2021-2022-1学期20212416《网络空间安全专业导论》第四周学习总结

=Chapter 8抽象数据类型和子程序=

抽象数据类型

• 属性（数据和操作）明确地与特定实现分离的容器
• 数据结构：一种抽象数据类型中的符合数据域的实现
• 容器：存放和操作其他对象的对象

栈

• 栈是一种抽象复合结构，只能从一端访问栈中的元素，OR删除的项总是在栈中时间最短的项目
• 插入Push
• 删除Pop

队列

• 概念：插入操作在队列的尾部进行，删除在队列的头部进行OR删除的总是在队列中时间最长的项目
• 术语：
  • 插入：Enqueue/Enque/Enq/Enter/Insert
  • 删除：Dequene/Deque/Deq/Delete/Remove

列表

• 属性：项目是同构的，项目是线性的，列表是变长的
• 操作：
  • 插入Insert
  • 删除Delete
  • 检索是否存在IsThere
  • 报告列表中的项目数GetLength
  • 允许用户查看序列中的每一项Resert、GetNext、MoreItems
• 因为项目可以被删除和检索，所以列表中的项目必须能够相互比较
• 链式结构：一个将数据项和找到下一项位置的信息保存到同一容器的实现方法
• 无序列表的顺序不重要，项目只是随意地被放入其中；有序列表中，项目之间具有语义关系

树

二叉树

• 二叉树是一种抽象结构，其中每个节点可以有两个后继节点，叫做子女；树的头部是一个起始节点，叫作根；子节点在左边称为左子女，右边类比；根节点和每个节点之间都有且只有一条路径
• 叶节点：没有子女的树节点

二叉检索树

• 树类似于一个无序列表，二叉检索树就像已排序的列表
• 特点：任何节点的值都要大于它的左子树中的所有节点的值，并且要小于它的右子树中的所有节点的值

在二叉检索树中搜索

• 如果current指向一个节点，那么info（current）指的就是这个节点中的用户数据，left（current）指向的是current的左子树的根节点，right（current）指向的是current的右子树的根节点。null是一个特殊值，说明指针指向空值。
• 该算法的参数是要搜索的项目和数（子树）的根节点
• 每次比较操作，不是找到了要搜索的项目，就是把树减小了一半
• 二叉检索树的搜索效率与树的形状有直接关系，树的形状是由项目插入树的顺序决定的

构造二叉检索树

• 如果在搜索路径中没有找到要找的项目，那么最后达到的就是这个项目应该在的位置

输出二叉检索树中的数

• 要输出根的值，必须先输出它的左子树中的所有值，输出了根的值后，还必须输出它的右子树中的所有值。输出左右子树中的值也一样。

其他操作

• Length：计算树中的节点数

图

• 概念
  • 图：由一组节点和一组把节点相互连接起来的边构成的数据结构
  • 顶点：图中的节点
  • 边（弧）：表示图中的两个节点的连接的顶点对
  • 无向图：其中的边没有方向的图
  • 有向图：其中的边是从一个顶点指向另一个顶点（或同一个顶点的图）
  • 邻顶点：通过边连接起来的两个顶点
  • 路径：连接图中两个顶点的一系列顶点

创建图

• 不被纳入检索过程的算法是没有固定语义的，但在图中定义的算法可以解决实际的问题
• 创建一个表格的操作
  • 在表格中添加一个顶点
  • 在表格中添加一条边
  • 在表格中添加一个权值

图算法

• 深度优先搜索：当我们试图在两个顶点间寻找路径时，用栈来存储访问的顶点。用深度优先搜索来检查第一个与起点相邻的顶点。如果它是终点，则搜索结束。否则，检查所有与第一个顶点相邻的顶点。 同时我们需要存储其他和起点相邻的顶点，如果不存在从 与起点相邻的第一个顶点出发的路径，那么我们回到顶点，继续尝试第二个顶点、第三个顶点……
• 一旦我们把一个顶点的所有相邻顶点都放到栈内，就标记这个点为访问过。

广度优先搜索------------恢复内容开始------------

老师，真的很抱歉，时间紧迫，我只写了这么多……
=Chapter 8抽象数据类型和子程序=

抽象数据类型

• 属性（数据和操作）明确地与特定实现分离的容器
• 数据结构：一种抽象数据类型中的符合数据域的实现
• 容器：存放和操作其他对象的对象

栈

• 栈是一种抽象复合结构，只能从一端访问栈中的元素，OR删除的项总是在栈中时间最短的项目
• 插入Push
• 删除Pop

队列

• 概念：插入操作在队列的尾部进行，删除在队列的头部进行OR删除的总是在队列中时间最长的项目
• 术语：
  • 插入：Enqueue/Enque/Enq/Enter/Insert
  • 删除：Dequene/Deque/Deq/Delete/Remove

