查找排序实验报告讲解.docx
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查找排序实验报告讲解
《编程实训》
实验报告书
专业：
计算机科学与技术
班级：
151班
学号：
姓名：
指导教师：
日期：
2016年6月30日
目录
一、需求分析…………………………………………………………………………………3
1.任务要求……………………………………………………………………………………3
2.软件功能分析………………………………………………………………………………3
3.数据准备……………………………………………………………………………………3
二、概要设计…………………………………………………………………………………3
1.功能模块图………………………………………………………………………………4
2.模块间调用关系…………………………………………………………………………4
3.主程序模块………………………………………………………………………………5
4.抽象数据类型描述…………………………………………………………………………5
三、详细设计…………………………………………………………………………………6
1.存储结构定义………………………………………………………………………………6
2.各功能模块的详细设计……………………………………………………………………7
四、实现和调试………………………………………………………………………………7
1.主要的算法………………………………………………………………………………7
2.主要问题及解决…………………………………………………………………………8
3.测试执行及结果……………………………………………………………………………8
五、改进………………………………………………………………………………………9
六、附录……………………………………………………………………………………9
1.查找源程序………………………………………………………………………………9
2.排序源程序………………………………………………………………………………9
目录
1 需求分析
1.1 任务要求
对于从键盘随机输入的一个序列的数据，存入计算机内，给出各种查找算法的实现；以及各种排序算法的实现。
1.2 软件功能分析
任意输入n个正整数，该程序可以实现各类查找及排序的功能并将结果输出。
1.3 数据准备
任意输入了5个正整数如下：
1223455678
2 概要设计（如果2，3合并可以省略2.4）
2.1 功能模块图（注：
含功能说明）
2.2 模块间调用关系
2.3 主程序模块
2.4 抽象数据类型描述
存储结构：
数据结构在计算机中的表示（也称映像）叫做物理结构。
又称为存储结构。
数据类型（datatype）是一个“值”的集合和定义在此集合上的一组操作的总称。
3 详细设计
3.1 存储结构定义
查找：
typedefintElemType;
//顺序存储结构
typedefstruct
{
ElemType*elem;//数据元素存储空间基址，建表时按实际长度分配，号单元留空
intlength;//表的长度
}SSTable;
排序：
typedefstruct
{//定义记录类型
intkey;//关键字项
}RecType;
typedefRecTypeSeqList[Max+1];//SeqList为顺序表，表中第0个元素作为哨兵
3.2 各功能模块的详细设计
查找：
voidCreate（SSTable*table,intlength）;//构建顺序表
voidFillTable（SSTable*table）//无序表的输入
intSearch_Seq（SSTable*table,ElemTypekey）;//哨兵查找算法
voidSort（SSTable*table）//排序算法
intSearch_Bin（SSTable*table,ElemTypekey）//二分法查找（非递归）
排序：
voidInsertSort（SeqListR）//对顺序表R中的记录R[1‥n]按递增序进行插入排序
voidBubbleSort（SeqListR）//自下向上扫描对R做冒泡排序
intPartition（SeqListR,inti,intj）//对R[i‥j]做一次划分，并返回基准记录的位置
voidQuickSort（SeqListR,intlow,inthigh）//R[low..high]快速排序
voidSelectSort（SeqListR）//直接选择排序
voidHeapify（SeqListR,intlow,inthigh）//大根堆调整函数
voidMergePass（SeqListR,intlength）//归并排序
4 实现和调试
4.1 主要的算法
查找：
①建立顺序存储结构，构建一个顺序表，实现顺序查找算法。
typedefstruct{
ElemType*elem;//数据元素存储空间基址，建表时按实际长度分配，号单元留空
intlength;//表的长度
}SSTable;
②对顺序表先排序后，实现行二分法查找相关操作。
③定义二叉树节点，根据节点的值进行查找，并且实现节点的插入，删除等操作。
