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（英文）Projects for Data Structures and Algorithms

課程編碼

21H24120

課程性質(zhì)

■必修 ￡選修

課程類型

￡通識(shí)教育 ￡大類教育 ■專業(yè)教育 ￡師范教育

所屬模塊（通識(shí)選修課填寫(xiě)，限選1項(xiàng)）

￡創(chuàng)新創(chuàng)業(yè) ￡藝術(shù)修養(yǎng) ￡文化傳承 ￡社會(huì)研究

￡科學(xué)思維 ￡多元文化 ￡道德推演

適用專業(yè)

計(jì)算機(jī)類各本科專業(yè)

開(kāi)課部門(mén)

計(jì)算機(jī)學(xué)院

課程負(fù)責(zé)人

陳衛(wèi)東

學(xué)時(shí)學(xué)分

學(xué)分:1

總學(xué)時(shí):32

理論:0

實(shí)驗(yàn):0

實(shí)踐:32

授課語(yǔ)言

中文

先修課程

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)與分析

LO2

2 問(wèn)題分析:能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論。

2.2能夠基于數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程數(shù)學(xué)的基本原理和數(shù)學(xué)模型，通過(guò)文獻(xiàn)研究分析工程問(wèn)題特性。

M

LO1

LO2

2 問(wèn)題分析:能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論。

2.3 能認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的多種影響因素以及復(fù)雜工程問(wèn)題的多種解決方案，證實(shí)解決方案的合理性并得到有效結(jié)論。

H

LO2

LO3

3 設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案:設(shè)計(jì)/ 開(kāi)發(fā)解決方案:能夠設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、子系統(tǒng)或算法流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

3.1能夠按用戶需求和復(fù)雜工程需求，確定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、單元（組件）與過(guò)程的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

H

LO1

LO2

LO3

5 使用現(xiàn)代工具:能夠針對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，開(kāi)發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題的預(yù)測(cè)與模擬，并能夠理解其局限性。

5.3根據(jù)復(fù)雜工程問(wèn)題中的各種制約條件，能夠選用或開(kāi)發(fā)滿足特定需求的現(xiàn)代工具，模擬和預(yù)測(cè)各種復(fù)雜場(chǎng)境，并能夠分析其局限性。

H

主要內(nèi)容

1.在CCF CSP官網(wǎng)(https://www.cspro.org/)的模擬考試模塊(http://118.190.20.162/)進(jìn)行編程實(shí)訓(xùn)，要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成最近3次CSP認(rèn)證真題中每套試題的前3題的編程實(shí)現(xiàn)。前3題主要是通過(guò)解決簡(jiǎn)單實(shí)際問(wèn)題的編程實(shí)踐，訓(xùn)練熟練使用各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基本算法的技能。

2. 每位同學(xué)獨(dú)立完成，完成后寫(xiě)出解題報(bào)告，包括問(wèn)題分析過(guò)程、基本算法思路及實(shí)現(xiàn)途徑。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 訓(xùn)練基本數(shù)據(jù)處理能力，包括數(shù)組上進(jìn)行遞推、大小比較、計(jì)數(shù)、排序等。

2. 理解并熟練編程實(shí)現(xiàn)與基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)的基礎(chǔ)算法，包括遞歸、排序、查找、字符串簡(jiǎn)單處理等。

3. 訓(xùn)練基于STL的復(fù)雜字符串處理、日期處理、進(jìn)制處理、遞推、排序、查找等技能，并具備問(wèn)題抽象和建模的初步能力，能用所學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1. 參考書(shū)目:

[1]殷人昆編著. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語(yǔ)言版)(第2版). 北京:清華大學(xué)出版社,2017

[2]M.H.Alsuwaiyel著,吳偉昶,方世昌等譯. 算法設(shè)計(jì)技巧與分析. 北京:電子工業(yè)出版社,2010

[3]蘇小紅等編. 程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程(C語(yǔ)言版),北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2021

[4]胡凡,曾磊主編.算法筆記.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2016

[5]Thomas H.Cormen等著, 殷建平等譯.算法導(dǎo)論(原書(shū)第3版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012

2. 思考問(wèn)題:

[1] 使用STL 相對(duì)于自己寫(xiě)程序處理字符串有何優(yōu)勢(shì)?

[2] 基本算法的多種實(shí)現(xiàn)時(shí)空效率有何差異?

