán)結(jié)構(gòu)。2.while和do-while循環(huán)結(jié)構(gòu)。3.continue語(yǔ)句和break語(yǔ)句。4.循環(huán)的嵌套。六、數(shù)組的定義和引用1.一維數(shù)組和二維數(shù)組的定義、初始化和數(shù)組元素的引用。2.字符串與字符數(shù)組。七、函數(shù)1.庫(kù)函數(shù)的正確調(diào)用。2.函數(shù)的定義方法。3.函數(shù)的類型和返回值。4.形式參數(shù)與實(shí)在參數(shù)，參數(shù)值傳遞。5.函數(shù)的正確調(diào)用，嵌套調(diào)用，遞歸調(diào)用。6.局部變量和全局變量。7.變量的存儲(chǔ)類別（自動(dòng)，靜態(tài)，寄存器，外部），變量的作用域和生存期。八、編譯預(yù)處理1.宏定義和調(diào)用（不帶參數(shù)的宏，帶參數(shù)的宏）。2.“文件包含”處理。九、指針1.地址與指針變量的概念，地址運(yùn)算符與間址運(yùn)算符。2.一維、二維數(shù)組和字符串的地址以及指向變量、數(shù)組、字符串、函數(shù)、結(jié)構(gòu)體的指針變量的定義。通過(guò)指針引用以上各類型數(shù)據(jù)。3.用指針作函數(shù)參數(shù)。4.返回地址值的函數(shù)。5.指針數(shù)組，指向指針的指針。十、結(jié)構(gòu)體（即“結(jié)構(gòu)”）與共同體（即“聯(lián)合”）1.用typedef說(shuō)明一個(gè)新類型。2.結(jié)構(gòu)體和共用體類型數(shù)據(jù)的定義和成員的引用。3.通過(guò)結(jié)構(gòu)體構(gòu)成鏈表，單向鏈表的建立，結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸出、刪除與插入。十一、位運(yùn)算1.位運(yùn)算符的含義和使用。2.簡(jiǎn)單的位運(yùn)算。十二、文件操作 只要求緩沖文件系統(tǒng)（即高級(jí)磁盤(pán)I/O系統(tǒng)），對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)緩沖文件系統(tǒng)（即低級(jí)磁盤(pán)I/O系統(tǒng)）不要求。1.文件類型指針（FILE類型指針）。2.文件的打開(kāi)與關(guān)閉（fopen，fclose）。3.文件的讀寫(xiě)（fputc，fgetc，fputs，fgets，fread，fwrite，fprintf，fscanf函數(shù)的應(yīng)用），文件的定位（rewind，fseek函數(shù)的應(yīng)用）。 考試方式1.筆試：90分鐘，滿分100分，其中含公共基礎(chǔ)知識(shí)部分的30分。2.上機(jī)：90分鐘，滿分100分3、上機(jī)操作包括：（1）填空。（2）改錯(cuò)。（3）編程。全國(guó)二級(jí)公共基礎(chǔ)知識(shí)考試大綱 基本要求1.掌握算法的基本概念。2.掌握基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其操作。3.掌握基本排序和查找算法。4.掌握逐步求精的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。5.掌握軟件工程的基本方法，具有初步應(yīng)用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的能力。6.掌握數(shù)據(jù)庫(kù)的基本知識(shí)，了解關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。 考試內(nèi)容一、 基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法1. 算法的基本概念；算法復(fù)雜度的概念和意義（時(shí)間復(fù)雜度與空間復(fù)雜度）。2. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義；數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖形表示；線性結(jié)構(gòu)與非線性結(jié)構(gòu)的概念。3. 線性表的定義；線性表的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及其插入與刪除運(yùn)算。4. 棧和隊(duì)列的定義；棧和隊(duì)列的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及其基本運(yùn)算。5. 線性單鏈表、雙向鏈表與循環(huán)鏈表的結(jié)構(gòu)及其基本運(yùn)算。6. 樹(shù)的基本概念；二叉樹(shù)的定義及其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；二叉樹(shù)的前序、中序和后序遍歷。7. 順序查找與二分法查找算法；基本排序算法（交換類排序，選擇類排序，插入類排序）。二、 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1. 程序設(shè)計(jì)方法與風(fēng)格。2. 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。3. 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，對(duì)象，方法，屬性及繼承與多態(tài)性。三、 軟件工程基礎(chǔ)1. 軟件工程基本概念，軟件生命周期概念，軟件工具與軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。2. 結(jié)構(gòu)化分析方法，數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)字典，軟件需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)。3. 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，總體設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)。4. 軟件測(cè)試的方法，白盒測(cè)試與黑盒測(cè)試，測(cè)試用例設(shè)計(jì)，軟件測(cè)試的實(shí)施，單元測(cè)試、集成測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試。5. 程序的調(diào)試，靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試。四、 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1. 數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念：數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。2. 數(shù)據(jù)模型，實(shí)體聯(lián)系模型及E-R圖，從E-R圖導(dǎo)出關(guān)系數(shù)據(jù)模型。3. 關(guān)系代數(shù)運(yùn)算，包括集合運(yùn)算及選擇、投影、連接運(yùn)算，數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論。4. 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法和步驟：需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的相關(guān)策略。 考試方式公共基礎(chǔ)知識(shí)有10道選擇題和5道填空題共三十分公共基礎(chǔ)知識(shí)講義第一講 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法1.1 算法1、算法是指解題方案的準(zhǔn)確而完整的描述。換句話說(shuō)，算法是對(duì)特定問(wèn)題求解步驟的一種描述。*：算法不等于程序，也不等于計(jì)算方法。程序的編制不可能優(yōu)于算法的設(shè)計(jì)。2、算法的基本特征（1）可行性。針對(duì)實(shí)際問(wèn)題而設(shè)計(jì)的算法，執(zhí)行后能夠得到滿意的結(jié)果。（2）確定性。每一條指令的含義明確，無(wú)二義性。并且在任何條件下，算法只有唯一的一條執(zhí)行路徑，即相同的輸入只能得出相同的輸出。（3）有窮性。算法必須在有限的時(shí)間內(nèi)完成。有兩重含義，一是算法中的操作步驟為有限個(gè)，二是每個(gè)步驟都能在有限時(shí)間內(nèi)完成。（4）擁有足夠的情報(bào)。算法中各種運(yùn)算總是要施加到各個(gè)運(yùn)算對(duì)象上，而這些運(yùn)算對(duì)象又可能具有某種初始狀態(tài)，這就是算法執(zhí)行的起點(diǎn)或依據(jù)。因此，一個(gè)算法執(zhí)行的結(jié)果總是與輸入的初始數(shù)據(jù)有關(guān)，不同的輸入將會(huì)有不同的結(jié)果輸出。當(dāng)輸入不夠或輸入錯(cuò)誤時(shí)，算法將無(wú)法執(zhí)行或執(zhí)行有錯(cuò)。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)算法擁有足夠的情報(bào)時(shí)，此算法才是有效的；而當(dāng)提供的情報(bào)不夠時(shí)，算法可能無(wú)效。*：綜上所述，所謂算法，是一組嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囟x運(yùn)算順序的規(guī)則，并且每一個(gè)規(guī)則都是有效的，且是明確的，此順序?qū)⒃谟邢薜拇螖?shù)下終止。3、算法復(fù)雜度主要包括時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。（1）算法時(shí)間復(fù)雜度是指執(zhí)行算法所需要的計(jì)算工作量，可以用執(zhí)行算法的過(guò)程中所需基本運(yùn)算的執(zhí)行次數(shù)來(lái)度量。（2）算法空間復(fù)雜度是指執(zhí)行這個(gè)算法所需要的內(nèi)存空間。1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指相互有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)元素的集合。2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要研究和討論以下三個(gè)方面的問(wèn)題：（1）數(shù)據(jù)集合中各數(shù)據(jù)元素之間所固有的邏輯關(guān)系，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)包含：1）表示數(shù)據(jù)元素的信息；2）表示各數(shù)據(jù)元素之間的前后件關(guān)系。