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Fix some figures.
Finetune texts.
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2023-08-21 19:33:45 +08:00
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@ -4,7 +4,7 @@
## ASCII 字符集
「ASCII 码」是最早出现的字符集,全称为“美国标准信息交换代码”。它使用 7 位二进制数(即一个字节的低 7 位)表示一个字符,最多能够表示 128 个不同的字符。包括英文字母的大小写、数字 0-9 、一些标点符号,以及一些控制字符(如换行符和制表符)。
「ASCII 码」是最早出现的字符集,全称为“美国标准信息交换代码”。它使用 7 位二进制数(即一个字节的低 7 位)表示一个字符,最多能够表示 128 个不同的字符。如下图所示ASCII 码包括英文字母的大小写、数字 0-9 、一些标点符号,以及一些控制字符(如换行符和制表符)。
![ASCII 码](character_encoding.assets/ascii_table.png)

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@ -6,7 +6,7 @@
**逻辑结构揭示了数据元素之间的逻辑关系**。在数组和链表中,数据按照顺序依次排列,体现了数据之间的线性关系;而在树中,数据从顶部向下按层次排列,表现出祖先与后代之间的派生关系;图则由节点和边构成,反映了复杂的网络关系。
逻辑结构可被分为“线性”和“非线性”两大类。线性结构比较直观,指数据在逻辑关系上呈线性排列;非线性结构则相反,呈非线性排列。
如下图所示,逻辑结构可被分为“线性”和“非线性”两大类。线性结构比较直观,指数据在逻辑关系上呈线性排列;非线性结构则相反,呈非线性排列。
- **线性数据结构**:数组、链表、栈、队列、哈希表。
- **非线性数据结构**:树、堆、图、哈希表。
@ -25,13 +25,13 @@
**在算法运行过程中,相关数据都存储在内存中**。下图展示了一个计算机内存条,其中每个黑色方块都包含一块内存空间。我们可以将内存想象成一个巨大的 Excel 表格,其中每个单元格都可以存储一定大小的数据,在算法运行时,所有数据都被存储在这些单元格中。
**系统通过内存地址来访问目标位置的数据**。计算机根据特定规则为表格中的每个单元格分配编号,确保每个内存空间都有唯一的内存地址。有了这些地址,程序便可以访问内存中的数据。
**系统通过内存地址来访问目标位置的数据**如下图所示,计算机根据特定规则为表格中的每个单元格分配编号,确保每个内存空间都有唯一的内存地址。有了这些地址,程序便可以访问内存中的数据。
![内存条、内存空间、内存地址](classification_of_data_structure.assets/computer_memory_location.png)
内存是所有程序的共享资源,当某块内存被某个程序占用时,则无法被其他程序同时使用了。**因此在数据结构与算法的设计中,内存资源是一个重要的考虑因素**。比如,算法所占用的内存峰值不应超过系统剩余空闲内存;如果缺少连续大块的内存空间,那么所选用的数据结构必须能够存储在离散的内存空间内。
**物理结构反映了数据在计算机内存中的存储方式**,可分为连续空间存储(数组)和离散空间存储(链表)。物理结构从底层决定了数据的访问、更新、增删等操作方法,同时在时间效率和空间效率方面呈现出互补的特点。
如下图所示,**物理结构反映了数据在计算机内存中的存储方式**,可分为连续空间存储(数组)和离散空间存储(链表)。物理结构从底层决定了数据的访问、更新、增删等操作方法,同时在时间效率和空间效率方面呈现出互补的特点。
![连续空间存储与离散空间存储](classification_of_data_structure.assets/classification_phisical_structure.png)

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@ -8,12 +8,14 @@
在上一节的表格中我们发现,所有整数类型能够表示的负数都比正数多一个,例如 `byte` 的取值范围是 $[-128, 127]$ 。这个现象比较反直觉,它的内在原因涉及到原码、反码、补码的相关知识。
实际上**数字是以“补码”的形式存储在计算机中的**。在分析这样做的原因之前,我们首先给出三者的定义:
首先需要指出**数字是以“补码”的形式存储在计算机中的**。在分析这样做的原因之前,我们首先给出三者的定义:
- **原码**:我们将数字的二进制表示的最高位视为符号位,其中 $0$ 表示正数,$1$ 表示负数,其余位表示数字的值。
- **反码**:正数的反码与其原码相同,负数的反码是对其原码除符号位外的所有位取反。
- **补码**:正数的补码与其原码相同,负数的补码是在其反码的基础上加 $1$ 。
下图展示了原吗、反码和补码之间的转换方法。
![原码、反码与补码之间的相互转换](number_encoding.assets/1s_2s_complement.png)
「原码 true form」虽然最直观但存在一些局限性。一方面**负数的原码不能直接用于运算**。例如在原码下计算 $1 + (-2)$ ,得到的结果是 $-3$ ,这显然是不对的。
@ -21,9 +23,9 @@
$$
\begin{aligned}
& 1 + (-2) \newline
& = 0000 \space 0001 + 1000 \space 0010 \newline
& \rightarrow 0000 \space 0001 + 1000 \space 0010 \newline
& = 1000 \space 0011 \newline
& = -3
& \rightarrow -3
\end{aligned}
$$
@ -44,8 +46,8 @@ $$
$$
\begin{aligned}
+0 & = 0000 \space 0000 \newline
-0 & = 1000 \space 0000
+0 & \rightarrow 0000 \space 0000 \newline
-0 & \rightarrow 1000 \space 0000
\end{aligned}
$$
@ -53,7 +55,7 @@ $$
$$
\begin{aligned}
-0 = \space & 1000 \space 0000 \space \text{(原码)} \newline
-0 \rightarrow \space & 1000 \space 0000 \space \text{(原码)} \newline
= \space & 1111 \space 1111 \space \text{(反码)} \newline
= 1 \space & 0000 \space 0000 \space \text{(补码)} \newline
\end{aligned}
@ -121,9 +123,9 @@ $$
\end{aligned}
$$
![IEEE 754 标准下的 float 表示方式](number_encoding.assets/ieee_754_float.png)
![IEEE 754 标准下的 float 的计算示例](number_encoding.assets/ieee_754_float.png)
给定一个示例数据 $\mathrm{S} = 0$ $\mathrm{E} = 124$ $\mathrm{N} = 2^{-2} + 2^{-3} = 0.375$ ,则有:
观察上图,给定一个示例数据 $\mathrm{S} = 0$ $\mathrm{E} = 124$ $\mathrm{N} = 2^{-2} + 2^{-3} = 0.375$ ,则有:
$$
\text { val } = (-1)^0 \times 2^{124 - 127} \times (1 + 0.375) = 0.171875
@ -133,7 +135,7 @@ $$
**尽管浮点数 `float` 扩展了取值范围,但其副作用是牺牲了精度**。整数类型 `int` 将全部 32 位用于表示数字,数字是均匀分布的;而由于指数位的存在,浮点数 `float` 的数值越大,相邻两个数字之间的差值就会趋向越大。
进一步地,指数位 $E = 0$ 和 $E = 255$ 具有特殊含义,**用于表示零、无穷大、$\mathrm{NaN}$ 等**。
如下表所示,指数位 $E = 0$ 和 $E = 255$ 具有特殊含义,**用于表示零、无穷大、$\mathrm{NaN}$ 等**。
<p align="center"> 表:指数位含义 </p>