数据结构课程报告书.docx
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数据结构课程报告书
《数据结构》
课程设计报告书
设计题目:
安排教学计划
专业:
计算机科学与技术(师范)
班级:
10级1班
姓名:
关莹(李瑞男)
******
1、问题描述
学校每个学期开设的课程是有先后顺序的,如计算机专业:
开设《数据结构》课程之前,必须先开设《C语言程序设计》和《离散数学》课程,这种课程开设的先后顺序关系称为先行、后继课程关系。
现在需要根据给定的课程信息及课程之间的先行、后继关系,合理安排出开设各门课程的先后顺序。
2、基本要求
1)对输入的课程先行、后继关系如果存在回路关系时应提示出现错误。
2)根据读入的课程信息及其先行、后继关系,计算出安排教学计划的序列。
3)输出教学计划的安排顺序或给出错误提示信息。
3、测试数据
正确结果:
输入:
顶点数6,弧数7。
顶点为A、B、C、D、E、F。
顶点关系为AB、AC、BC、CD、CE、DE、EF。
输出:
A->B->C->D->E->F
错误结果
1)输入:
顶点数1,弧数5。
输出:
顶点数或弧数不正确,有向图建立失败!
2)输入:
顶点数6,弧数8。
顶点为A、B、C、D、E、F。
顶点关系为AB、AG。
输出:
顶点G不存在,有向图建立失败!
3)输入:
顶点数6,弧数8。
顶点为A、B、C、D、E、F。
顶点关系为AB、AC、BC、CD、CE、DE、EF、FD。
输出:
该有向图有回路,无法完成拓扑排序。
4、算法思想
1、采用邻接表存储结构实现有向图;有向图需通过顶点数、弧数、顶点以及弧等信息建立。
2、拓扑排序算法voidTopologicalSort(ALGraphG)中,先输出入度为零的顶点,然后输出新的入度为零的顶点,此操作利用栈实现。
3、拓扑排序算法voidTopologicalSort(ALGraphG),大体思想为:
1)遍历有向图各顶点的入度,将所有入度为零的顶点入栈;
2)栈非空时,输出一个顶点,并对输出的顶点数计数;
3)该顶点的所有邻接点入度减一,若减一后入度为零则入栈;
4)重复2)、3),直到栈空,若输出的顶点数与图的顶点数相等则该图可拓扑排序,否则图中有环;
5、模块划分
1、顺序栈操作
1)voidInitstack(ssqstack*S)
功能:
初始化顺序栈
2)intemptystack(sqstackS)
功能:
判断栈空。
栈空返回1;栈非空返回0
3)intpush(sqstack*S,ElemTypee)
功能:
元素入栈
4)intpop(sqstack*S,ElemType*e)
功能:
元素出栈
2、有向图(DAG)邻接表存储结构(ALG)的操作
1)intLocateVex(ALGraphG,VertexTypev)
功能:
顶点在头结点数组中的定位
2)intCreateGraph(ALGraph*G)
功能:
建立图。
函数内包含了由用户输入顶点数、弧数、顶点以及弧的操作
错误判断:
包含顶点数、弧数是否正确的判断;包含用户输入的弧的顶点是否存在的判断
3)voidPrintGraph(ALGraphG)
功能:
输出有向图
4)intCreateGraph2(ALGraph*G)
功能:
建立预置课程图(输出函数内预置课程信息,并自动建立有向图)图建立成功返回1;图建立失败返回0
错误判断:
包含顶点数、弧数是否正确的判断。
包含弧的顶点是否存在的判断
3、拓扑排序
1)voidTopologicalSort(ALGraphG)
功能:
实现拓扑排序
错误判断:
包含有向图是否有回路的判断
4、主函数
voidmain()
功能:
主函数。
利用while语句和switch语句实现菜单化调用函数
各模块之间的调用关系图:
6、数据结构
1、顺序栈的存储类型为:
typedefintElemType;
typedefstructQNode
{inttop;
ElemType*base;
Intstacksize;
}QNode,sqstack;
理由:
用栈来存储入度为0的顶点,符合栈先进后出的特点。
2、图的类型(邻接表存储结构)为:
typedefcharVertexType[20];//顶点信息(名称)
typedefstructArcNode//链表结点
{intvexpos;//该弧所指向的顶点在数组中的位置
structArcNode*next;//指向当前起点的下一条弧的指针
}ArcNode;
typedefstructVNode//头结点
{VertexTypename;//顶点信息(名称)