列表

• 属性：项目是同构的，项目是线性的，列表是变长的
• 操作：
  • 插入Insert
  • 删除Delete
  • 检索是否存在IsThere
  • 报告列表中的项目数GetLength
  • 允许用户查看序列中的每一项Resert、GetNext、MoreItems
• 因为项目可以被删除和检索，所以列表中的项目必须能够相互比较
• 链式结构：一个将数据项和找到下一项位置的信息保存到同一容器的实现方法
• 无序列表的顺序不重要，项目只是随意地被放入其中；有序列表中，项目之间具有语义关系

树

二叉树

• 二叉树是一种抽象结构，其中每个节点可以有两个后继节点，叫做子女；树的头部是一个起始节点，叫作根；子节点在左边称为左子女，右边类比；根节点和每个节点之间都有且只有一条路径
• 叶节点：没有子女的树节点

二叉检索树

• 树类似于一个无序列表，二叉检索树就像已排序的列表
• 特点：任何节点的值都要大于它的左子树中的所有节点的值，并且要小于它的右子树中的所有节点的值

在二叉检索树中搜索

• 如果current指向一个节点，那么info（current）指的就是这个节点中的用户数据，left（current）指向的是current的左子树的根节点，right（current）指向的是current的右子树的根节点。null是一个特殊值，说明指针指向空值。
• 该算法的参数是要搜索的项目和数（子树）的根节点
• 每次比较操作，不是找到了要搜索的项目，就是把树减小了一半
• 二叉检索树的搜索效率与树的形状有直接关系，树的形状是由项目插入树的顺序决定的

构造二叉检索树

• 如果在搜索路径中没有找到要找的项目，那么最后达到的就是这个项目应该在的位置

输出二叉检索树中的数

• 要输出根的值，必须先输出它的左子树中的所有值，输出了根的值后，还必须输出它的右子树中的所有值。输出左右子树中的值也一样。

其他操作

• Length：计算树中的节点数

图

• 概念
  • 图：由一组节点和一组把节点相互连接起来的边构成的数据结构
  • 顶点：图中的节点
  • 边（弧）：表示图中的两个节点的连接的顶点对
  • 无向图：其中的边没有方向的图
  • 有向图：其中的边是从一个顶点指向另一个顶点（或同一个顶点的图）
  • 邻顶点：通过边连接起来的两个顶点
  • 路径：连接图中两个顶点的一系列顶点

创建图

• 不被纳入检索过程的算法是没有固定语义的，但在图中定义的算法可以解决实际的问题
• 创建一个表格的操作
  • 在表格中添加一个顶点
  • 在表格中添加一条边
  • 在表格中添加一个权值

图算法

• 深度优先搜索(寻找最喜爱的路线)：
  • 当我们试图在两个顶点间寻找路径时，用栈来存储访问的顶点
  • 每经过一个顶点，就在其相邻的点中挑选最喜欢的作为下一个想要访问的
  • 一旦我们把一个顶点的所有相邻顶点都放到栈内，就标记这个点为访问过。
• 广度优先搜索(寻找停留次数最少路线)：
  • 采用队列来保存元素顺序
  • 不断地把每个经过的顶点周围可直达的城市（除了已访问过的）压入队列，直到目的终点被压入队列
• 单源最短路搜索

子程序

• 许多子程序都是高级语言或语言附带库的一部分
• 调用子程序：查询子程序的名字

参数传递

• 概念
  • 参数列表：程序中两部分之间的通信机制
  • 形参：列在子程序名后的括号中的标识符
  • 实参：子程序调用中列在括号中的标识符
  • 子程序中的动作用形参定义，当动作执行时，实参将逐个代替形参，最常见的是根据位置进行替代。
  • 调用子程序时传递的实参个数必须与子程序定义中的形参个数相同。

值参与引用参数

• 概念
  • 值参：由调用单元传入实参的副本（写在留言板上）的形参，通过值
  • 引用参数：由调用单元传入实参的地址（写在留言板上）的形参,通过引用（地址）
• 有返回值的子程序： RETURN IsThere子程序
• 无返回值的子程序：Delete Insert子程序
  • 不返回特定的值，但它们确实通过参数返回了改变的列表

Chapter9 面向对象设计与高级程序设计语言

面向对象方法

• 自顶向下设计的重点就是任务，而面向对象设计的重点是对象以及它们在问题中的交互

面向对象

• 概念
  • 对象：在问题中相关的事物或实体
  • 对象类或类：一组具有相似的属性和行为的对象的描述
  • 字段：表示类的属性
  • 方法：定义了类的一种行为的特定算法