（2）在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，各數(shù)據(jù)元素在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)關(guān)系，即數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有順序、鏈接、索引等。1）順序存儲(chǔ)。它是把邏輯上相鄰的結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)在物理位置相鄰的存儲(chǔ)單元里，結(jié)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系由存儲(chǔ)單元的鄰接關(guān)系來(lái)體現(xiàn)。由此得到的存儲(chǔ)表示稱為順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。2）鏈接存儲(chǔ)。它不要求邏輯上相鄰的結(jié)點(diǎn)在物理位置上亦相鄰，結(jié)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系是由附加的指針字段表示的。由此得到的存儲(chǔ)表示稱為鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)。3）索引存儲(chǔ)：除建立存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)信息外，還建立附加的索引表來(lái)標(biāo)識(shí)結(jié)點(diǎn)的地址。*：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)反映數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（也稱數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)）是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間中的存放形式。同一種邏輯結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)可以采用不同的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，但影響數(shù)據(jù)處理效率。（3）對(duì)各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)算。3、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖形表示一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)除了用二元關(guān)系表示外，還可以直觀地用圖形表示。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖形表示中，對(duì)于數(shù)據(jù)集合D中的每一個(gè)數(shù)據(jù)元素用中間標(biāo)有元素值的方框表示，一般稱之為數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)，并簡(jiǎn)稱為結(jié)點(diǎn)；為了進(jìn)一步表示各數(shù)據(jù)元素之間的前后件關(guān)系，對(duì)于關(guān)系R中的每一個(gè)二元組，用一條有向線段從前件結(jié)點(diǎn)指向后件結(jié)點(diǎn)。4、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為兩大類型：線性結(jié)構(gòu)和非線性結(jié)構(gòu)。（1）線性結(jié)構(gòu)（非空的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）條件：1）有且只有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)；2）每一個(gè)結(jié)點(diǎn)最多有一個(gè)前件，也最多有一個(gè)后件。*：常見(jiàn)的線性結(jié)構(gòu)有線性表、棧、隊(duì)列和線性鏈表等。（2）非線性結(jié)構(gòu)：不滿足線性結(jié)構(gòu)條件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。*：常見(jiàn)的非線性結(jié)構(gòu)有樹(shù)、二叉樹(shù)和圖等。1.3 線性表及其順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)1、線性表由一組數(shù)據(jù)元素構(gòu)成，數(shù)據(jù)元素的位置只取決于自己的序號(hào)，元素之間的相對(duì)位置是線性的。線性表是由n(n0)個(gè)數(shù)據(jù)元素組成的一個(gè)有限序列，表中的每一個(gè)數(shù)據(jù)元素，除了第一個(gè)外，有且只有一個(gè)前件，除了最后一個(gè)外，有且只有一個(gè)后件。線性表中數(shù)據(jù)元素的個(gè)數(shù)稱為線性表的長(zhǎng)度。線性表可以為空表。*：線性表是一種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，它的存儲(chǔ)方式：順序和鏈?zhǔn)健?、線性表的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)基本特點(diǎn)：（1）線性表中所有元素所占的存儲(chǔ)空間是連續(xù)的；（2）線性表中各數(shù)據(jù)元素在存儲(chǔ)空間中是按邏輯順序依次存放的。*：由此可以看出，在線性表的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中，其前后件兩個(gè)元素在存儲(chǔ)空間中是緊鄰的，且前件元素一定存儲(chǔ)在后件元素的前面，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)直接確定第i個(gè)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)地址。3、順序表的插入、刪除運(yùn)算（1）順序表的插入運(yùn)算：在一般情況下，要在第i（1in）個(gè)元素之前插入一個(gè)新元素時(shí)，首先要從最后一個(gè)（即第n個(gè)）元素開(kāi)始，直到第i個(gè)元素之間共n-i+1個(gè)元素依次向后移動(dòng)一個(gè)位置，移動(dòng)結(jié)束后，第i個(gè)位置就被空出，然后將新元素插入到第i項(xiàng)。插入結(jié)束后，線性表的長(zhǎng)度就增加了1。*：順性表的插入運(yùn)算時(shí)需要移動(dòng)元素，在等概率情況下，平均需要移動(dòng)n/2個(gè)元素。（2）順序表的刪除運(yùn)算：在一般情況下，要?jiǎng)h除第i（1in）個(gè)元素時(shí)，則要從第i+1個(gè)元素開(kāi)始，直到第n個(gè)元素之間共n-i個(gè)元素依次向前移動(dòng)一個(gè)位置。刪除結(jié)束后，線性表的長(zhǎng)度就減小了1。*：進(jìn)行順性表的刪除運(yùn)算時(shí)也需要移動(dòng)元素，在等概率情況下，平均需要移動(dòng)（n-1）/2個(gè)元素。插入、刪除運(yùn)算不方便。1.4 棧和隊(duì)列1、棧及其基本運(yùn)算棧是限定在一端進(jìn)行插入與刪除運(yùn)算的線性表。在棧中，允許插入與刪除的一端稱為棧頂，不允許插入與刪除的另一端稱為棧底。棧頂元素總是最后被插入的元素，棧底元素總是最先被插入的元素。即棧是按照“先進(jìn)后出”或“后進(jìn)先出”的原則組織數(shù)據(jù)的。棧具有記憶作用。棧的基本運(yùn)算：1）插入元素稱為入棧運(yùn)算；2）刪除元素稱為退棧運(yùn)算；3）讀棧頂元素是將棧頂元素賦給一個(gè)指定的變量，此時(shí)指針無(wú)變化。棧的存儲(chǔ)方式和線性表類似，也有兩種，即順序棧和鏈?zhǔn)綏！?、隊(duì)列及其基本運(yùn)算隊(duì)列是指允許在一端（隊(duì)尾）進(jìn)入插入，而在另一端（隊(duì)頭）進(jìn)行刪除的線性表。尾指針（Rear）指向隊(duì)尾元素，頭指針（front）指向排頭元素的前一個(gè)位置（隊(duì)頭）。隊(duì)列是“先進(jìn)先出”或“后進(jìn)后出”的線性表。隊(duì)列運(yùn)算包括：1）入隊(duì)運(yùn)算：從隊(duì)尾插入一個(gè)元素；2）退隊(duì)運(yùn)算：從隊(duì)頭刪除一個(gè)元素。循環(huán)隊(duì)列及其運(yùn)算：所謂循環(huán)隊(duì)列，就是將隊(duì)列存儲(chǔ)空間的最后一個(gè)位置繞到第一個(gè)位置，形成邏輯上的環(huán)狀空間，供隊(duì)列循環(huán)使用。在循環(huán)隊(duì)列中，用隊(duì)尾指針rear指向隊(duì)列中的隊(duì)尾元素，用排頭指針front指向排頭元素的前一個(gè)位置，因此，從頭指針front指向的后一個(gè)位置直到隊(duì)尾指針rear指向的位置之間，所有的元素均為隊(duì)列中的元素。*：循環(huán)隊(duì)列中元素的個(gè)數(shù)=rear-front。1.5 線性鏈表1、線性表順序存儲(chǔ)的缺點(diǎn)：（1）插入或刪除的運(yùn)算效率很低。在順序存儲(chǔ)的線性表中，插入或刪除數(shù)據(jù)元素時(shí)需要移動(dòng)大量的數(shù)據(jù)元素；（2）線性表的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)下，線性表的存儲(chǔ)空間不便于擴(kuò)充；（3）線性表的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)不便于對(duì)存儲(chǔ)空間的動(dòng)態(tài)分配。2、線性鏈表：線性表的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)稱為線性鏈表，是一種物理存儲(chǔ)單元上非連續(xù)、非順序的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)元素的邏輯順序是通過(guò)鏈表中的指針鏈接來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，在鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)方式中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)由兩部分組成：一部分用于存放數(shù)據(jù)元素的值，稱為數(shù)據(jù)域；另一部分用于存放指針，稱為指針域，用于指向該結(jié)點(diǎn)的前一個(gè)或后一個(gè)結(jié)點(diǎn)（即前件或后件），如下圖所示：線性鏈表分為單鏈表、雙向鏈表和循環(huán)鏈表三種類型。