教科版（2019） 高二选择性必修1信息技术第2课《数据的组织结构》课件

1.2数据的组织结构 高中信息技术/教科版/选择性必修1 目录 1.情景导入 2.新知讲授 3.上机练习 4.自主探究 5.课堂小结 6.拓展练习 1.情境导入 随着信息技术的普及和深入应用，人们需要面对越来越多的数据资源，如图书馆中海量的图书数据、学校里教职员工和学生的数据、铁路运输部门的列车运行线路数据等。在使用和处理这些数据资源的过程中，我们需要研究如何组织数据来提高数据的使用效率。 探秘校园数据 你会发现这些数据是怎样组织的吗，它们的组织会有什么不同吗？ 2.新知讲授 任务一 探究校园数据的组织结构 请你找到指定书目 任务一 活动1探究图书馆的图书数据组织方式 图书的数据元素包括 、 、 。 书名 索书号 书本码放的顺序 书架上排列的图书示意图 任务一 活动1探究图书馆的图书数据组织方式 根据图中图书的摆放方式，将索书号和书名填写在下面括号里的横线上。 (160101 诗经)-......-(160116 西游记)—（ ）— （ ）—（ ）。 160117 三国演义 160118红楼梦 160119水浒传 填一填 任务一 活动1探究图书馆的图书数据组织方式 填一填 如果查找图书时，每次只能看到一本书，那么要找到其中的《三国演义》，需要一个什么过程? 把你的方法填写在下面的横线上。 从(160101 诗经)开始， 。 从左到右，按照索书号从小到大的顺序，逐本 图书进行书名的比对，直到160117号图书的书名比对成功 如果从书架上取走《三国演义》后，又放到了《诗经》的右面，那么书架上的图书摆放会变成什么状态?将索书号和书名填写在下面括号里的横线上。 (160101 诗经)—( )-……-（160116 西游记 ）— （ ）—（ ）。 160117三国演义 160118红楼梦 160119水浒传 任务一 活动1探究图书馆的图书数据组织方式 线性结构 数据元素之间的排列次序存在一种明确的先后关系，这样的数据组织方式称为线性结构。 在线性结构中，除了最后一个元素，每个元素都有一个唯一的后继元素，所有元素都排成一个线性序列。 线性结构是计算机信息系统中最基本和最常见的数据组织结构。超市的商品销售管理、仓库账目管理、学校食堂就餐刷卡消费记录等也都采用线性结构来组织数据。 任务一 活动2探究学生社团的数据组织方式 学生社团组织结构之间存在什么样的关系呢？ 想一想 学生社团组织机构存在一种层次关系，一个上层机构可以关联多个下层结构。 任务一 活动2探究学生社团的数据组织方式 假设把学生社团组织机构抽象成一个数据集合，那么每个机构就是这个集合中的一个数据元素。请分析以下问题： 1.学生社团中心和各分社团之间存在什么样的关系？ 2.科技社团包含哪几个社团？艺术社团包含哪几个社团？ 3.信息学奥赛和生物学奥赛均属于什么社团？ 存在一对多的对应关系，以及上下层的对应关系。 科技社团包含航模社团、DI社团、机器人社团； 艺术社团包含合唱团和舞蹈团。 学科竞赛社团 任务一 活动1探究图书馆的图书数据组织方式 树形结构 数据元素分属于不同的层次，一个上层元素可以关联一个或多个下层元素，整个结构中只有一个最上层数据元素，这样的数据组织结构像一棵倒放的树，称为树形结构，简称树，最上层的数据元素称为根。 根 任务一 活动3探究校园参观路线的数据组织方式 如果把校园示意图抽象成一个数据集合，那么图中的每个参观点就是这个集合中的一个数据元素。 任务一 活动3探究校园参观路线的数据组织方式 学校商店 学生餐厅 高中教学楼 学校正门 幼儿园 图书馆 教师办公楼 学生宿舍 初中教学楼 学校公园 （ ） （ ） 补全空缺元素 体育运动中心 实验楼 如果从学校正门出发，到达学校公园，写出至少3条参观路线。 