浅析数据结构中逻辑结构与物理结构映射的教学

摘要：本文分析了该课程的逻辑结构与物理结构映射这一教学难点展开研究，首先介绍了这两种结构的基本概论，接着阐述了该知识点在整个课程教学环节中的地位，然后整理了该课程在教学中存在的问题，最后给出了相对应的建议。

关键词：数据结构；逻辑结构；物理结果；映射

数据结构有逻辑上的数据结构和物理上的数据结构之分。逻辑上的数据结构反映成分数据（数据元素）之间的逻辑关系，而物理上的数据结构反映成分数据在计算机内部的存储安排。这两种结果相互映射，逻辑结构用于数据结构的理论分析，物理结构是该结构的具体实现。两种结构的映射就是已逻辑结构为基础将数据在物理结构上实现。

1、数据逻辑结构与物理结构

数据的逻辑结构反映了数据的组成元素之间的关系，数据的物理结构反映了数据的逻辑结构在物理上的实现。数据的逻辑结构分两大类：

线性结构和非线性结构，非线性的机构又可分为集合、树和图。线性结构是n个数据元素的有序（次序）集合。它有四个基本特征：

（1）集合中必存在唯一的一个“第一个元素”；（2）集合中必存在唯一的一个“最后的元素”；（3）除最后元素之外，其它数据元素均有唯一的“后继”；（4）除第一元素之外，其它数据元素均有唯一的“前驱”。

数据结构中线性结构指的是数据元素之间存在着“一对一”的线性关系的数据结构，而非线性结构的数据元素之间存在着“—对多或多对多”的关系。

数据的存储结构有四种：顺序存储、链接存储、索引存储和散列存储。存储结构是算法实现的基础，每种数据结构都可能用不同的存储结构来存储，而不同逻辑结构的数据也可采用相同的存储形式，而体现的关系不同。比如单链表是一种常见的逻辑结构，在物理上我们既可以用顺序结构来是实现也可以用链式结构来实现。

2、数据逻辑结构与物理结构映射在教学中的地位

一个数据结构是由数据元素依据某种逻辑联系组织起来的。对数据元素间逻辑关系的描述称为数据的逻辑结构；数据必须在计算机内存储，数据的存储结构是数据结构的实现形式，是其在计算机内的表示；此外讨论一个数据结构必须同时讨论在该类数据上执行的运算才有意义。一个逻辑数据结构可以有多种存储结构，且各种存储结构影响数据处理的效率。在数据结构的教学过程中，首先要让同学们理解数据的逻辑结构，理清数据元素之间的关系，接着将这种逻辑结构在计算机上存储起来，紧接着在已存储的物理结构上完成特定操作，最后比较相同逻辑结构采取不同的物理结构完成相同操作在效率上的差异。通过以上一套完整的学习使学生对数据结构有一个全面完整的理解。在这个学习的过程中，对逻辑结构向物理结构对应关系的理解是学好数据结构这门课程的关键，如果不能很好的理解这样一个结构，算法的实现将无从谈起。

3、数据逻辑结构与物理结构映射在教学中的问题

在教学中没有很好地帮助学生跨过数据逻辑结构与物理结构映射这道坎。通过总结近年数据结构的教学经历，我发现在该知识点的教学上存在以下问题：

（1）本知识点过于抽象，内容在空间上的跨度过大，逻辑结构反映的是数据元素之间的关系，但数据元素是不可见的，而与其对应的物理结构是指的逻辑结构在物理存储空间上真是布置，这个也是不可见的，从逻辑上的虚拟组成到物理上的实际存储对应起来跨度较大。

（2）在教学中过早引入算法分析，学生在没有真正将两种结构之间的映射关系搞清的前提下就急于涉及算法实现。这样至少有两个缺点，一是基本理论没有完全搞清就进行应用，学生不能很好理解，二是数据结构开设的课程之前学生刚学过计算机语言，对于低年级的学生来说计算机语言本身就不是很好理解，这样两难相合进一步增加了学生对本知识点的理解。

（3）学生的知识储备不够，在教学实践中，每个学院在课程开设的安排不尽相同，有些班级在数据结构开设之前先修课程开设不够，学生对很多知识点要么理解的不透彻要么就是根本就没有学过。

4、数据逻辑结构与物理结构映射在教学中的建议

（1）在这个知识点的教学上，我们要尽可能的多的引入现实中的实例，使虚拟的结构变得可见生动起来。例如，我们可以将逻辑结构和物理结构比喻成建筑的图纸和实践的建筑，以此使学生理解两种结构之间的对应关系。我们还可以举班级的学号序列与同学们在教室中实际就坐的空间关系来说明相同的逻辑结构在不同物理结构下的空间形态分布。除此以外我们也可以借用多媒体教学的手段使同学们能更形象地理解该知识点。

（2）应尽可能地使学生先对数据逻辑结构与物理结构映射有了完全的理解后再开始算法知识的讲解，因为数据结构课程每章的教学内容在结构上大致都是一致的，只要在前期教学中攻克了映射这个难点，后面章节的教学就变得简单起来，这样能起到事半功倍的效果。

（3）做足数据结构课程的知识储备，在课程设置上在数据结构开设以前应开设数据结构算法描述相对应的程序语言，除此以外，应开设于计算机硬件相关的课程，因为物理结构是基于计算机硬件的。