在單鏈表中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)指針域，由這個(gè)指針只能找到其后件結(jié)點(diǎn)，而不能找到其前件結(jié)點(diǎn)。因此，在某些應(yīng)用中，對(duì)于線性鏈表中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)指針，一個(gè)稱為左指針，指向其前件結(jié)點(diǎn)；另一個(gè)稱為右指針，指向其后件結(jié)點(diǎn)，這種鏈表稱為雙向鏈表，如下圖所示：3、線性鏈表的基本運(yùn)算（1）在線性鏈表中包含指定元素的結(jié)點(diǎn)之前插入一個(gè)新元素。*：在線性鏈表中插入元素時(shí)，不需要移動(dòng)數(shù)據(jù)元素，只需要修改相關(guān)結(jié)點(diǎn)指針即可，也不會(huì)出現(xiàn)“上溢”現(xiàn)象。（2）在線性鏈表中刪除包含指定元素的結(jié)點(diǎn)。*：在線性鏈表中刪除元素時(shí)，也不需要移動(dòng)數(shù)據(jù)元素，只需要修改相關(guān)結(jié)點(diǎn)指針即可。（3）將兩個(gè)線性鏈表按要求合并成一個(gè)線性鏈表。（4）將一個(gè)線性鏈表按要求進(jìn)行分解。（5）逆轉(zhuǎn)線性鏈表。（6）復(fù)制線性鏈表。（7）線性鏈表的排序。（8）線性鏈表的查找。*：線性鏈表不能隨機(jī)存取。4、循環(huán)鏈表及其基本運(yùn)算在線性鏈表中，其插入與刪除的運(yùn)算雖然比較方便，但還存在一個(gè)問(wèn)題，在運(yùn)算過(guò)程中對(duì)于空表和對(duì)第一個(gè)結(jié)點(diǎn)的處理必須單獨(dú)考慮，使空表與非空表的運(yùn)算不統(tǒng)一。為了克服線性鏈表的這個(gè)缺點(diǎn)，可以采用另一種鏈接方式，即循環(huán)鏈表。與前面所討論的線性鏈表相比，循環(huán)鏈表具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：1）在鏈表中增加了一個(gè)表頭結(jié)點(diǎn)，其數(shù)據(jù)域?yàn)槿我饣蛘吒鶕?jù)需要來(lái)設(shè)置，指針域指向線性表的第一個(gè)元素的結(jié)點(diǎn)，而循環(huán)鏈表的頭指針指向表頭結(jié)點(diǎn)；2）循環(huán)鏈表中最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)的指針域不是空，而是指向表頭結(jié)點(diǎn)。即在循環(huán)鏈表中，所有結(jié)點(diǎn)的指針構(gòu)成了一個(gè)環(huán)狀鏈。下圖a是一個(gè)非空的循環(huán)鏈表，圖b是一個(gè)空的循環(huán)鏈表：循環(huán)鏈表的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是在循環(huán)鏈表中，只要指出表中任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)的位置，就可以從它出發(fā)訪問(wèn)到表中其他所有的結(jié)點(diǎn)，而線性單鏈表做不到這一點(diǎn)；二是由于在循環(huán)鏈表中設(shè)置了一個(gè)表頭結(jié)點(diǎn)，在任何情況下，循環(huán)鏈表中至少有一個(gè)結(jié)點(diǎn)存在，從而使空表與非空表的運(yùn)算統(tǒng)一。*：循環(huán)鏈表是在單鏈表的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)表頭結(jié)點(diǎn)，其插入和刪除運(yùn)算與單鏈表相同。但它可以從任一結(jié)點(diǎn)出發(fā)來(lái)訪問(wèn)表中其他所有結(jié)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)空表與非空表的運(yùn)算的統(tǒng)一。1.6 樹(shù)與二叉樹(shù)1、樹(shù)的基本概念樹(shù)是一種簡(jiǎn)單的非線性結(jié)構(gòu)。在樹(shù)這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，所有數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系具有明顯的層次特性。在樹(shù)結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)前件，稱為父結(jié)點(diǎn)。沒(méi)有前件的結(jié)點(diǎn)只有一個(gè)，稱為樹(shù)的根結(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)稱樹(shù)的根。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)后件，稱為該結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)。沒(méi)有后件的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn)。在樹(shù)結(jié)構(gòu)中，一個(gè)結(jié)點(diǎn)所擁有的后件的個(gè)數(shù)稱為該結(jié)點(diǎn)的度，所有結(jié)點(diǎn)中最大的度稱為樹(shù)的度。樹(shù)的最大層次稱為樹(shù)的深度。2、二叉樹(shù)及其基本性質(zhì)（1）什么是二叉樹(shù)二叉樹(shù)是一種很有用的非線性結(jié)構(gòu)，它具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：1）非空二叉樹(shù)只有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)；2）每一個(gè)結(jié)點(diǎn)最多有兩棵子樹(shù)，且分別稱為該結(jié)點(diǎn)的左子樹(shù)與右子樹(shù)。*：根據(jù)二叉樹(shù)的概念可知，二叉樹(shù)的度可以為0（葉結(jié)點(diǎn)）、1（只有一棵子樹(shù)）或2（有2棵子樹(shù)）。（2）二叉樹(shù)的基本性質(zhì)性質(zhì)1 在二叉樹(shù)的第k層上，最多有 個(gè)結(jié)點(diǎn)。性質(zhì)2 深度為m的二叉樹(shù)最多有個(gè) 個(gè)結(jié)點(diǎn)。性質(zhì)3 在任意一棵二叉樹(shù)中，度數(shù)為0的結(jié)點(diǎn)總比度為2的結(jié)點(diǎn)多一個(gè)。性質(zhì)4 具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的二叉樹(shù)，其深度至少為 ，其中 表示取 的整數(shù)部分。3、滿二叉樹(shù)與完全二叉樹(shù)滿二叉樹(shù)：除最后一層外，每一層上的所有結(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)子結(jié)點(diǎn)。完全二叉樹(shù)：除最后一層外，每一層上的結(jié)點(diǎn)數(shù)均達(dá)到最大值；在最后一層上只缺少右邊的若干結(jié)點(diǎn)。*：根據(jù)完全二叉樹(shù)的定義可得出：度為1的結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為0或1。下圖a表示的是滿二叉樹(shù)，下圖b表示的是完全二叉樹(shù)：完全二叉樹(shù)還具有如下兩個(gè)特性：性質(zhì)5 具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的完全二叉樹(shù)深度為 。性質(zhì)6 設(shè)完全二叉樹(shù)共有n個(gè)結(jié)點(diǎn)，如果從根結(jié)點(diǎn)開(kāi)始，按層序（每一層從左到右）用自然數(shù)1，2，n給結(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，則對(duì)于編號(hào)為k（k=1，2，n）的結(jié)點(diǎn)有以下結(jié)論：若k=1，則該結(jié)點(diǎn)為根結(jié)點(diǎn)，它沒(méi)有父結(jié)點(diǎn)；若k1，則該結(jié)點(diǎn)的父結(jié)點(diǎn)的編號(hào)為INT(k/2)。若2kn，則編號(hào)為k的左子結(jié)點(diǎn)編號(hào)為2k；否則該結(jié)點(diǎn)無(wú)左子結(jié)點(diǎn)（顯然也沒(méi)有右子結(jié)點(diǎn)）。若2k+1n，則編號(hào)為k的右子結(jié)點(diǎn)編號(hào)為2k+1；否則該結(jié)點(diǎn)無(wú)右子結(jié)點(diǎn)。4、二叉樹(shù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)中，二叉樹(shù)通常采用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)。與線性鏈表類似，用于存儲(chǔ)二叉樹(shù)中各元素的存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)也由兩部分組成：數(shù)據(jù)域和指針域。但在二叉樹(shù)中，由于每一個(gè)元素可以有兩個(gè)后件（即兩個(gè)子結(jié)點(diǎn)），因此，用于存儲(chǔ)二叉樹(shù)的存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)的指針域有兩個(gè)：一個(gè)用于指向該結(jié)點(diǎn)的左子結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)地址，稱為左指針域；另一個(gè)用于指向該結(jié)點(diǎn)的右子結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)地址，稱為右指針域。*：一般二叉樹(shù)通常采用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，對(duì)于滿二叉樹(shù)與完全二叉樹(shù)來(lái)說(shuō)，可以按層序進(jìn)行順序存儲(chǔ)。5、二叉樹(shù)的遍歷二叉樹(shù)的遍歷是指不重復(fù)地訪問(wèn)二叉樹(shù)中的所有結(jié)點(diǎn)。二叉樹(shù)的遍歷可以分為以下三種：（1）前序遍歷（DLR）：若二叉樹(shù)為空，則結(jié)束返回。否則：首先訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)，然后遍歷左子樹(shù)，最后遍歷右子樹(shù)；并且，在遍歷左右子樹(shù)時(shí)，仍然先訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)，然后遍歷左子樹(shù)，最后遍歷右子樹(shù)。（2）中序遍歷（LDR）：若二叉樹(shù)為空，則結(jié)束返回。