学校商店 学生餐厅 高中教学楼 学校正门 幼儿园 图书馆 教师办公楼 学生宿舍 初中教学楼 学校公园 体育运动中心 实验楼 方 案 1 学校商店 学生餐厅 高中教学楼 学校正门 幼儿园 图书馆 教师办公楼 学生宿舍 初中教学楼 学校公园 体育运动中心 实验楼 方 案 2 学校商店 学生餐厅 高中教学楼 学校正门 幼儿园 图书馆 教师办公楼 学生宿舍 初中教学楼 学校公园 体育运动中心 实验楼 方 案 3 还有其他参观路线吗？ 任务一 活动1探究图书馆的图书数据组织方式 图状结构 数据元素之间可以有一对一、一对多或多对多的相互关系，这样的数据组织方式称为图状结构或网状结构。 线性结构、树形结构和图状结构分别表示了不同复杂程度的数据元素之间的关联及布局。这些数据元素之间逻辑上的排列和对应关系就是数据的逻辑结构。 计算机如何存储数据？ 内存是电脑上特别重要的存储器，为系统和软件的运行提供足够的内存空间，计算机中所有程序的运行也都是在内存中进行的。 内存其实是一块很大的空间，这么大的空间不可能只是为了存放一个数据，那怎么才能有效的使用好这块空间呢?所以我们把内存划分成一个个小的内存单元，每个内存单元都可以相对独立的存放一些数据。如此一来内存就可以被有效的使用了。 任务二 活动1设计校园数据的存储方式 但值得注意的是，内存只用于暂时性的存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的程序和数据将会丢失。 了解内存的基本结构 程序运行过程中直接使用的数据都保存在计算机的内存储器 (简称内存)中。 内存的基本结构是线性排列的一批存储单元。每个单元的大小相同，可以保存1字节大小的数据。内存单元具有唯一的编号，称为地址。内存单元地址为从0开始的连续正整数。 0 1 2 3 m-2 m-1 任务二 活动1设计校园数据的存储方式 任务二 活动1设计校园数据的存储方式 对内存单元数据的存取都通过地址进行，数据对象可能占据多个内存单元。 如何获取数据对象的内存地址及其所占内存单元数量？ Python语言中内置了返回数据对象的地址及其所占内存单元数量的函数。i( )函数返回数据对象的地址，数据对象的 __sizeof__ 方法则返回数据对象的“尺寸”，即占据内存单元的数量。 语句a=2018，将整数对象2018赋值给变量a，通过id(a)知 道整数对象的地址; a.__ sizeof__()则返回整数对象占用的内存单元数量。 返回数据对象的地址 返回数据对象占据内存单元的数量 zn (z) - 3.上机练习 练一练 变量名 地址 长度 counter miles name 任务二 活动1设计校园数据的存储方式 以下代码是在Python中对变量的赋值，请根据提示完成下表。 01. counter=100 #整型变量 02. miles=1000.0 #浮点型变量 03. name="alice" #字符串 28 24 54 1554397400400 1554431599728 1554433069680 4.自主探究 数据结构在计算机内存中的表示方式称为存储结构，存储结构的不同主要体现在数据元素之间相邻关系的表示上，多个数据元素之间的相邻关系则既可以按顺序依次存储来表示，也可以通过记录相邻数据元素的地址来链接引用。 任务二 活动2设计图书数据的存储方式 存储单元中可以存放数据，并通过地址来访问，数据可能会占据多个存储单元。同时存储单元中也可以存放地址，这样逻辑上相邻的数据，不必存放在相邻的存储单元，可以通过链接地址来引用。 假设图书管理系统为每一本图书的数据分配了32个字节来保存索书号和书名，并将书架上的书按照顺序来存储。请仔细观察下图，填写其中的图书数据和相应的内存单元地址。 任务二 活动2设计图书数据的存储方式 160101诗经 …… 地址65536 地址66016 160116西游记 160117三国演义 160118红楼梦 160119水浒传 地址 地址 地址 66048 66080 66112 任务二 活动2设计图书数据的存储方式 地址65536 地址66016 地址66048 地址66080 地址66112 …… 在这种相邻存储的结构中，数据元素占据的内存单元数量是固定的，只要知道了前一个数据元素的地址，就能确定下一个数据元素的地址。 