typedefstructBiTnode{//定义二叉树节点
intdata;//节点的值
structBiTnode*lchild,*rchild;
}BiTnode,*BiTree;
④定义哈希表以及要查找的节点元素，创建哈希表，实现其相关查找操作。
typedefstruct{
intnum;
}Elemtype;//定义查找的结点元素
typedefstruct{
Elemtype*elem;//数据元素存储基址
intcount;//数据元素个数
intsizeindex;
}HashTable;//定义哈希表
排序：
2.排序相关实验内容及步骤。
①定义记录类型。
typedefstruct{
intkey;//关键字项
}RecType;
②实现直接插入排序：
每次将一个待排序的记录，按其关键字大小插入到前面已排序好的子文件中的适当位置，直到全部记录插入完成为止。
③实现冒泡排序：
设想被排序的记录数组R[1‥n]垂直排序。
根据轻气泡不能在重气泡之下的原则，从下往上扫描数组R，凡扫描到违反本原则的轻气泡，就使其向上“漂浮”（交换），如此反复进行，直到最后任意两个气泡都是轻者在上，重者在下为止。
④实现快速排序：
在待排序的n个记录中任取一个记录（通常取第一个记录），把该记录作为支点（又称基准记录）（pivot），将所有关键字比它小的记录放置在它的位置之前，将所有关键字比它大的记录放置在它的位置之后（称之为一次划分过程）。
之后对所分的两部分分别重复上述过程，直到每部分只有一个记录为止。
⑤实现直接选择排序：
第i趟排序开始时，当前有序区和无序区分别为R[1‥i-1]和R[i‥n]（1≤i≤n-1），该趟排序则是从当前无序区中选择出关键字最小的记录R[k]，将它与无序区的的第一个记录R[i]交换，有序区增加一个记录，使R[1‥i],和R[i+1‥n]分别为新的有序区和新的无序区。
如此反复进行，直到排序完毕。
⑥实现堆排序：
它是一种树型选择排序，特点是：
在排序的过程中，将R[1‥n]看成是一个完全二叉树的顺序存储结构，利用完全二叉树中双亲结点和孩子结点之间的内在关系，在当前无序区中选择关键字最大（或最小）的记录。
即：
把待排序文件的关键字存放在数组R[1‥n]子中，将R看成是一棵二叉树，每个结点表示一个记录，源文件的第一个记录R[1]作为二叉树的根，以下各记录R[2‥n]依次逐层从左到右排列，构成一棵完全二叉树，任意结点R[i]的左孩子是R[2i]，右孩子是R[2i+1]，双亲是R[i/2]。
⑦实现二路归并排序：
假设初始序列n个记录，则可看成是n个有序的子序列，每个子序列的长度为1，然后两两归并，得到[n/2]个长度为2或1的有序子序列；再两两归并，……，如此重复，直到一个长度为n的有序序列为止。
4.2 主要问题及解决
在实验前对于各种查找和排序的算法不是很熟悉，所以花了一些时间去复习。
有些代码反复测试还是找不出错误，最后也是翻阅了书本并仔细思考才改进了算法并成功测试出了结果。
这次试验大大提升了我对排序算法及查找算法的熟练程度。
4.3 测试执行及结果
查找算法：
任意输入若干正整数并测试如下：
排序算法：
任意输入数字并测试如下：
5 改进
根据提示的代码，经过一系列调试后最终出了结果。
在一开始运行时总是出错，特别是二叉树的测试，代码有些小错误导致测试的时候程序总是出错。
最后改动了一下提高了程序的稳定性并成功运行出了结果。
6附录
【附录1----查找源程序】
#include"iostream"
#include"stdlib.h"
#include"stdio.h"
#include"malloc.h"
#defineMAX11
usingnamespacestd;
typedefintElemType;
//顺序存储结构
typedefstruct
{
ElemType*elem;//数据元素存储空间基址，建表时按实际长度分配，号单元留空
intlength;//表的长度
}SSTable;
voidCreate（SSTable*table,intlength）;
voidDestroy（SSTable*table）;
intSearch_Seq（SSTable*table,ElemTypekey）;
voidTraverse（SSTable*table,void（*visit）（ElemTypeelem））;
voidCreate（SSTable**table,intlength）//构建顺序表
{
SSTable*t=（SSTable*）malloc（sizeof（SSTable））;//分配空间
t->elem=（ElemType*）malloc（sizeof（ElemType）*（length+1））;
t->length=length;
*table=t;
}
voidFillTable（SSTable*table）//无序表的输入
{
ElemType*t=table->elem;
for（inti=0;ilength;i++）//for循环，输入各个元素
{
t++;
scanf（"%d",t）;//输入元素
getchar（）;
}
}
voidDestroy（SSTable*table）//销毁表
{
free（table->elem）;//释放元素空间