否則：首先遍歷左子樹(shù)，然后訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)，最后遍歷右子樹(shù)；并且，在遍歷左、右子樹(shù)時(shí)，仍然先遍歷左子樹(shù)，然后訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)，最后遍歷右子樹(shù)。（3）后序遍歷（LRD）：若二叉樹(shù)為空，則結(jié)束返回。否則：首先遍歷左子樹(shù)，然后遍歷右子樹(shù)，最后訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)，并且，在遍歷左、右子樹(shù)時(shí)，仍然先遍歷左子樹(shù)，然后遍歷右子樹(shù)，最后訪問(wèn)根結(jié)點(diǎn)。1.7 查找技術(shù)查找：根據(jù)給定的某個(gè)值，在查找表中確定一個(gè)其關(guān)鍵字等于給定值的數(shù)據(jù)元素。查找結(jié)果：（查找成功：找到；查找不成功：沒(méi)找到。）平均查找長(zhǎng)度：查找過(guò)程中關(guān)鍵字和給定值比較的平均次數(shù)。1、順序查找基本思想：從表中的第一個(gè)元素開(kāi)始，將給定的值與表中逐個(gè)元素的關(guān)鍵字進(jìn)行比較，直到兩者相符，查到所要找的元素為止。否則就是表中沒(méi)有要找的元素，查找不成功。在平均情況下，利用順序查找法在線性表中查找一個(gè)元素，大約要與線性表中一半的元素進(jìn)行比較，最壞情況下需要比較n次。順序查找一個(gè)具有n個(gè)元素的線性表，其平均復(fù)雜度為O（n）。下列兩種情況下只能采用順序查找：1）如果線性表是無(wú)序表（即表中的元素是無(wú)序的），則不管是順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)還是鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，都只能用順序查找。2）即使是有序線性表，如果采用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，也只能用順序查找。2、二分法查找思想：先確定待查找記錄所在的范圍，然后逐步縮小范圍，直到找到或確認(rèn)找不到該記錄為止。前提：必須在具有順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的有序表中進(jìn)行。查找過(guò)程：1）若中間項(xiàng)（中間項(xiàng)mid=(n-1)/2，mid的值四舍五入取整）的值等于x，則說(shuō)明已查到；2）若x小于中間項(xiàng)的值，則在線性表的前半部分查找；3）若x大于中間項(xiàng)的值，則在線性表的后半部分查找。特點(diǎn)：比順序查找方法效率高。最壞的情況下，需要比較log2n次。*：二分法查找只適用于順序存儲(chǔ)的線性表，且表中元素必須按關(guān)鍵字有序（升序）排列。對(duì)于無(wú)序線性表和線性表的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)只能用順序查找。在長(zhǎng)度為n的有序線性表中進(jìn)行二分法查找，其時(shí)間復(fù)雜度為O（log2n）。1.8 排序技術(shù)排序是指將一個(gè)無(wú)序序列整理成按值非遞減順序排列的有序序列，即是將無(wú)序的記錄序列調(diào)整為有序記錄序列的一種操作。1、交換類排序法（方法：冒泡排序，快速排序）。2、插入類排序法（方法：簡(jiǎn)單插入排序，希爾排序）。3、選擇類排序法（方法：簡(jiǎn)單選擇排序，堆排序）?？偨Y(jié)：各種排序法比較：第二講 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念1、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（1）數(shù)據(jù)：實(shí)際上就是描述事物的符號(hào)記錄。數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：有一定的結(jié)構(gòu)，有型與值之分。數(shù)據(jù)的型給出了數(shù)據(jù)表示的類型，如整型、實(shí)型、字符型等。而數(shù)據(jù)的值給出了符合給定型的值，如整型（INT）值15。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）：是數(shù)據(jù)的集合，具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式并存放于統(tǒng)一的存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)，是多種應(yīng)用數(shù)據(jù)的集成，并可被各個(gè)應(yīng)用程序所共享。數(shù)據(jù)庫(kù)存放數(shù)據(jù)是按數(shù)據(jù)所提供的數(shù)據(jù)模式存放的，具有集成與共享的特點(diǎn)，亦即是數(shù)據(jù)庫(kù)集中了各種應(yīng)用的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)一的構(gòu)造和存儲(chǔ)，而使它們可被不同應(yīng)用程序所使用。（3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）：一種系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維護(hù)、控制及保護(hù)和數(shù)據(jù)服務(wù)等，是數(shù)據(jù)庫(kù)的核心。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)功能：1）數(shù)據(jù)模式定義。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建模式，也就是為數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建其數(shù)據(jù)框架。2）數(shù)據(jù)存取的物理構(gòu)建。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)模式的物理存取與構(gòu)建提供有效的存取方法與手段。3）數(shù)據(jù)操縱。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為用戶使用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)提供方便，它一般提供如查詢、插入、修改以及刪除數(shù)據(jù)的功能。此外，它自身還具有做簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算及統(tǒng)計(jì)的能力，而且還可以與某些過(guò)程性語(yǔ)言結(jié)合，使其具有強(qiáng)大的過(guò)程性操作能力。4）數(shù)據(jù)的完整性、安生性定義與檢查。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)具有內(nèi)在語(yǔ)義上的關(guān)聯(lián)性與一致性，它們構(gòu)成了數(shù)據(jù)的完整性，數(shù)據(jù)的完整性是保證數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)正確的必要條件，因此必須經(jīng)常檢查以維護(hù)數(shù)據(jù)正確。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)具有共享性，而數(shù)據(jù)共享可能會(huì)引發(fā)數(shù)據(jù)的非法使用，因此必須要對(duì)數(shù)據(jù)正確使用做出必要的規(guī)定，并在使用時(shí)做檢查，這就是數(shù)據(jù)的安全性。數(shù)據(jù)完整性與安全性的維護(hù)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本功能。5）數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)控制與故障恢復(fù)。數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)集成、共享的數(shù)據(jù)集合體，它能為多個(gè)應(yīng)用程序服務(wù)，所以就存在著多個(gè)應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)操作。在并發(fā)操作中如果不加控制和管理，多個(gè)應(yīng)用程序間就會(huì)相互干擾，從而對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)造成破壞。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)必須對(duì)多個(gè)應(yīng)用程序的并發(fā)操作做必要的控制以保證數(shù)據(jù)不受破壞，這就是數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)控制。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)一旦遭到破壞，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)必須有能力及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)，這就是數(shù)據(jù)庫(kù)的故障恢復(fù)。6）數(shù)據(jù)的服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的多種服務(wù)功能，如數(shù)據(jù)拷貝、轉(zhuǎn)存、重組、性能監(jiān)測(cè)、分析等。（4）數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)、監(jiān)視等的專業(yè)管理人員。（5）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DBS）：由數(shù)據(jù)庫(kù)（數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（軟件）、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（人員）、硬件平臺(tái)（硬件）、軟件平臺(tái)（軟件）五個(gè)部分構(gòu)成的運(yùn)行實(shí)體。（6）數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及應(yīng)用界面三者組成。*：數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的根本目標(biāo)是解決數(shù)據(jù)的共享問(wèn)題。