图书数据地址= +（索书号- ）* 65536 160101 32 实际上，每个数据元素的地址构成一个等差数列，其首项为第一个数据元素的地址，公差为数据元素的大小尺寸，其通项的下标可以用索书号来表示。 把逻辑上相邻的数据元素存储在物理位置上相邻的存储单元中，数据元素之间的逻辑关系由存储单元的邻接关系来体现，这种存储结构称为顺序存储结构。 任务二 活动2设计图书数据的存储方式 顺序存储结构 节省存储空间。实现对数据元素的随机存取，即每一个数据元素对应个序号，由该序号可以直接计算出数据元素的存储地址。 VS 不便于修改，对数据元素的插入、删除运算要移动一系列的数据元素。 社团数据的组织方式是树形结构，数据元素之间存在着层次关系和一对多的关系。对于这样的数据关系，如何在内存中存储和表示呢? 任务二 活动3设计社团数据的存储方式 在制作幻灯片的时候，可以在幻灯片页面中插入超链接，用超链接的方式实现页面之间的任意跳转，完成非顺序播放的效果。 幻灯片里的超链接，其实就是保存了另一张幻灯片的位置，当单击超链接的时候，通过位置定位指向另外一张幻灯片。 任务二 活动3设计社团数据的存储方式 根据超链接的思路，在内存里除了存储数据元素外，还可以存储指向另一个数据元素的地址，这样数据元素之间的关系就可以通过链接来表示了。 … 数据1 地址2 … 数据3 … 数据2 地址3 … 采取地址引用来链接数据元素，可以使逻辑上相邻的数据元素在物理上不必相邻，这样就增加了数据操作的灵活性，尤其是插入数据元素时，不需要移动其他数据元素就可以完成此操作。 任务二 活动3设计社团数据的存储方式 数据1 数据2 数据3 数据4 ^ Head 数据1 数据2 Head 数据3 数据4 ^ 数据5 任务二 活动3设计社团数据的存储方式 下图是学校艺术社团的组织结构图，请利用地址引用链接数据元素的方式，将艺术社团的数据存储在表格所示的内存单元中。 任务二 活动3设计社团数据的存储方式 艺术社团 左 右 合唱团 舞蹈团 左 右 左 右 通俗合唱团 左 ^ 右 ^ 美声合唱团 左 ^ 右 ^ 民族舞团 左 ^ 右 ^ 现代舞团 左 ^ 右 ^ 任务二 活动2设计图书数据的存储方式 在数据元素中附加存储一个或多个内存地址，指向逻辑上相邻的数据元素，数据元素之间的逻辑关系不依赖于其所在的内存单元顺序，这种存储结构称为链式存储结构。 链式存储结构 灵活。在数据元素中附加多个内存地址，不仅可以实现线性结构的存储，还可实现树形结构和图状结构的存储。 VS 操作比较复杂，且需要额外的存储空间来保存链接地址。 什么是数据结构 任务二 活动1设计校园数据的存储方式 数据的逻辑结构和存储结构并不是一一对应的关系，每一种逻辑结构包括线性结构、树形结构和图状结构，既可以用顺序存储结构来实现也可以用链式存储结构来实现。 5.课堂小结 本节课通过几个与校园生活密切相关的案例，展现了数据组织的三种逻辑结构和两种存储结构，包括线性结构、树形结构和图状结构等逻辑结构以及顺序存储结构、链式存储结构等存储结构。 6.拓展练习 拓展练习 在学校艺术社团组织结构图上从左到右依次标记数字，如图所示。 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 拓展练习 （1）根据顺序标号画出该社团组织的顺序存储结构，完成下图。 艺术社团 合唱团 舞蹈团 1 2 3 4 5 6 7 通俗合唱团 美声合唱团 民族舞团 现代舞团 （2）通过观察上下层顺序标号间的关系，得出已知一个数据元素的地址，求左右分支地址的通用公式。 假设一个数据元素的标号是X，那么做分支数据元素的标号是X*2，右分支数据元素的标号是X*2+1。 下节课见！ $$