设计方法

• 头脑风暴：一种集体问题求解的方法，包括集体中每个成员的自由发言
• 过滤：根据头脑风暴生成的暂时的类列表，确定问题中的核心类，把重复、多余的筛掉。
• 场景：给每个类分配责任，最终，责任会被实现为子程序
  • 重点在于“任务是什么”而非“如何执行它”
  • 封装：把数据和动作集中在一起，使动作和数据的逻辑属性和实现细节分离。封装是抽象的关键。
  • 责任的命名规则通常是get加数据名，GetName
  • 行为的责任与自顶向下的区别：对象只得到消息因为其知道自己的数据
    对象作为参数传递
• 责任算法：
  • 一般算法都相当短
  • 自顶向下设计算法的方法通常也适用于设计动作责任算法
• 总结：Grady Booch:"如果要编写程序性的代码，就用下划线标出动词，如果要编写面向对象的程序，请标出名词。”

示例

• 问题
• 头脑风暴和过滤
  • 利用问题陈述中的动词，可以顺利地设计出责任
  • 以一个类创建CRC卡：
    • 要注明它大部分是用类库中的类实现的
    • 按照惯例，当一个类达到CRC的阶段，类名以大写字母开头
• 责任算法
  • 调用子程序的方法：对象名加点号再加要调用的方法
    -面向对象设计所创建的一些类可适用于其他背景，因为每个类都是自我约束的， 可复用性是面向对象设计的一大优点。

翻译过程

编译器

• 概念：把用高级语言写成的程序翻译成机器码的程序
• 编译器是一种程序，要编译一个程序，就必须具有这个编译器在特定机器上的机器码版本

解释器

• 翻译并立即运行
• Java
  • 可移植性是最重要的特性
  • 字节码：编译Java源代码使用的标准机器语言
  • Java编译器输出的程序将被解释，而不是直接被执行
  • Java程序总是被翻译成字节码，还有一些语言的编译器是把语言翻译成字节码而不是机器码，如Ada编译器

程序设计语言范型

命令式范型

• 包括FORTRAN/BASIC/C/Pascal/C++
• 面向过程的范型：一个程序是子程序分层次构成的，每一层执行整个问题求解的一个必要的特定任务
• 面向对象的范型：数据对象是活跃的，对象和操作对象的代码绑定在一起，使得每个对象负责控制自己的操作 如SIMULA/Smalltalk、Java/C++

声明式范型

• 是一个描述结果的模型，但完成结果的过程则不被描述
• 函数式模型
  • 计算通过对函数求值来实现，而问题求解通过函数调用来实现
  • 基本原理是函数的求值，而不是变量和赋值语句
  • 没有循环结构，重复通过递归函数来表示
  • 解释型语言，结果在声明后立即显示，用#；>作为提示来输入表达式，没有提示符的行是系统返回的
• 逻辑编程
  • 包括一系列关于对象的事实和一系列关于对象间关系的规则
  • PROLOG程序包含了三种语句：一种声明了对象及对象的事实和一系列关于对象间关系的事实；一种定义了对象及对象之间关系的规则；第三种询问对象及对象之间关系的问题
  • 在PROLOG系统中，常量以小写字母开头，变量以大写字母开头。事实上，我们以一个常量代替一个变量来询问事实真相

高级程序设计语言的功能性

• 两种伪代码结构——选择和重复是命令式语言的标志；在高级语言中，选择和迭代操作非常简单，但子程序和参数传递则较为复杂

布尔表达式

• 程序设计语言提问的方式：写出语句（断言或条件），然后测试它们是true还是false。
• 布尔表达式：一个标识符序列，标识符之间由相容的运算符分隔，求得的值是true或false
• 布尔变量是内存中的一个地址，由存放true或false的标识符引用

数据归类

• 强类型化：每个变量都有一个类型，只有这种类型的值才能存储到该变量中
• 数据类型：一组值以及能够应用于这种类型的值的基本操作集合的说明
  • 整数：
    • 整数数据类型表示的是一个整数值的敢为，这个范围是由表示整数值的字符串决定的
    • 不同语言的整数除法返回的结果不同，有的返回一个实数，有的返回整数值
  • 实数：
    • 实数数据类型表示的是特定精度的数的范围
    • 实数通常不精确
  • 字符：
    • 对字符进行算术运算是毫无意义的，许多强类型化的语言都不允许进行这种运算。但比较字符却是有意义的，所以可以对字符进行关系运算
  • 布尔型：true和false
  • 整数、实数、字符和布尔型称为简单数据类型或原子数据类型，因为每个值都是独立的，不可分割；字符串具有复合数据类型的特征的数据类型，但通常被看作简单数据类型
  • 字符串：我们用单引号圈起字符，用双引号圈起字符串。有些高级语言采用同样的符号圈起字符串和字符，因此一个字符和只包含一个字符的字符串之间没有区别。
• 声明
  • 把变量、动作或语言中的其他实体与标识符关联起来的语句，使程序员可以通过名字引用这些项目