2、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫(kù)管理發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個(gè)階段：人工管理階段、文件系統(tǒng)階段和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段。下表是數(shù)據(jù)管理三個(gè)階段的比較：人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段背景應(yīng)用背景科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算、管理大規(guī)模管理硬件背景無(wú)直接存取存儲(chǔ)設(shè)備磁盤(pán)、磁鼓大容量磁備盤(pán)軟件背景沒(méi)有操作系統(tǒng)有文件系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)處理方式批處理聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、分布處理、批處理特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者用戶（程序員）文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)面向的對(duì)象某一應(yīng)用程序某一應(yīng)用現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)的共享程度無(wú)共享，冗余度極大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小數(shù)據(jù)的獨(dú)立性不獨(dú)立，完全依賴于程序獨(dú)立性差具有高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化無(wú)結(jié)構(gòu)記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)，整體無(wú)結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)控制能力應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序自己控制由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)能力3、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)的高集成性。（2）數(shù)據(jù)的高共享性與低冗余性。*：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以減少數(shù)據(jù)冗余，但無(wú)法避免一切冗余。（3）數(shù)據(jù)獨(dú)立性：數(shù)據(jù)獨(dú)立性是數(shù)據(jù)與程序間的互不依賴性，即數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)獨(dú)立于應(yīng)用程序而不依賴于應(yīng)用程序。也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與存取方式的改變不會(huì)影響應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)獨(dú)立性一般分為物理獨(dú)立性與邏輯獨(dú)立性兩級(jí)。1）物理獨(dú)立性：物理獨(dú)立性即是數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，存取方式等）的改變，如存儲(chǔ)設(shè)備的更換、物理存儲(chǔ)的更換、存取方式改變等都不影響數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)，從而不致引起應(yīng)用程序的變化。2）邏輯獨(dú)立性：數(shù)據(jù)庫(kù)總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，如修改數(shù)據(jù)模式、增加新的數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間聯(lián)系等，不需要相應(yīng)修改應(yīng)用程序，這就是數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制。數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制主要包含以下三個(gè)方面：1）數(shù)據(jù)的完整性檢查：檢查數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的正確性以保證數(shù)據(jù)的正確。2）數(shù)據(jù)的安全性保護(hù)：檢查數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)者以防止非法訪問(wèn)。3）并發(fā)控制：控制多個(gè)應(yīng)用的并發(fā)訪問(wèn)所產(chǎn)生的相互干擾以保證其正確性。4、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系（1）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式： 1）概念模式：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述，是全體用戶（應(yīng)用）公共數(shù)據(jù)視圖。2）外模式：也稱子模式或用戶模式，它是用戶的數(shù)據(jù)視圖，也就是用戶所見(jiàn)到的數(shù)據(jù)模式，它由概念模式推導(dǎo)而出。3）內(nèi)模式：又稱物理模式，它給出了數(shù)據(jù)庫(kù)物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與物理存取方法。內(nèi)模式的物理性主要體現(xiàn)在操作系統(tǒng)及文件級(jí)上，它還未深入到設(shè)備級(jí)上（如磁盤(pán)及磁盤(pán)操作）。內(nèi)模式對(duì)一般用戶是透明的，但它的設(shè)計(jì)直接影響數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的兩級(jí)映射：1）概念模式/內(nèi)模式的映射：實(shí)現(xiàn)了概念模式到內(nèi)模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)修改相應(yīng)的概念模式/內(nèi)模式的映射，使得數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模式不變，其外模式不變，應(yīng)用程序不用修改，從而保證數(shù)據(jù)具有很高的物理獨(dú)立性。2）外模式/概念模式的映射：實(shí)現(xiàn)了外模式到概念模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)邏輯模式發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)修改相應(yīng)的外模式/邏輯模式映射，使得用戶所使用的那部分外模式不變，從而應(yīng)用程序不必修改，保證數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨(dú)立性。2.2 數(shù)據(jù)模型1、數(shù)據(jù)模型（1）數(shù)據(jù)模型的概念：是數(shù)據(jù)特征的抽象，它從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動(dòng)態(tài)行為和約束條件，為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的信息表示與操作提供一個(gè)抽象的框架。（2）數(shù)據(jù)模型所描述的內(nèi)容有三個(gè)部分，它們是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作與數(shù)據(jù)約束。1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對(duì)象類型的集合，包括與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對(duì)象，以及與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對(duì)象。它用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性。2）數(shù)據(jù)操作：數(shù)據(jù)操作是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種對(duì)象（型）的實(shí)例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作的含義、符號(hào)、操作規(guī)則及實(shí)現(xiàn)操作的語(yǔ)句等。它用于描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。3）數(shù)據(jù)的約束條件：數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符號(hào)數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。（3）數(shù)據(jù)模型分為概念模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理模型三類：1）概念數(shù)據(jù)模型：簡(jiǎn)稱概念模型，是對(duì)客觀世界復(fù)雜事物的結(jié)構(gòu)描述及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系的刻畫(huà)。概念模型主要有：E-R模型(實(shí)體聯(lián)系模型)、擴(kuò)充的E-R模型、面向?qū)ο竽Ｐ图爸^詞模型等。2）邏輯數(shù)據(jù)模型：又稱數(shù)據(jù)模型，是一種面向數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的模型，該模型著重于在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一級(jí)的實(shí)現(xiàn)。邏輯數(shù)據(jù)模型主要有：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取?）物理數(shù)據(jù)模型：又稱物理模型，它是一種面向計(jì)算機(jī)物理表示的模型，此模型給出了數(shù)據(jù)模型在計(jì)算機(jī)上物理結(jié)構(gòu)的表示。