free（table）;//释放表的空间
}
voidPrintTable（SSTable*table）//打印查找表
{
inti;//定义变量
ElemType*t=table->elem;
for（i=0;ilength;i++）//进入循环，依次打印表中元素
{
t++;
printf（"%d",*t）;//打印输出
}
printf（"\n"）;
}
intSearch_Seq（SSTable*table,ElemTypekey）//哨兵查找算法
{
table->elem[0]=key;//设置哨兵
intresult=0;//找不到时，返回
inti;
for（i=table->length;i>=1;i--）
{
if（table->elem[i]==key）
{
result=i;
break;
}
}
returnresult;//返回结果
}
voidprintSeq（）
{
SSTable*table;//先设置几个变量
intr;
intn;
ElemTypekey;
printf（"请输入元素个数:
"）;
scanf（"%d",&n）;//输入元素个数
Create（&table,n）;//建立表
printf（"请输入"）;cout<"）;
FillTable（table）;//输入无序表的值
printf（"您输入的%d个值是：
\n",n）;
PrintTable（table）;//打印无序表
printf（"请输入关键字的值:
"）;
scanf（"%d",&key）;
printf（"\n"）;
printf（"顺序查找法运行结果如下：
\n\n"）;
Search_Seq（table,key）;//哨兵查找算法
r=Search_Seq（table,key）;
if（r>0）
{
printf（"关键字%d在表中的位置是：
%d\n",key,r）;//打印关键字在表中的位置
printf（"\n"）;
}
else//查找失败
{
printf（"查找失败，表中无此数据。
\n\n"）;
}
}
voidSort（SSTable*table）//排序算法
{
inti,j;
ElemTypetemp;
for（i=table->length;i>=1;i--）//从前往后找
{
for（j=1;j{
if（table->elem[j]>table->elem[j+1]）
{
temp=table->elem[j];
table->elem[j]=table->elem[j+1];
table->elem[j+1]=temp;
}
}
}
}
intSearch_Bin（SSTable*table,ElemTypekey）//二分法查找（非递归）
{
intlow=1;
inthigh=table->length;
intresult=0;//找不到时，返回
while（low<=high）//low不大于high时
{
intmid=（low+high）/2;
if（table->elem[mid]==key）//如果找到
{
result=mid;
break;
}
elseif（keyelem[mid]）//如果关键字小于mid对应的值
{
high=mid-1;
}
else
{
low=mid+1;
}
}
returnresult;//返回结果
}
voidprintBin（）
{
SSTable*table;//声明变量
intr;
intn;
ElemTypekey;
printf（"请输入元素个数:
"）;
scanf（"%d",&n）;
Create（&table,n）;//建立表
printf（"请输入"）;cout<"）;
FillTable（table）;//输入无序表的值
printf（"您输入的%d个值是：
\n",n）;
PrintTable（table）;//打印无序表
printf（"请输入关键字的值:
"）;
scanf（"%d",&key）;
printf（"\n"）;
Sort（table）;//对无序表进行排序
printf（"数据排序后的顺序如下：
\n\n"）;
PrintTable（table）;//打印有序表
printf（"\n"）;
printf（"二分查找法的运行结果如下：
\n\n"）;
r=Search_Bin（table,key）;//二分（非递归）查找算法
if（r>0）
printf（"关键字%d在表中的位置是：
%d\n",key,r）;
else
{
printf（"查找失败，表中无此数据。
\n\n"）;
}
}
//二叉排序树
typedefstructBiTnode//定义二叉树节点
{
intdata;//节点的值
structBiTnode*lchild,*rchild;//节点的左孩子，节点的右孩子
}BiTnode,*BiTree;
//查找（根据节点的值查找）返回节点指针
BiTreesearch_tree（BiTreeT,intkeyword,BiTree*father）
{
BiTreep;//临时指针变量
*father=NULL;//先设其父亲节点指向空
p=T;//p赋值为根节点（从根节点开始查找）
while（p&&p->data!
