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数据结构稀疏矩阵课程设计.docx

数据结构稀疏矩阵课程设计

安徽理工大学

数据结构

课程设计说明书

 

题目:

稀疏矩阵的运算

 

院系:

计算机科学与工程学院

专业班级:

计算机10-*班

学号:

201030****

学生姓名:

******  

指导教师:

 

2011年12月28日

 

安徽理工大学课程设计(论文)任务书

计算机科学与工程学院

学号

201030****

学生姓名

*****

专业(班级)

计10-*

设计题目

稀疏矩阵的运算

系统平台:

WindowsXP

开发工具:

MicrosoftVisualC++6.0

(1)存储结构选择三元组存储方式;

(2)实现一个稀疏矩阵的转置运算;

(3)实现两个稀疏矩阵的加法运算;

(4)实现两个稀疏矩阵的减法运算;

(5)实现两个稀疏矩阵的乘法运算。

课程设计报告要求不少于3000字。

源程序要求不少于300行

11月9日-11月22日查找相关资料

11月23日-11月26日DOS菜单界面设计

11月27日-12月5日设计算法

12月6日-12月20日编写代码

12月21日-12月28日撰写实验报告

[1]秦锋.数据结构(C语言版).北京:

清华大学出版社,2011

[2]温秀梅,丁学均.VisualC++面向对象程序设计.北京:

清华大学出版社,2009

[3]何钦铭,颜晖.C语言程序设计.北京:

高等教育出版社,2008

 

指导教师签字

教研室主任签字

2011年11月8日

学生姓名:

*****学号:

201030****专业班级:

计10-*

课程设计题目:

稀疏矩阵的运算

指导教师评语:

 

 

成绩:

 

指导教师:

年月日

安徽理工大学课程设计(论文)成绩评定表

目  录

1问题描述1

2需求分析1

3总体设计2

3.1Matrix结构的定义2

3.2系统流程图3

4详细设计4

4.1“菜单”界面4

4.2建立矩阵4

4.3显示矩阵6

4.4矩阵的转置7

4.5矩阵的加法运算8

4.6矩阵的减法运算9

4.7矩阵的乘法运算9

5程序运行11

5.1输入矩阵11

5.2矩阵转置11

5.3矩阵加法12

5.4矩阵减法12

5.5矩阵乘法12

5.6退出及错误提示13

6总结13

参考文献14

1问题描述

(1)题目内容:

设计稀疏矩阵运算系统实现两个稀疏矩阵的加法、减法、乘法以及转置操作。

(2)基本要求:

1 存储结构选择三元组存储方式;

2 实现一个稀疏矩阵的转置运算;

3 实现两个稀疏矩阵的加法运算;

4 实现两个稀疏矩阵的减法运算;

5 实现两个稀疏矩阵的乘法运算。

(3)设计目的:

通过本次课程设计,了解稀疏矩阵的一些基本运算操作,并通过相关的程序代码实现。

2需求分析

经过本次的课程设计,我认为稀疏矩阵运算系统主要实现的功能如下:

(1)建立矩阵:

只有先建立了矩阵,才能够对矩阵进行运算操作,包括建立矩阵A和矩阵B;

(2)转置运算操作:

对矩阵A或者矩阵B进行转置运算,输出相应的转置矩阵;

(3)四则运算操作:

该步骤由两个矩阵同时参与,对其进行加法运算(A+B)、减法运算(A-B)以及乘法运算(A*B和B*A);

(4)退出:

当做完矩阵的运算操作之后,就可以点击它退出该界面。

在这次设计中用到了一些变量和函数,例如:

voidDisplay(MatrixM);intMax(inti,intj);MatrixZero(MatrixM)等,下面会做进一步详细的介绍。

3总体设计

3.1Matrix结构的定义

structMatrix{

intH;//矩阵的行数

intL;//矩阵的列数

intfly;//矩阵中的非零元个数

intzhi[Maxsize][Maxsize];//非零元值[所在行][所在列]