2、實(shí)體聯(lián)系模型及E-R圖（1）E-R模型的基本概念：1）實(shí)體：現(xiàn)實(shí)世界中的事物。2）屬性：事物的特性。3）聯(lián)系：現(xiàn)實(shí)世界中事物間的關(guān)系。實(shí)體集的關(guān)系有一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的聯(lián)系。E-R模型三個(gè)基本概念之間的聯(lián)接關(guān)系：1）實(shí)體集（聯(lián)系）與屬性間的聯(lián)接關(guān)系；2）實(shí)體（集）與聯(lián)系。*：E-R模型的基本成分是實(shí)體和聯(lián)系。（2）E-R模型的圖示法：1）實(shí)體集：用矩形表示。2）屬性：用橢圓形表示。3）聯(lián)系：用菱形表示。4）實(shí)體集與屬性間的聯(lián)接關(guān)系：用無(wú)向線段表示。5）實(shí)體集與聯(lián)系間的聯(lián)接關(guān)系：用無(wú)向線段表示。（3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)常見(jiàn)的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型三種。1）層次模型的基本結(jié)構(gòu)是樹(shù)形結(jié)構(gòu)，具有以下特點(diǎn)：A、每棵樹(shù)有且僅有一個(gè)無(wú)雙親結(jié)點(diǎn)，稱為根；B、樹(shù)中除根外所有結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)雙親。2）網(wǎng)狀模型是層次模型的一個(gè)特例，從圖論上看，網(wǎng)狀模型是一個(gè)不加任何條件限制的無(wú)向圖。3）關(guān)系模型采用二維表來(lái)表示，簡(jiǎn)稱表，由表框架及表的元組組成。一個(gè)二維表就是一個(gè)關(guān)系。二維表的表框架由n個(gè)命名的屬性組成，n稱為屬性元數(shù)。每個(gè)屬性有一個(gè)取值范圍稱為值域。表框架對(duì)應(yīng)了關(guān)系的模式，即類型的概念。在表框架中按行可以存放數(shù)據(jù)，每行數(shù)據(jù)稱為元組，實(shí)際上，一個(gè)元組是由n個(gè)元組分量所組成，每個(gè)元組分量是表框架中每個(gè)屬性的投影值。學(xué)號(hào)姓名性別出生年月班級(jí)籍貫2007102張潔然男07-07-8807動(dòng)畫(huà)1班天津2007203李一明男05-01-8707播音5班廣西南寧2007305王 麗女04-09-8807管理4班遼寧沈陽(yáng)2007406劉 宏男10-11-8807新聞3班江蘇南京*：同一個(gè)關(guān)系模型的任兩個(gè)元組值不能完全相同。主碼：或稱為關(guān)鍵字、主鍵，簡(jiǎn)稱碼、鍵，表中的一個(gè)屬性或幾個(gè)屬性的組合、其值能唯一地標(biāo)識(shí)表中一個(gè)元組的，稱為關(guān)系的主碼或關(guān)鍵字。例如，學(xué)生的學(xué)號(hào)。主碼屬性不能取空值。外部關(guān)鍵字：或稱為外鍵，在一個(gè)關(guān)系中含有與另一個(gè)關(guān)系的關(guān)鍵字相對(duì)應(yīng)的屬性組稱為該關(guān)系的外部關(guān)鍵字。外部關(guān)鍵字取空值或?yàn)橥獠勘碇袑?duì)應(yīng)的關(guān)鍵字值。例如，在學(xué)生表中含有的所屬班級(jí)名字，是班級(jí)表中的關(guān)鍵字屬性，它是學(xué)生表中的外部關(guān)鍵字。（4）關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束：1）實(shí)體完整性約束：要求關(guān)系的主鍵中屬性值不能為空值，因?yàn)橹麈I是唯一決定元組的，如為空值則其唯一性就成為不可能的了。2）參照完整性約束：關(guān)系之間相互關(guān)聯(lián)的基本約束，不允許關(guān)系引用不存在的元組，即在關(guān)系中的外鍵要么是所關(guān)聯(lián)關(guān)系中實(shí)際存在的元組，要么為空值。3）用戶定義的完整性約束：反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語(yǔ)義要求。例如某個(gè)屬性的取值范圍在0100之間等。3、從E-R圖導(dǎo)出關(guān)系數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)的主要工作是將E-R圖轉(zhuǎn)換成指定RDBMS（關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）中的關(guān)系模式。首先，從E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換是比較直接的，實(shí)體與聯(lián)系都可以表示成關(guān)系，E-R圖中屬性也可以轉(zhuǎn)換成關(guān)系的屬性。實(shí)體集也可以轉(zhuǎn)換成關(guān)系。2.3 關(guān)系代數(shù)1、關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系是由若干個(gè)不同的元組所組成，因此關(guān)系可視為元組的集合。n元關(guān)系是一個(gè)n元有序組的集合。關(guān)系模型的基本運(yùn)算：1）插入；2）刪除；3)修改；4）查詢（包括投影、選擇、笛卡爾積運(yùn)算）。2、關(guān)系操縱關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱即是建立在關(guān)系上的數(shù)據(jù)操縱，一般有查詢、增加、刪除和修改四種操作。3、集合運(yùn)算及選擇、投影、連接運(yùn)算（1）并（）：關(guān)系R和S具有相同的關(guān)系模式，R和S的并是由屬于R或?qū)儆赟的元組構(gòu)成的集合。（2）差（）：關(guān)系R和S具有相同的關(guān)系模式，R和S的差是由屬于R但不屬于S的元組構(gòu)成的集合。（3）交（）：關(guān)系R和S具有相同的關(guān)系模式，R和S的交是由屬于R且屬于S的元組構(gòu)成的集合。（4）廣義笛卡爾積（）：設(shè)關(guān)系R和S的屬性個(gè)數(shù)分別為n、m，則R和S的廣義笛卡爾積是一個(gè)有（n+m）列的元組的集合。每個(gè)元組的前n列來(lái)自R的一個(gè)元組，后m列來(lái)自S的一個(gè)元組，記為RS。*：根據(jù)笛卡爾積的定義：有n元關(guān)系R及m元關(guān)系S，它們分別有p、q個(gè)元組，則關(guān)系R與S經(jīng)笛卡爾積記為RS，該關(guān)系是一個(gè)n+m元關(guān)系，元組個(gè)數(shù)是pq，由R與S的有序組組合而成。例：有兩個(gè)關(guān)系R和S，分別進(jìn)行并、差、交和廣義笛卡爾積運(yùn)算。（5）在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，基本的關(guān)系運(yùn)算有選擇、投影與聯(lián)接三種操作：1）選擇：選擇指的是從二維關(guān)系表的全部記錄中，把那些符合指定條件的記錄挑出來(lái)。2）投影：投影是從所有字段中選取一部分字段及其值進(jìn)行操作，它是一種縱向操作。3）聯(lián)接：聯(lián)接將兩個(gè)關(guān)系模式拼接成一個(gè)更寬的關(guān)系模式，生成的新關(guān)系中包含滿足聯(lián)接條件的元組。2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法和步驟（1）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)階段包括：需求分析、概念分析、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段都有各自的任務(wù)：1）需求分析階段：這是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的第一個(gè)階段，任務(wù)主要是收集和分析數(shù)據(jù)，這一階段收集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流圖是下一步設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。2）概念設(shè)計(jì)階段：分析數(shù)據(jù)間內(nèi)在語(yǔ)義關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上建立一個(gè)數(shù)據(jù)的抽象模型，即形成E-R圖。*：數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)的過(guò)程包括選擇局部應(yīng)用、視圖設(shè)計(jì)和視圖集成。3）邏輯設(shè)計(jì)階段：將E-R圖轉(zhuǎn)換成指定RDBMS中的關(guān)系模式。4）物理設(shè)計(jì)階段：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)作調(diào)整并選擇合理的存取路徑，以提高數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)速度及有效利用存儲(chǔ)空間。第三講 軟件工程基礎(chǔ)3.1 軟件工程基本概念1、軟件的相關(guān)概念計(jì)算機(jī)軟件是包括程序、數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔的完整集合。軟件的特點(diǎn)包括：1）軟件是一種邏輯實(shí)體，而不是物理實(shí)體，具有抽象性；2）軟件的生產(chǎn)與硬件不同，它沒(méi)有明顯的制作過(guò)程；3）軟件在運(yùn)行、使用期間不存在磨損、老化問(wèn)題；4）軟件的開(kāi)發(fā)、運(yùn)行對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有依賴性，受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的限制，這導(dǎo)致了軟件移植的問(wèn)題；5）軟件復(fù)雜性高，成本昂貴；6）軟件開(kāi)發(fā)涉及諸多的社會(huì)因素。2、軟件危機(jī)與軟件工程軟件工程源自軟件危機(jī)。所謂軟件危機(jī)是泛指在計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)和維護(hù)過(guò)程中所遇到的一系列嚴(yán)重問(wèn)題。具體的說(shuō)，在軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)過(guò)程中，軟件危機(jī)主要表現(xiàn)在：1）軟件需求的增長(zhǎng)得不到滿足。用戶對(duì)系統(tǒng)不滿意的情況經(jīng)常發(fā)生。2）軟件開(kāi)發(fā)成本和進(jìn)度無(wú)法控制。