3. 其他課前準(zhǔn)備:在CCF CSP官網(wǎng)注冊(cè)，在學(xué)者網(wǎng)注冊(cè)并加入課程組，在PTA平臺(tái)注冊(cè)并加入課程組。

教學(xué)方式

1. 實(shí)訓(xùn)教學(xué):

一周內(nèi)在CSP官網(wǎng)上在線編程解決試題中對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)單實(shí)際問(wèn)題，并寫(xiě)出解題報(bào)告，包括解題分析過(guò)程、基本算法思路及實(shí)現(xiàn)途徑等。

2. 思政教育:

算法運(yùn)行時(shí)間與算法空間開(kāi)銷一個(gè)主要區(qū)別是時(shí)間不可重復(fù)使用，空間可重復(fù)使用。引導(dǎo)學(xué)生感悟時(shí)間的寶貴，逝去的青春不再來(lái)，要珍惜現(xiàn)在讀書(shū)學(xué)習(xí)的好時(shí)光。

課后作業(yè)

一周內(nèi)在CSP官網(wǎng)上通過(guò)在線編程解決試題中對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)單實(shí)際問(wèn)題，并寫(xiě)出解題的書(shū)面報(bào)告上傳到學(xué)者網(wǎng)課程作業(yè)中。

單元二:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的實(shí)際應(yīng)用

學(xué)時(shí):10

支撐課程目標(biāo):LO2,LO3

主要內(nèi)容

1. 在CCF CSP官網(wǎng)(https://www.cspro.org/)的模擬考試模塊(http://118.190.20.162/)進(jìn)行編程實(shí)訓(xùn)，要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成最近3次CSP認(rèn)證真題中每套試題的最后2題的編程實(shí)現(xiàn)。最后2題主要是通過(guò)對(duì)較復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的求解，訓(xùn)練問(wèn)題分析、建模、算法設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)的能力。

2. 每位同學(xué)獨(dú)立完成，完成后寫(xiě)出解題報(bào)告，包括解題分析過(guò)程、基本算法思路及實(shí)現(xiàn)途徑等。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 熟悉經(jīng)典算法，包括并查集、最短路徑、強(qiáng)連通分支、最小生成樹(shù)、歐拉序列、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、貪心算法、深度優(yōu)先搜索、廣度優(yōu)先搜索、回溯剪枝等；能夠分析算法的時(shí)間復(fù)雜度、空間復(fù)雜度和算法穩(wěn)定性；熟練理解并使用STL來(lái)優(yōu)化算法的時(shí)間復(fù)雜度。

2. 熟練使用高級(jí)、復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括后綴數(shù)組、樹(shù)狀數(shù)組、線段樹(shù)、靜態(tài)KDTree等；能夠靈活利用經(jīng)典算法思想解決較復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題，包括如:剪枝、分治、狀態(tài)壓縮動(dòng)態(tài)規(guī)劃、快速矩陣冪、計(jì)算幾何、圖論高級(jí)應(yīng)用（包括最大流、最小費(fèi)用流）等；能夠解決復(fù)雜的模擬問(wèn)題，編寫(xiě)并調(diào)試代碼量較大的程序；培養(yǎng)縝密的科學(xué)思維和計(jì)算思維。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1. 參考書(shū)目:

[1]殷人昆編著. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語(yǔ)言版)(第2版). 北京:清華大學(xué)出版社,2017

[2]M.H.Alsuwaiyel著,吳偉昶,方世昌等譯. 算法設(shè)計(jì)技巧與分析. 北京:電子工業(yè)出版社,2010

[3]蘇小紅等編. 程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程(C語(yǔ)言版),北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2021

[4]胡凡,曾磊主編.算法筆記.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2016

[5]Thomas H.Cormen等著, 殷建平等譯.算法導(dǎo)論(原書(shū)第3版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012

2. 思考問(wèn)題:

[1] 如何實(shí)現(xiàn)圖的基本算法(包括圖的遍歷、最小成生數(shù)、最短路徑等)?

[2] 如何解決復(fù)雜的模擬問(wèn)題?