};

操作集合:

(1)MatrixEnter(MatrixM);//建立矩阵M

(2)voidDisplay(MatrixM);//显示矩阵M

(3)voidTranspose(MatrixM);//M矩阵的转置

(4)voidAdd(MatrixM,MatrixN);//求和运算A+B

(5)voidSub(MatrixM,MatrixN);//求差运算A-B

(5)voidMulti(MatrixM,MatrixN);//求积运算A*B

(6)intMax(inti,intj);//求最大值

(7)MatrixZero(MatrixM);//矩阵所有元素赋值为0

 

3.2系统流程图

该运算系统的系统流程图如图1所示:

图1系统流程图

4详细设计

4.1“菜单”界面

进入稀疏矩阵运算系统后的“菜单”界面如图2所示。

图2“菜单”界面

4.2建立矩阵

矩阵在建立之后才能够进行运算操作,建立矩阵A和矩阵B,调用函数Enter(M),首先根据所输入的矩阵M的行数H和列数L,建立H*L的矩阵M,并且调用函数Zero(M)将其所有元素均赋值为0;其次再根据所输入矩阵M的非零元个数fly做循环控制变量,按提示输入非零元所在的行h和列l以及非零元的值,如果输入的行h或者列l大于矩阵M的行H或列L,则提示输入错误;最后将非零元的值保存在矩阵M中的相应位置。

程序如下:

MatrixEnter(MatrixM)//建立矩阵

{

cout<<"请输入矩阵的行数和列数:

";

cin>>M.H>>M.L;

cout<<"请输入矩阵的非零元个数:

";

cin>>M.fly;

cout<

if(M.fly>(M.H*M.L))

{

cout<<"非零元个数多于矩阵元素总数,请重新输入!

"<

cout<<"请重新输入矩阵的非零元个数:

";

cin>>M.fly;

}

M=Zero(M);

inth;

intl;

for(intn=1;n<=M.fly;n++)//输入非零元所在的行、列和值

{

cout<<"请输入第"<

";

cin>>h>>l;

if(h>M.H||l>M.L)//行列输入错误提示

{

cout<<"行列输入错误,请重新输入:

"<

cout<<"请重新输入第"<

";

cin>>h>>l;

}

cout<<"请输入该非零元的值:

";

cin>>M.zhi[h][l];

cout<

}

returnM;

}

注:

该函数中调用的Zero()函数的功能为将矩阵M根据行数H和列数L把所有的元素赋值为0,代码如下:

MatrixZero(MatrixM)//矩阵所有元素赋值为0

{

for(inti=1;i<=M.H;i++)

for(intj=1;j<=M.L;j++)

M.zhi[i][j]=0;

returnM;

}

4.3显示矩阵

建立好矩阵以后,为了验证所建立的矩阵是否成功,以及在后期运算时矩阵的显示,设计该函数,能更直观的看到输入以及输出的矩阵,代码如下:

voidDisplay(MatrixM)//显示矩阵

{

intcount=0;

cout<<"矩阵为:

"<

for(inti=1;i<=M.H;i++)

for(intj=1;j<=M.L;j++)

{

printf("%-4d",M.zhi[i][j]);

count++;

if(count==M.L)

{

cout<

count=0;

}

}

cout<

}

4.4矩阵的转置

该函数实现的是矩阵A或矩阵B的转置操作,通过对矩阵的行和列进行调换,利用for()循环语句实现对矩阵A或矩阵B的转置,其代码如下:

voidTranspose(MatrixM)//矩阵转置

{

C.H=M.L;

C.L=M.H;

cout<<"原来的";

Display(M);

for(inti=1;i<=M.L;i++)

for(intj=1;j<=M.H;j++)

{

C.zhi[i][j]=M.zhi[j][i];

}

cout<<"转置后的";

Display(C);