開(kāi)發(fā)成本超出預(yù)算，開(kāi)發(fā)周期大大超過(guò)規(guī)定日期的情況經(jīng)常發(fā)生。3）軟件質(zhì)量難以保證。4）軟件不可維護(hù)或維護(hù)程度非常低。5）軟件的成本不斷提高。6）軟件開(kāi)發(fā)生產(chǎn)率的提高跟不上硬件的發(fā)展和應(yīng)用需求的增長(zhǎng)?？傊?，可以將軟件危機(jī)可以歸結(jié)為成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率等問(wèn)題。軟件工程是應(yīng)用于計(jì)算機(jī)軟件的定義、開(kāi)發(fā)和維護(hù)的一整套方法、工具、文檔、實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)和工序。軟件工程的目的就是要建造一個(gè)優(yōu)良的軟件系統(tǒng)，它所包含的內(nèi)容概括為以下兩點(diǎn)：1）軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，主要有軟件開(kāi)發(fā)方法學(xué)、軟件工具、軟件工程環(huán)境。2）軟件工程管理，主要有軟件管理、軟件工程經(jīng)濟(jì)學(xué)。軟件工程的主要思想是將工程化原則運(yùn)用到軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，它包括3個(gè)要素：方法、工具和過(guò)程。方法是完成軟件工程項(xiàng)目的技術(shù)手段；工具是支持軟件的開(kāi)發(fā)、管理、文檔生成；過(guò)程支持軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)的控制、管理。軟件工程過(guò)程是把輸入轉(zhuǎn)化為輸出的一組彼此相關(guān)的資源和活動(dòng)。3、軟件生命周期軟件生命周期：軟件產(chǎn)品從提出、實(shí)現(xiàn)、使用維護(hù)到停止使用退役的過(guò)程。軟件生命周期分為軟件定義、軟件開(kāi)發(fā)及軟件運(yùn)行維護(hù)三個(gè)階段：1）軟件定義階段：包括制定計(jì)劃和需求分析。制定計(jì)劃：確定總目標(biāo)；可行性研究；探討解決方案；制定開(kāi)發(fā)計(jì)劃。需求分析：對(duì)待開(kāi)發(fā)軟件提出的需求進(jìn)行分析并給出詳細(xì)的定義。2）軟件開(kāi)發(fā)階段：軟件設(shè)計(jì)：分為概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。軟件實(shí)現(xiàn)：把軟件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的程序代碼。軟件測(cè)試：在設(shè)計(jì)測(cè)試用例的基礎(chǔ)上檢驗(yàn)軟件的各個(gè)組成部分。3）軟件運(yùn)行維護(hù)階段：軟件投入運(yùn)行，并在使用中不斷地維護(hù)，進(jìn)行必要的擴(kuò)充和刪改。*：軟件生命周期中所花費(fèi)最多的階段是軟件運(yùn)行維護(hù)階段。4、軟件工程的目標(biāo)和與原則（1）軟件工程目標(biāo)：在給定成本、進(jìn)度的前提下，開(kāi)發(fā)出具有有效性、可靠性、可理解性、可維護(hù)性、可重用性、可適應(yīng)性、可移植性、可追蹤性和可互操作性且滿足用戶需求的產(chǎn)品。（2）軟件工程需要達(dá)到的基本目標(biāo)應(yīng)是：付出較低的開(kāi)發(fā)成本；達(dá)到要求的軟件功能；取得較好的軟件性能；開(kāi)發(fā)的軟件易于移植；需要較低的維護(hù)費(fèi)用；能按時(shí)完成開(kāi)發(fā)，及時(shí)交付使用。（3）軟件工程原則：抽象、信息隱蔽、模塊化、局部化、確定性、一致性、完備性和可驗(yàn)證性。1)抽象：抽象是事物最基本的特性和行為，忽略非本質(zhì)細(xì)節(jié)，采用分層次抽象，自頂向下，逐層細(xì)化的辦法控制軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的復(fù)雜性。2）信息隱蔽：采用封裝技術(shù)，將程序模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)隱蔽起來(lái)，使模塊接口盡量簡(jiǎn)單。3）模塊化：模塊是程序中相對(duì)獨(dú)立的成分，一個(gè)獨(dú)立的編程單位，應(yīng)有良好的接口定義。模塊的大小要適中，模塊過(guò)大會(huì)使模塊內(nèi)部的復(fù)雜性增加，不利于模塊的理解和修改，也不利于模塊的調(diào)試和重用；模塊太小會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)表示過(guò)于復(fù)雜，不利于控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。4）局部化：保證模塊間具有松散的耦合關(guān)系，模塊內(nèi)部有較強(qiáng)的內(nèi)聚性。5）確定性：軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中所有概念的表達(dá)應(yīng)是確定、無(wú)歧義且規(guī)范的。6）一致性：程序內(nèi)外部接口應(yīng)保持一致，系統(tǒng)規(guī)格說(shuō)明與系統(tǒng)行為應(yīng)保持一致。7）完備性：軟件系統(tǒng)不丟失任何重要成分，完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能。8）可驗(yàn)證性：應(yīng)遵循容易檢查、測(cè)評(píng)、評(píng)審的原則，以確保系統(tǒng)的正確性。5、軟件開(kāi)發(fā)工具與軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境(1)軟件開(kāi)發(fā)工具軟件開(kāi)發(fā)工具的完善和發(fā)展將促使軟件開(kāi)發(fā)方法的進(jìn)步和完善，促進(jìn)軟件開(kāi)發(fā)的高速度和高質(zhì)量。軟件開(kāi)發(fā)工具的發(fā)展是從單項(xiàng)工具的開(kāi)發(fā)逐步向集成工具發(fā)展的，軟件開(kāi)發(fā)工具為軟件工程方法提供了自動(dòng)的或半自動(dòng)的軟件支撐環(huán)境。同時(shí)，軟件開(kāi)發(fā)方法的有效應(yīng)用也必須得到相應(yīng)工具的支持，否則方法將難以有效的實(shí)施。（2）軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境（或稱軟件工程環(huán)境）是全面支持軟件開(kāi)發(fā)全過(guò)程的軟件工具集合。計(jì)算機(jī)輔助軟件工程（CASE，Computer Aided Software Engineering）將各種軟件工具、開(kāi)發(fā)機(jī)器和一個(gè)存放開(kāi)發(fā)過(guò)程信息的中心數(shù)據(jù)庫(kù)組合起來(lái)，形成軟件工程環(huán)境。它將極大降低軟件開(kāi)發(fā)的技術(shù)難度并保證軟件開(kāi)發(fā)的質(zhì)量。3.2 結(jié)構(gòu)化分析方法結(jié)構(gòu)化方法的核心和基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)理論。1、需求分析需求分析方法有：1）結(jié)構(gòu)化需求分析方法；2）面向?qū)ο蟮姆治龇椒ā?：需求分析的任務(wù)就是導(dǎo)出目標(biāo)系統(tǒng)的邏輯模型，解決“做什么”的問(wèn)題。*：需求分析一般分為需求獲取、需求分析、編寫(xiě)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)和需求評(píng)審四個(gè)步驟進(jìn)行。2、結(jié)構(gòu)化分析方法結(jié)構(gòu)化分析方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)理論在軟件需求分析階段的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化分析方法的實(shí)質(zhì)：著眼于數(shù)據(jù)流，自頂向下，逐層分解，建立系統(tǒng)的處理流程，以數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典為主要工具，建立系統(tǒng)的邏輯模型。結(jié)構(gòu)化分析的常用工具：1）數(shù)據(jù)流圖（DFD）；2）數(shù)據(jù)字典（DD）；3）判定樹(shù)；4）判定表。數(shù)據(jù)流圖以圖形的方式描繪數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動(dòng)和處理的過(guò)程，它反映了系統(tǒng)必須完成的邏輯功能，是結(jié)構(gòu)化分析方法中用于表示系統(tǒng)邏輯模型的一種工具。上圖是數(shù)據(jù)流圖的基本圖形元素：加工（轉(zhuǎn)換）：輸入數(shù)據(jù)經(jīng)加工變換產(chǎn)生輸出。數(shù)據(jù)流：沿箭頭方向傳送數(shù)據(jù)的通道，一般在旁邊標(biāo)注數(shù)據(jù)流名。存儲(chǔ)文件（數(shù)據(jù)源）：表示處理過(guò)程中存放各種數(shù)據(jù)的文件。源，潭：表示系統(tǒng)和環(huán)境的接口，屬系統(tǒng)之外的實(shí)體。畫(huà)數(shù)據(jù)流圖的基本步驟：自外向內(nèi)，自頂向下，逐層細(xì)化，完善求精。下圖是一個(gè)數(shù)據(jù)流圖的示例：數(shù)據(jù)字典：對(duì)所有與系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)元素的一個(gè)有組織的列表，以及精確的、嚴(yán)格的定義，使得用戶和系統(tǒng)分析員對(duì)于輸入、輸出、存儲(chǔ)成分和中間計(jì)算結(jié)果有共同的理解。*：數(shù)據(jù)字典的作用是對(duì)數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的被命名的圖形元素的確切解釋。*：數(shù)據(jù)字典是結(jié)構(gòu)化分析方法的核心。3、軟件需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)（SRS）軟件需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)是需求分析階段的最后成果，通過(guò)建立完整的信息描述、詳細(xì)的功能和行為描述、性能需求和設(shè)計(jì)約束的說(shuō)明、合適的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，給出對(duì)目標(biāo)軟件的各種需求。