数据结构与算法学习路径

专为计算机学院大一新生定制的交互式学习大纲 (主攻 C 语言)

大纲概览

本学习路径将数据结构与算法的知识体系划分为三个核心阶段。下面的图表展示了每个阶段包含的学习模块数量,助您直观了解学习任务的分布。点击左侧导航或向下滚动,开始您的学习之旅吧!

阶段一:基础与线性结构

这是学习数据结构的起点。本阶段将重点掌握最基本、最常用的线性数据结构,并建立算法效率分析的核心思想。熟练运用 C 语言的指针和内存管理是学好本章的关键。点击下方的卡片查看每个模块的详细学习要点。

1. 基本概念与分析

核心知识点:

时间复杂度 ($O(n)$) 与空间复杂度的分析与计算。

刷题/实践重点:

尝试分析简单循环和递归的时间复杂度。

2. 数组 (Array)

核心知识点:

数组的定义、内存分配和基本操作。动态数组(如 `malloc` 和 `realloc` 的应用)。

刷题/实践重点:

简单数组操作题、二分查找(在有序数组中)。

3. 链表 (Linked List)

核心知识点:

单向链表:定义、节点结构、插入、删除、遍历。C 语言中的结构体 (`struct`) 和指针 (`*`) 的熟练应用。

刷题/实践重点:

实现链表的反转、节点的删除、链表中环的检测。

4. 栈 (Stack)

核心知识点:

栈的基本概念(LIFO:后进先出)。基于数组和基于链表的两种实现。

刷题/实践重点:

括号匹配问题、表达式求值(中缀转后缀)。

5. 队列 (Queue)

核心知识点:

队列的基本概念(FIFO:先进先出)。循环队列(数组实现的关键)。

刷题/实践重点:

广度优先搜索 (BFS) 的简单应用(用队列实现)。

阶段二:树与非线性结构

在掌握了线性结构后,我们将进入更复杂的非线性世界。本阶段的核心是理解树形结构,特别是二叉树及其各种操作。递归思想在这里将被频繁使用。同时,我们将学习哈希表这一极其高效的数据结构。

6. 树的基本概念

核心知识点:

树的定义、度、深度、节点等概念。二叉树的定义与性质。

刷题/实践重点:

理解树和二叉树的区别。

7. 二叉树的遍历

核心知识点:

前序、中序、后序遍历(递归和非递归实现)。层次遍历(利用队列)。

刷题/实践重点:

实现二叉树的各种遍历。计算树的深度。

8. 查找树

核心知识点:

二叉搜索树 (BST):定义、插入、删除、查找操作。平衡查找树(了解 AVL 或红黑树)。

刷题/实践重点:

实现 BST 的基本操作。

9. 堆 (Heap)

核心知识点:

堆的定义(大顶堆 / 小顶堆)。基于数组的完全二叉树实现。堆化 (Heapify) 操作。

刷题/实践重点:

优先级队列的实现。Top K 问题。

10. 哈希表 (Hash Table)

核心知识点:

哈希函数的设计思想。哈希冲突的解决方式(链地址法等)。

刷题/实践重点:

两数之和等需要快速查找的题目。

阶段三:算法核心与高级结构

这是从“数据结构”向“算法”思想的全面进阶。本阶段将系统学习各类经典排序算法、图结构及其相关算法,并深入探索动态规划、贪心等高级算法设计策略。这部分内容是面试和解决复杂问题的核心竞争力所在。

11. 排序算法 (Sorting)

核心知识点:

高效排序:快速排序、归并排序、堆排序的 C 语言实现与性能分析。

刷题/实践重点:

实现所有主要排序算法。

12. 图 (Graph)

核心知识点:

存储方式:邻接矩阵、邻接表。图的遍历:深度优先搜索 (DFS)、广度优先搜索 (BFS)。

刷题/实践重点:

图的连通性判断、迷宫问题 (DFS/BFS)。

13. 图算法

核心知识点:

最小生成树 (Prim/Kruskal)。最短路径 (Dijkstra/Floyd-Warshall)。

刷题/实践重点:

实现一个简单的最短路径算法。

14. 动态规划 (DP)

核心知识点:

动态规划的思想(最优子结构、重叠子问题)。经典 DP 模型:背包问题、最长公共子序列。

刷题/实践重点:

解决中等难度的背包、子序列问题。

15. 贪心算法 (Greedy)

核心知识点:

贪心算法的特点与适用条件。

刷题/实践重点:

解决简单的找零或活动选择问题。

16. 回溯与分支限界

核心知识点:

回溯法的基本思想(用于搜索解空间)。经典问题:N 皇后。

刷题/实践重点:

用 C 语言实现 N 皇后问题。