}

4.5矩阵的加法运算

实现两个矩阵之间的加法运算,即A+B,其代码如下:

voidAdd(MatrixM,MatrixN)//A+B

{

intn1=Max(M.H,N.H);

intn2=Max(M.L,N.L);

C.H=n1;

C.L=n2;

C=Zero(C);

for(inti=1;i<=n1;i++)

for(intj=1;j<=n2;j++)

{

C.zhi[i][j]=M.zhi[i][j]+N.zhi[i][j];

}

cout<<"A+B的运算结果";

Display(C);

}

4.6矩阵的减法运算

实现两个矩阵之间的减法运算,即A-B,其代码如下:

voidSub(MatrixM,MatrixN)//A-B

{

intn1=Max(M.H,N.H);

intn2=Max(M.L,N.L);

C.H=n1;

C.L=n2;

C=Zero(C);

for(inti=1;i<=n1;i++)

for(intj=1;j<=n2;j++)

{

C.zhi[i][j]=M.zhi[i][j]-N.zhi[i][j];

}

cout<<"A-B的运算结果";

Display(C);

}

4.7矩阵的乘法运算

实现两个矩阵之间的乘法运算,即A*B,如果矩阵A的列数和矩阵B的行数不相同,则无法进行乘法运算,系统会提示错误,其代码如下:

voidMulti(MatrixM,MatrixN)//A*B

{

if(M.L!

=N.H)

{

cout<<"矩阵A的列数和矩阵B的行数不相同,无法进行乘法运算!

\n";

}

else

if(M.L==N.H)

{

C.H=M.H;

C.L=N.L;

C=Zero(C);

for(inti=1;i<=Maxsize;i++)

for(intj=1;j<=Maxsize;j++)

for(intk=1;k<=Maxsize;k++)

{

C.zhi[i][j]+=M.zhi[i][k]*N.zhi[k][j];

}

cout<<"运算结果";

Display(C);

}

}

5程序运行

5.1输入矩阵

运行该运算系统,进入“菜单”选项以后,输入“1”,选择“输入矩阵A”,运算结果如图3所示;输入“2”,选择“输入矩阵B”,运算结果如图4所示:

图3输入矩阵A图4输入矩阵B

5.2矩阵转置

输入矩阵A和矩阵B以后,在“菜单”提示下,输入“3”,进行矩阵A的转置,运算结果如图5所示;输入“4”,进行矩阵B的转置,运算结果如图6所示:

图5矩阵A的转置图6矩阵B的转置

5.3矩阵加法

在“菜单”提示下,输入“5”,进行两个矩阵的加法运算,即A+B,运算结果如图7所示:

图7矩阵加法

5.4矩阵减法

在“菜单”提示下,输入“6”,进行两个矩阵的加法运算,即A-B,运算结果如图8所示:

图8矩阵减法

5.5矩阵乘法

在“菜单”提示下,输入“7”,进行两个矩阵的第一种乘法运算,即A*B,运算结果如图9所示;输入“8”,进行两个矩阵的第二种乘法运算,即B*A,运算结果如图10所示:

图9矩阵乘法1(A*B)图10矩阵乘法2(B*A)

5.6退出及错误提示

算法在运行时还有退出及错误提示功能,在“菜单”提示下,输入“0”则退出系统,如图11所示;若输入0-8以外的数字,则会出现错误提示,如图12所示:

图11退出图12错误提示

6总结

通过对数据结构这门课的学习,我了解到:

“数据结构”在计算机科学中是一门综合性的专业基础课。

而我们现在所学的数据结构是C语言版的,是建立在C语言基础之上的,若是C语言基础知识不牢固,要想学好数据结构这门课程是有一定的困难的。

所以在学习数据结构这门课程的时候,也顺便复习了C语言的相关内容,加深了我对C语言的理解和应用,并且也深深体会到了数据结构这门课程的重要性。

在本次课程设计过程中,我体会到自己所学的东西太少了,很多都不知道,也遇到了不少实际问题,使我发现了在学习过程中的不足。

这次课程设计,我本来打算做的是MFC可视化的人机友好界面,但是由于在程序设计以及运行时出现了太多目前无法解决的问题,只好退而求其次,应用了DOS界面来完成本次课程设计。