3.3 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法1、軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)*：需求分析主要解決“做什么”的問(wèn)題，而軟件設(shè)計(jì)主要解決“怎么做”的問(wèn)題。從技術(shù)觀點(diǎn)來(lái)看，軟件設(shè)計(jì)包括軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)、過(guò)程設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：定義軟件系統(tǒng)各主要部件之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)：將分析時(shí)創(chuàng)建的模型轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。接口設(shè)計(jì)：描述軟件內(nèi)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(guò)程設(shè)計(jì)：把系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)換成軟件的過(guò)程性描述。從工程角度來(lái)看，軟件設(shè)計(jì)分兩步完成，即概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。概要設(shè)計(jì)：又稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將軟件需求轉(zhuǎn)化為軟件體系結(jié)構(gòu)，確定系統(tǒng)級(jí)接口、全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)庫(kù)模式。詳細(xì)設(shè)計(jì)：確定每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用適當(dāng)方法表示算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。軟件設(shè)計(jì)的基本原理包括：抽象、模塊化、信息隱蔽和模塊獨(dú)立性。1）抽象。抽象是一種思維工具，就是把事物本質(zhì)的共同特性提取出來(lái)而不考慮其他細(xì)節(jié)。2）模塊化。解決一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)自頂向下逐步把軟件系統(tǒng)劃分成一個(gè)個(gè)較小的、相對(duì)獨(dú)立但又不相互關(guān)聯(lián)的模塊的過(guò)程。3）信息隱蔽。每個(gè)模塊的實(shí)施細(xì)節(jié)對(duì)于其他模塊來(lái)說(shuō)是隱蔽的。4）模塊獨(dú)立性。軟件系統(tǒng)中每個(gè)模塊只涉及軟件要求的具體的子功能，而和軟件系統(tǒng)中其他的模塊的接口是簡(jiǎn)單的。*：模塊分解的主要指導(dǎo)思想是信息隱蔽和模塊獨(dú)立性。模塊的耦合性和內(nèi)聚性是衡量軟件的模塊獨(dú)立性的兩個(gè)定性指標(biāo)。內(nèi)聚性：是一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素間彼此結(jié)合的緊密程度的度量。*：按內(nèi)聚性由弱到強(qiáng)排列，內(nèi)聚可以分為以下幾種：偶然內(nèi)聚、邏輯內(nèi)聚、時(shí)間內(nèi)聚、過(guò)程內(nèi)聚、通信內(nèi)聚、順序內(nèi)聚及功能內(nèi)聚。耦合性：是模塊間互相連接的緊密程度的度量。*：按耦合性由高到低排列，耦合可以分為以下幾種：內(nèi)容耦合、公共耦合、外部耦合、控制耦合、標(biāo)記耦合、數(shù)據(jù)耦合以及非直接耦合。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的軟件系統(tǒng)應(yīng)具有高內(nèi)聚、低耦合的特征。在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)中，模塊劃分的原則是：模塊內(nèi)具有高內(nèi)聚度，模塊間具有低耦合度。2、總體設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)）和詳細(xì)設(shè)計(jì)（1）總體設(shè)計(jì)（概要設(shè)計(jì)）軟件概要設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是：1）設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)；3）編寫(xiě)概要設(shè)計(jì)文檔；4）概要設(shè)計(jì)文檔評(píng)審。常用的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具是結(jié)構(gòu)圖，也稱程序結(jié)構(gòu)圖。程序結(jié)構(gòu)圖的基本圖符：模塊用一個(gè)矩形表示，箭頭表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。在結(jié)構(gòu)圖中還可以用帶注釋的箭頭表示模塊調(diào)用過(guò)程中來(lái)回傳遞的信息。還可用帶實(shí)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(shù)據(jù)信息。經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)圖有四種模塊類型：傳入模塊、傳出模塊、變換模塊和協(xié)調(diào)模塊。其表示形式如下圖：它們的含義分別是：傳入模塊：從下屬模塊取得數(shù)據(jù)，經(jīng)處理再將其傳送給上級(jí)模塊。傳出模塊：從上級(jí)模塊取得數(shù)據(jù)，經(jīng)處理再將其傳送給下屬模塊。變換模塊：從上級(jí)模塊取得數(shù)據(jù)，進(jìn)行特定的處理，轉(zhuǎn)換成其他形式，再傳送給上級(jí)模塊。協(xié)調(diào)模塊：對(duì)所有下屬模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理的模塊。程序結(jié)構(gòu)圖的例圖及有關(guān)術(shù)語(yǔ)列舉如下：深度：表示控制的層數(shù)。上級(jí)模塊、從屬模塊：上、下兩層模塊a和b，且有a調(diào)用b，則a是上級(jí)模塊，b是從屬模塊。寬度：整體控制跨度（最大模塊數(shù)的層）的表示。扇入：調(diào)用一個(gè)給定模塊的模塊個(gè)數(shù)。扇出：一個(gè)模塊直接調(diào)用的其他模塊數(shù)。原子模塊：樹(shù)中位于葉子結(jié)點(diǎn)的模塊。面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法定義了一些不同的映射方法，利用這些方法可以把數(shù)據(jù)流圖變換成結(jié)構(gòu)圖表示軟件的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)流的類型：大體可以分為兩種類型，變換型和事務(wù)型。A、變換型：變換型數(shù)據(jù)處理問(wèn)題的工作過(guò)程大致分為三步，即取得數(shù)據(jù)、變換數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。變換型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由輸入、中心變換、輸出三部分組成。B、事務(wù)型：事務(wù)型數(shù)據(jù)處理問(wèn)題的工作機(jī)理是接受一項(xiàng)事務(wù)，根據(jù)事務(wù)處理的特點(diǎn)和性質(zhì)，選擇分派一個(gè)適當(dāng)?shù)奶幚韱卧缓蠼o出結(jié)果。（2）詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)是為軟件結(jié)構(gòu)圖中的每一個(gè)模塊確定實(shí)現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用某種選定的表達(dá)工具表示算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。*：詳細(xì)設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定實(shí)現(xiàn)算法和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不同于編碼或編程。常用的過(guò)程設(shè)計(jì)（即詳細(xì)設(shè)計(jì)）工具有以下幾種：圖形工具：程序流程圖、N-S（方盒圖）、PAD（問(wèn)題分析圖）和HIPO（層次圖+輸入/處理/輸出圖）。表格工具：判定表。語(yǔ)言工具：PDL（偽碼）3.4 軟件測(cè)試1、軟件測(cè)試定義：使用人工或自動(dòng)手段來(lái)運(yùn)行或測(cè)定某個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，其目的在于檢驗(yàn)它是否滿足規(guī)定的需求或是弄清預(yù)期結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間的差別。*：軟件測(cè)試的目的：盡可能地多發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤，不能也不可能證明程序沒(méi)有錯(cuò)誤。軟件測(cè)試的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)測(cè)試用例，一個(gè)好的測(cè)試用例能找到迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。2、軟件測(cè)試方法：靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試。靜態(tài)測(cè)試：包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量。不實(shí)際運(yùn)行軟件，主要通過(guò)人工進(jìn)行。動(dòng)態(tài)測(cè)試：是基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試，主要包括白盒測(cè)試方法和黑盒測(cè)試方法。（1）白盒測(cè)試白盒測(cè)試方法也稱為結(jié)構(gòu)測(cè)試或邏輯驅(qū)動(dòng)測(cè)試。它是根據(jù)軟件產(chǎn)品的內(nèi)部工作過(guò)程，檢查內(nèi)部成分，以確認(rèn)每種內(nèi)部操作符合設(shè)計(jì)規(guī)格要求。白盒測(cè)試的基本原則：保證所測(cè)模塊中每一獨(dú)立路徑至少執(zhí)行一次；保證所測(cè)模塊所有判斷的每一分支至少執(zhí)行一次；保證所測(cè)模塊每一循環(huán)都在邊界條件和一般條件