程序設(shè)計是計算機專業(yè)人員十分重要的基本功，是軟件設(shè)計的基礎(chǔ)。然而，程序設(shè)計的基本功并不在程序設(shè)計中，而在程序設(shè)計外。程序設(shè)計課程提供了特定的指令、語法、語句的編寫規(guī)則，學(xué)習(xí)這些規(guī)則僅僅是一種最基礎(chǔ)的編程訓(xùn)練，不能解決如何提高編程能力的問題。這與許多應(yīng)用型普通高校初學(xué)程序設(shè)計課程的學(xué)生反映出來的情況是一致的，
即由于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和物理基礎(chǔ)方面的原因，如果程序設(shè)計中必備的數(shù)理邏輯推理和思維能力不強，
就會使這部分學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)程序設(shè)計課程困難，這種困難有可能使
他們對自己的編程能力產(chǎn)生懷疑，從而影響他們對計算機專業(yè)的認同感和歸屬感。

程序設(shè)計是用來解決問題的，解決問題的關(guān)鍵是面對實際問題時有沒有解題思路，
進而在解題思路的基礎(chǔ)上找出解決問題的步驟，對其優(yōu)化，最終形成一個解題的算法。在軟件設(shè)計的實踐中，問題千奇百怪，五花八門，沒有一個定式，但迄今為止，大多數(shù)在計算機領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)的問題都有一些共性，有一些相同的數(shù)據(jù)現(xiàn)象。研究這些共性和數(shù)據(jù)現(xiàn)象，尋求解決各類問題的普適算法，可以有效提高編程能力，使得計算機專業(yè)的學(xué)生喜歡編程、熱愛編程，并具備較強的編程能力，成為一個合格的計算機專業(yè)人才。在計算機類專業(yè)課程體系中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是這樣一門
能夠提供解決具有共性問題的通用方法和有效提高編程能力的基礎(chǔ)性課程。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原本是計算機類專業(yè)的重要核心基礎(chǔ)課程，近年來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，該課程的重要性已經(jīng)為從事信息技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)教學(xué)和研究的同仁所認識�，F(xiàn)在，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不再是計算機類專業(yè)獨有的課程，逐漸演變成我國大學(xué)中許多專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，如數(shù)學(xué)類、電子技術(shù)類、信息技術(shù)類等專業(yè)。

我國計算機類專業(yè)分為科學(xué)研究型、工程技術(shù)開發(fā)型、技術(shù)推廣應(yīng)用型三個層次。本書編寫的深度和難度定位在后兩個層次。本書參考了國內(nèi)外經(jīng)典教材，較全面地組織、安排書中的內(nèi)容； 提供了大量的經(jīng)典算法，并適當(dāng)引入考研典型例題，具有很強的實用性、易讀性、針對性，融入了編者多年的教學(xué)經(jīng)驗和體會； 體系結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，內(nèi)容精煉。每章都附有一定量的習(xí)題，其中，部分選自近年來的考研題目，以幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)和理解相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容，并為學(xué)生考研提供一定的幫助。

本書第2~9章附有實訓(xùn)部分，對相應(yīng)章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容給出實訓(xùn)要求和實訓(xùn)項目，并將一些典型算法作為實訓(xùn)案例，給出了類定義、算法實現(xiàn)的源代碼。讀者可以在Python語言編程環(huán)境下直接運行。本書提供了資源包，其他算法可參考本書的資源包。

近年來，隨著大數(shù)據(jù)，云計算和人工智能技術(shù)的興起，Python語言成為流行的編程語言，一些高校的計算機類專業(yè)開始引入Python作為程序設(shè)計入門語言，因此，用Python語言描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計與分析等課程成為教學(xué)需求。在此背景下，我們編寫了本書。

本書共分10章，分別為緒論、線性表、
棧和隊列、串、數(shù)組和廣義表、
樹與二叉樹、圖、查找、排序以及文件。

第1章概述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能涉及的內(nèi)容和分析方法，講述了算法和程序的差異、算法的評價
與分析等問題。

第2~5章講述線性表結(jié)構(gòu)、特殊線性表棧和隊列、串、數(shù)組與廣義表。從順序存儲結(jié)構(gòu)和鏈表結(jié)構(gòu)兩個方面來闡述線性表的存儲結(jié)構(gòu)和建立在存儲結(jié)構(gòu)上的算法設(shè)計，以及線性表的廣泛應(yīng)用，如棧、隊列、串、數(shù)組、廣義表等，并進一步討論了這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，如程序調(diào)用、皇后問題、火車編組問題等。

第6章主要討論樹。介紹了樹的性質(zhì)、
存儲結(jié)構(gòu)和基本運算。討論了二叉樹的創(chuàng)建，前序、中序、后序、層次和歐拉遍歷算法，以及二叉樹的其他問題。還討論了線索二叉樹及其應(yīng)用、哈夫曼樹和哈夫曼編碼、二叉排序樹、平衡二叉樹、二叉表示樹、判定樹等問題。

第7章討論圖。內(nèi)容包括圖的定義、圖的存儲結(jié)構(gòu)
、圖的遍歷和圖的連通分量、最小生成樹、最短路徑、拓撲排序和關(guān)鍵路徑等。

第8章和第9章討論目前常見的查找算法和排序算法。在查找算法中，從靜態(tài)查找表、動態(tài)查找表和哈希表三方面來研究查找算法。靜態(tài)查找表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是線性表，動態(tài)查找表主要有二叉樹查找、B樹查找等，哈希表的構(gòu)造和查找則用哈希算法來實現(xiàn)。在排序算法中分為內(nèi)排序和外排序兩部分： 內(nèi)排序中主要討論了插入排序、交換排序、選擇排序、歸并排序和基數(shù)排序等經(jīng)典的排序算法； 外排序討論了磁盤排序、勝者樹和敗者樹、最佳歸并樹和磁帶排序等。

第10章討論了文件。從文件的存儲結(jié)構(gòu)入手討論文件的管理，介紹了順序文件、索引文件、索引順序文件、散列文件、多關(guān)鍵字文件等。
上述內(nèi)容涵蓋了目前國內(nèi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)教材的幾乎所有內(nèi)容，有的進行了深入的討論，有的比較初步，這與本書編寫的指導(dǎo)思想有關(guān)。

本書由王震江任主編，王勇剛、萬英、楊七九、和添錦任副主編。其中，全書的基本內(nèi)容由王震江編寫，萬英編寫了第1~3章的代碼，王勇剛編寫了第4、6、7章的代碼，和添錦編寫了第5章的代碼，楊七九編寫了第8章的代碼，王震江編寫了第9章的代碼。王震江對全書進行了統(tǒng)稿和審查，統(tǒng)一了圖例，并統(tǒng)一編寫了實訓(xùn)內(nèi)容和要求。書中提供的算法全部通過了上機調(diào)試。
由于作者水平有限，編寫倉促，書中難免存在疏漏之處，敬請讀者不吝賜教。
本書配套教學(xué)大綱、PPT課件、思政內(nèi)容、微課視頻等豐富的教學(xué)資料。讀者掃描本書封底文泉課堂涂層下的二維碼并綁定微信賬號后，即可觀看視頻。其他教學(xué)資源（教學(xué)大綱、思政內(nèi)容、課件等）可以從清華大學(xué)出版社官方微信公眾號書圈（itshuquan）下載。

編者
2022年1月
于麗江