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目录课程概述课程简介、教学团队、学生要求、课程目标知识体系课程框架、三大章节内容、知识结构教学活动互动环节、案例分析、小组任务、实操模板考核评价作业展示、过程评价、成绩评定、学习资源

课程简介基本信息课程名称高级数据结构与算法课程代码CS3021学分4学分（3学时理论+2学时实验）授课学期2023-2024学年第一学期授课教师张明教授（计算机科学与技术学院）先修课程程序设计基础、离散数学课程定位与目标本课程是计算机科学与技术专业的核心课程，旨在培养学生掌握高级数据结构设计与分析能力，理解算法复杂度评估方法，为后续专业课程和实际工程问题解决奠定基础。通过本课程学习，学生将能够：系统掌握常用高级数据结构的实现原理培养算法设计与分析的思维能力提升解决复杂计算问题的能力

教学团队介绍张明教授主讲教师计算机科学博士（清华大学）研究方向：算法设计与分析、人工智能教学经验：15年高校教学经验邮箱：zhangming@办公室：计算机楼A305李华副教授理论课助教计算机应用技术博士（北京大学）研究方向：数据挖掘、计算复杂性教学经验：8年教学与科研经验邮箱：lihua@办公室：计算机楼B208王强博士研究生实验课助教计算机科学在读博士研究方向：图算法、并行计算实践经验：曾在华为研究院实习邮箱：wangqiang@办公室：计算机楼C105（实验室）

学生要求与分班说明学生基础要求已修读并通过《程序设计基础》（C/C++/Java任一语言）掌握基本的数据结构概念（数组、链表、栈、队列等）具备基础的算法分析能力和数学思维能够独立完成简单的程序设计任务具有良好的自主学习能力和团队协作精神如您对自己的基础知识有疑虑，建议在选课前咨询任课教师或助教，以确保能够跟上课程进度。分班原则与安排本课程分为理论课和实验课两部分：班级人数上限上课时间上课地点理论班A60人周一8:00-9:35主楼302理论班B60人周一10:00-11:35主楼302实验班130人周三14:00-15:35实验楼501实验班230人周三16:00-17:35实验楼501实验班330人周四14:00-15:35实验楼501实验班430人周四16:00-17:35实验楼501

课程目标与学习成果1知识层2能力层3应用层知识目标理解高级数据结构的概念与特性掌握经典算法的设计思想与实现方法了解算法复杂度分析的数学基础认识不同数据结构在实际应用中的优缺点能力目标能够根据问题特点选择合适的数据结构能够分析算法的时间与空间复杂度能够设计并实现基本的高级数据结构能够优化算法提高程序运行效率应用目标能够解决中等难度的算法问题能够在实际项目中应用所学知识具备参与算法竞赛的基本能力为后续课程和科研工作奠定基础

课程内容总览第一章：高级树结构平衡二叉树、红黑树、B树族、Trie树等树形数据结构的原理与实现第二章：图论算法图的表示与遍历、最短路径算法、最小生成树、网络流等经典图论算法第三章：高级有哪些信誉好的足球投注网站与优化启发式有哪些信誉好的足球投注网站、动态规划、贪心算法、回溯与分支限界等优化算法设计

知识体系：第一章主题高级树结构主要知识点二叉有哪些信誉好的足球投注网站树的局限性与优化方向AVL树的平衡机制与旋转操作红黑树的性质与自平衡策略B树、B+树在数据库系统中的应用Trie树与字符串处理哈夫曼树与数据压缩树形结构的时间复杂度分析与对比本章难点提示重点关注红黑树的插入与删除操作中的颜色调整与旋转B树族中节点分裂与合并的处理逻辑不同树结构在实际应用场景中的选择依据本章内容是算法设计的基础，也是面试中的高频考点。建议学生：动手实现每种树结构的基本操作通过可视化工具辅助理解树的平衡过程

第一章重点讲解页红黑树的核心概念与平衡原理红黑树定义红黑树是一种自平衡的二叉有哪些信誉好的足球投注网站树，通过节点着色和特定规则保持平衡，具有良好的最坏情况性能保证。红黑树五大性质每个节点要么是红色，要么是黑色根节点必须是黑色所有叶子节点（NIL节点）都是黑色如果一个节点是红色，则其两个子节点都是黑色从任一节点到其每个叶子节点的路径上，黑色节点数量相同关键操作与平衡维护红黑树的平衡通过重新着色和旋转操作来维护：插入操作步骤按BST规则插入节点并着为红色如违反性质，通过变色和旋转修复案例分析：插入导致的双红缺陷处理应用场景Java中的TreeMap和TreeSetLinux内核中的进程调度数据库索引的实现

第一章知识结构图高级树结构关系图平衡二叉树通过旋转操作保持树的平衡，降低高度AVL树：严格平衡，适合查询频繁的场景红黑树：适度平衡，维护成本低多路有哪些信誉好的足球投注网站树每个节点可以有多个子节点，降低树高B树：适合磁盘存储B+树：叶节点链接，适合范围查询B*树：高节点利用率特殊用途树针对特定应用场景优化的树结构Trie树：前缀匹配，字符串检索后缀树：文本索引与模式匹配四叉树/八叉树：空间划分