=keyword）//如果不是p不指向空且未找到相同值的节点
{
*father=p;//先将父亲指向自己（注意：
这里传过来的father是二级指针）
if（keyworddata）//如果要找的值小于自己的值
p=p->lchild;//就向自己的左孩子开始找
else
p=p->rchild;//否则向自己的右孩子开始查找
}
returnp;//如果找到了则返回节点指针
}
BiTreecreat_tree（intcount）
{
BiTreeT,p;//设置两个临时变量T,p
inti=1;
while（i<=count）
{
if（i==1）//如果i=1，说明还是空树
{
p=（BiTnode*）malloc（sizeof（BiTree））;//使p指向新分配的节点
if（!
p）//分配未成功
returnNULL;
T=p;//分配成功,T=p（这里实际上T就是根节点）
scanf（"%d",&p->data）;//输入p指向节点的值
p->lchild=p->rchild=NULL;//p的左孩子和右孩子都指向空
i++;
}
else
{
inttemp;//如果不是空树
scanf（"%d",&temp）;//输入节点的值
search_tree（T,temp,&p）;//查找节点要插入的位置。
（T是根节点，插入的节点的值，父亲节点的地址）
if（tempdata）//如果插入的值小于父亲节点的值
{
p->lchild=（BiTnode*）malloc（sizeof（BiTnode））;//那么就为父亲节点的左孩子分配一个节点空间，并指向这个空间
if（!
p->lchild）
returnNULL;
p=p->lchild;//分配成功，p指向自己的左孩子
}
else//如果插入的值大于父亲节点的值
{
p->rchild=（BiTnode*）malloc（sizeof（BiTnode））;
if（!
p->rchild）
returnNULL;//分配不成功，退出
p=p->rchild;//p指向自己的右孩子
}
p->data=temp;//新分配的节点的值赋值为插入的值
p->lchild=p->rchild=NULL;//使其左右节点均为NULL
i++;
}
}
returnT;//返回根节点
}
voidInOrder（BiTreeT）
{
if（T）
{
InOrder（T->lchild）;
printf（"%d",T->data）;
InOrder（T->rchild）;
}
}
intinsert_tree（BiTree*T,intelem）//插入（根节点，插入的值）返回-1和,-1代表插入失败，代表成功
{
BiTrees,p,father;
s=（BiTnode*）malloc（sizeof（BiTnode））;//s指向新开辟一个节点
if（!
s）//为开辟成功
return-1;//返回值-1
s->data=elem;//新节点的值赋值为插入的值
s->lchild=s->rchild=NULL;//其左右孩子为空
p=search_tree（*T,elem,&father）;//p赋值为要插入的节点
if（!
p）
return-1;//未开辟成功，返回-1
if（father==NULL）//如果父亲节点指向空，说明是空树
*T=s;//让根节点指向s
elseif（elemdata）//否则如果插入的值小于父亲的值
father->lchild=s;//父亲的左孩子赋值为s
else
father->rchild=s;//否则父亲的右孩子赋值为s
return0;//返回
}
intdelete_tree（BiTree*T,intelem）//删除树结点的操作
{
BiTrees,p,q,father;//声明变量
p=search_tree（*T,elem,&father）;//查找
if（!
p）
return-1;
if（!
p->lchild）//如果p的左孩子为空
{
if（father==NULL）
{
*T=p->rchild;//T指向左孩子
free（p）;//释放p
return0;
}
if（p==father->lchild）//如果p和father的左孩子相等
father->lchild=p->rchild;//将p的左孩子的值赋给father的左孩子
else
father->rchild=p->rchild;//将p的左孩子的值赋给father的右孩子
free（p）;//释放p
return0;
}
else
if（!
p->rchild）
{
if（father==NULL）//如果father为空
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