在代码设计时,也出现了一些基本的C语言语法错误,如函数的嵌套定义等,在老师和同学的帮助下都一一解决了,这也反映了我C语言基础知识的不扎实,以后应在学习过程中加强这方面的学习。

通过本次课程设计,我对数据结构这门课有了进一步的理解。

数据结构这门课最主要的内容在于算法思想,而程序编写次之。

在编写程序时,如果算法思想

是正确的,那么这个程序就已经成功了一多半。

算法思想在数据结构中占有重要地位,如果说C语言是数据结构这座程序大厦的根基的话,那么算法思想就是构成大厦的一砖一瓦,再好的根基离了砖瓦也构不成大厦。

所以,要想学好数据结构这门课程,平时不只要加强程序的编写,更要多思考算法思想,加强对算法思想的锻炼和理解。

本次课程设计得到了老师和很多同学的帮助,在此一并表示感谢。

 

参考文献

[1]秦锋.数据结构(C语言版).北京:

清华大学出版社,2011

[2]温秀梅,丁学均.VisualC++面向对象程序设计.北京:

清华大学出版社,2009

[3]何钦铭,颜晖.C语言程序设计.北京:

高等教育出版社,2008

出师表

两汉:

诸葛亮

  先帝创业未半而中道崩殂,今天下三分,益州疲弊,此诚危急存亡之秋也。

然侍卫之臣不懈于内,忠志之士忘身于外者,盖追先帝之殊遇,欲报之于陛下也。

诚宜开张圣听,以光先帝遗德,恢弘志士之气,不宜妄自菲薄,引喻失义,以塞忠谏之路也。

  宫中府中,俱为一体;陟罚臧否,不宜异同。

若有作奸犯科及为忠善者,宜付有司论其刑赏,以昭陛下平明之理;不宜偏私,使内外异法也。

  侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等,此皆良实,志虑忠纯,是以先帝简拔以遗陛下:

愚以为宫中之事,事无大小,悉以咨之,然后施行,必能裨补阙漏,有所广益。

  将军向宠,性行淑均,晓畅军事,试用于昔日,先帝称之曰“能”,是以众议举宠为督:

愚以为营中之事,悉以咨之,必能使行阵和睦,优劣得所。

  亲贤臣,远小人,此先汉所以兴隆也;亲小人,远贤臣,此后汉所以倾颓也。

先帝在时,每与臣论此事,未尝不叹息痛恨于桓、灵也。

侍中、尚书、长史、参军,此悉贞良死节之臣,愿陛下亲之、信之,则汉室之隆,可计日而待也

  臣本布衣,躬耕于南阳,苟全性命于乱世,不求闻达于诸侯。

先帝不以臣卑鄙,猥自枉屈,三顾臣于草庐之中,咨臣以当世之事,由是感激,遂许先帝以驱驰。

后值倾覆,受任于败军之际,奉命于危难之间,尔来二十有一年矣。

  先帝知臣谨慎,故临崩寄臣以大事也。

受命以来,夙夜忧叹,恐托付不效,以伤先帝之明;故五月渡泸,深入不毛。

今南方已定,兵甲已足,当奖率三军,北定中原,庶竭驽钝,攘除奸凶,兴复汉室,还于旧都。

此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。

至于斟酌损益,进尽忠言,则攸之、祎、允之任也。

  愿陛下托臣以讨贼兴复之效,不效,则治臣之罪,以告先帝之灵。

若无兴德之言,则责攸之、祎、允等之慢,以彰其咎;陛下亦宜自谋,以咨诹善道,察纳雅言,深追先帝遗诏。

臣不胜受恩感激。

  今当远离,临表涕零,不知所言。

 

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