3. 其他課前準(zhǔn)備:在CCF CSP官網(wǎng)注冊(cè)，在學(xué)者網(wǎng)注冊(cè)并加入課程組，在PTA平臺(tái)注冊(cè)并加入課程組。

教學(xué)方式

1. 實(shí)訓(xùn)教學(xué):

一周內(nèi)在CSP官網(wǎng)上在線編程解決試題中對(duì)應(yīng)的較復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題，完成后寫(xiě)出解題報(bào)告，包括解題分析過(guò)程、基本算法思路及實(shí)現(xiàn)途徑等。

2. 思政教育:

通過(guò)編程實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生感悟到解決問(wèn)題有多種算法且同一算法的不同實(shí)現(xiàn)往往有不同的時(shí)空復(fù)雜度；算法設(shè)計(jì)與分析目的是為了用較少的資源解決問(wèn)題。由此增強(qiáng)學(xué)生節(jié)約資源、提高效率意識(shí)。

課后作業(yè)

一周內(nèi)在CSP官網(wǎng)上通過(guò)在線編程解決試題中對(duì)應(yīng)較復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，完成后寫(xiě)出解題報(bào)告并上傳到學(xué)者網(wǎng)課程作業(yè)中。

單元三:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的編程測(cè)試

學(xué)時(shí):4

支撐課程目標(biāo):LO1,LO2 LO3

主要內(nèi)容

1. 在歷年CSP認(rèn)證真題中隨機(jī)抽取5道試題移植到PTA平臺(tái)，其中3道題是關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的基本編程題，2道是關(guān)于用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法知識(shí)編程解決較復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題。試題結(jié)構(gòu)與CSP認(rèn)證真題相仿，每題分值也是100分，共計(jì)500分。

2. 在PTA系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線考核（4學(xué)時(shí)），學(xué)生獨(dú)立完成。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 熟悉各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、經(jīng)典算法的基本思路及其效實(shí)現(xiàn)途徑。

2. 熟練使用各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和經(jīng)典算法解決簡(jiǎn)單實(shí)際問(wèn)題。

2. 能夠靈活利用各種算法思想解決較復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1. 參考書(shū)目:

[1]殷人昆編著. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語(yǔ)言版)(第2版). 北京:清華大學(xué)出版社,2017

[2]M.H.Alsuwaiyel著,吳偉昶,方世昌等譯. 算法設(shè)計(jì)技巧與分析. 北京:電子工業(yè)出版社,2010

[3]蘇小紅等編. 程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程(C語(yǔ)言版),北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2021

[4]胡凡,曾磊主編.算法筆記.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2016

[5]Thomas H.Cormen等著, 殷建平等譯.算法導(dǎo)論(原書(shū)第3版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012

2. 思考問(wèn)題:無(wú)

3. 其他課前準(zhǔn)備:在PTA平臺(tái)注冊(cè)并加入課程組。

教學(xué)方式

1. 在線編程實(shí)踐考核:4學(xué)時(shí)內(nèi)在PTA平臺(tái)上在線編程解決試題中對(duì)應(yīng)實(shí)際問(wèn)題。

2. 思政教育:誠(chéng)信考試，獨(dú)立思考完成。

課后作業(yè)

查找資料了解如何編寫(xiě)程序來(lái)識(shí)別處理圖像中數(shù)字串（比如圖書(shū)ISBN中識(shí)別出數(shù)字串）。注意:不能用現(xiàn)有的工具軟件。

單元四:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的工程實(shí)踐

學(xué)時(shí):10

支撐課程目標(biāo):LO1,LO2,LO3

主要內(nèi)容

1. 給出一個(gè)較復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題（開(kāi)放類型問(wèn)題），比如識(shí)別ISBN圖片中的數(shù)字串，文檔的自動(dòng)摘要等。引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析將該復(fù)雜問(wèn)題的求解過(guò)程分解為若干模塊任務(wù)來(lái)解決，這些模塊任務(wù)是簡(jiǎn)單的，能夠用基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法知識(shí)來(lái)編程求解。分析模塊任務(wù)之間的邏輯關(guān)系，畫(huà)出任務(wù)關(guān)系圖，并通過(guò)拓?fù)渑判虻玫浇鉀Q任務(wù)的次序。

2. 每一個(gè)模塊任務(wù)在PTA上對(duì)應(yīng)設(shè)置一道編程題目，要求學(xué)生在給定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立在線編程解決。

3. 每3位同學(xué)一組，每組同學(xué)討論每個(gè)模塊任務(wù)的最佳算法及實(shí)現(xiàn)途徑，探討如何集成這些模塊的求解算法來(lái)得到解決原問(wèn)題的一個(gè)小型應(yīng)用軟件。要求展示每一小組的軟件及應(yīng)用效果。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1. 培養(yǎng)學(xué)生探求解決較復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的能力，即對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析、建模、算法設(shè)計(jì)及編程實(shí)現(xiàn)的能力。

2. 鍛煉學(xué)生的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力、對(duì)項(xiàng)目整體把控能力，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

學(xué)生課前閱讀材料與其他準(zhǔn)備

1. 參考書(shū)目:

[1]殷人昆編著. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語(yǔ)言版)(第2版). 北京:清華大學(xué)出版社,2017

[2]M.H.Alsuwaiyel著,吳偉昶,方世昌等譯. 算法設(shè)計(jì)技巧與分析. 北京:電子工業(yè)出版社,2010

[3]蘇小紅等編. 程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程(C語(yǔ)言版),北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2021

[4]胡凡,曾磊主編.算法筆記.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2016

[5]Thomas H.Cormen等著, 殷建平等譯.算法導(dǎo)論(原書(shū)第3版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012

2. 思考問(wèn)題:

通過(guò)小組完成項(xiàng)目的編程實(shí)踐，如何理解計(jì)算思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神?

3.其他課前準(zhǔn)備:在PTA平臺(tái)注冊(cè)并加入課程組。

教學(xué)方式

1. 教師講解:

針對(duì)較復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的編程求解，讓學(xué)生清楚完成整個(gè)項(xiàng)目的基本思路。

2. 學(xué)生實(shí)踐:

通過(guò)小組合作方式，讓每位學(xué)生清楚項(xiàng)目的整體思路，以及如何協(xié)作完成項(xiàng)目、分工撰寫(xiě)項(xiàng)目報(bào)告和制作項(xiàng)目答辯PPT。最終項(xiàng)目的所有工作分工合作完成。

3. 思政教育:

通過(guò)小組合作方式完成項(xiàng)目，讓學(xué)生感悟到分工合作才能挑戰(zhàn)復(fù)雜問(wèn)題。

課后作業(yè)

根據(jù)各小組展示和匯報(bào)情況，完善小組的展示報(bào)告，并上傳到學(xué)者網(wǎng)課程作業(yè)中。

編程實(shí)訓(xùn)

(單元一)

編程實(shí)訓(xùn)的成績(jī)?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)附表1)

25

LO1

50

LO2

50

編程實(shí)訓(xùn)

(單元二)

編程實(shí)訓(xùn)的成績(jī)?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)附表1)

25

LO2

50

LO3

50

編程考核

(單元三)

編程考核的成績(jī)?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)附表2)

20

LO1

30

LO2

40

LO3

30

編程實(shí)踐

(單元四)

編程實(shí)踐的成績(jī)?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)附表3)

30

LO1

20

LO2

40

LO3

40

進(jìn)度及任務(wù)完成進(jìn)度

(權(quán)重0.4)

按時(shí)提交且任務(wù)完成進(jìn)度80%以上

按時(shí)提交且任務(wù)完成進(jìn)度60%以上

按時(shí)提交且任務(wù)完成進(jìn)度40%以上

補(bǔ)交完成

掌握程度

(權(quán)重0.4)

掌握80%以上

掌握60%以上

掌握40%以上

掌握40%以下

創(chuàng)新性

(權(quán)重0.2)

提出不同解決辦法

只有一種解決辦法

能提出不同辦法，但可靠性不足

不能提出有效解決辦法

總分

完成進(jìn)度

(權(quán)重0.6)

提前提交

按時(shí)提交

延時(shí)提交

補(bǔ)交完成

展示效果

(權(quán)重0.2)

程序能正常運(yùn)行，在80%以上測(cè)試用例上運(yùn)行結(jié)果正確

程序能正常運(yùn)行，在60%以上測(cè)試用例上運(yùn)行結(jié)果正確

程序能正常運(yùn)行，在40%以上測(cè)試用例上運(yùn)行結(jié)果

程序未能運(yùn)行，或在40%以下測(cè)試用例上運(yùn)行結(jié)果不正確

項(xiàng)目報(bào)告 (權(quán)重0.2)

完整且有深入細(xì)化分析和描述

完整且但深入細(xì)化分析和描述不夠

較為完整、深入細(xì)化分析和描述不夠

不完整、缺乏細(xì)節(jié)分析和描述

總分