intindegree;//顶点入度
ArcNode*firstarc;//指向当前顶点的第一条弧的指针
}VNode,AdjList[MAXVEX];
typedefstruct
{AdjListvexhead;//邻接表头结点数组
intvexnum,arcnum;//图的顶点数和弧数
}ALGraph;
理由:
此程序的有向图为稀疏图,符合邻接表的特点。
7、源程序
(1)程序中包括的文件清单:
1.c
(2)文件中包括的函数清单:
1)顺序栈:
voidInitstack(ssqstack*S)
2)有向图邻接表:
voidPrintGraph(ALGraphG)
intCreateGraph2(ALGraph*G)
3)拓扑排序:
voidTopologicalSort(ALGraphG)
(3)源程序
#include"stdlib.h"
#include"stdio.h"
#include"string.h"//字符数组
/*******************************************/
/*以下为顺序栈操作*/
/*******************************************/
/*定义顺序栈类型*/
#defineMAXNUM30
#defineINITSIZE100
typedefintElemType;
typedefstructQNode
{inttop;
ElemType*base;
intstacksize;
}QNode,sqstack;
/*1.初始化*/
voidInitstack(sqstack*S)
{S->base=(ElemType*)malloc(INITSIZE*sizeof(ElemType));
S->top=0;
S->stacksize=INITSIZE;
}
/*2.判断栈空*/
intemptystack(sqstackS)
{if(S.top==0)
return1;
else
return0;}
/*3.入栈*/
intpush(sqstack*S,ElemTypee)
{
if(S->top>=S->stacksize);
{S->base=(ElemType*)realloc(S->base,(S->stacksize+1)*sizeof(ElemType));
if(!
S->base)return0;
S->stacksize++;
}
S->base[S->top++]=e;
return1;
}
/*4.出栈*/
intpop(sqstack*S,ElemType*e)//*e记录出栈元素的变量
{//inti;
if(S->top==0)return0;
*e=S->base[--S->top];
return1;
}
/****************************************************/
/*以下为有向图(DAG)邻接表存储结构(ALG)的操作*/
/****************************************************/
#defineMAXVEX30//最大顶点个数
#defineMAXNAME20
typedefcharVertexType[20];//顶点信息(名称)
/*图的类型定义(邻接表存储结构)*/
typedefstructArcNode//链表结点
{intvexpos;//该弧所指向的顶点在数组中的位置
structArcNode*next;//指向当前起点的下一条弧的指针
}ArcNode;
typedefstructVNode//头结点
{VertexTypename;//顶点信息(名称)
intindegree;//顶点入度
ArcNode*firstarc;//指向当前顶点的第一条弧的指针
}VNode,AdjList[MAXVEX];
typedefstruct
{AdjListvexhead;//邻接表头结点数组
intvexnum,arcnum;//图的顶点数和弧数
}ALGraph;
/*5.顶点在头结点数组中的定位*/
intLocateVex(ALGraphG,VertexTypev)//G带操作的图;v要在图中定位的顶点
{inti;
for(i=0;iif(strcmp(v,G.vexhead[i].name)==0)break;
returni;}//顶点存在则返回在头结点数组中的下标;否则返回图的定点数
/*6.建立图(邻接表)*/
intCreateGraph(ALGraph*G)//成功建立返回1,不成功则返回0
{inti,j,k;VertexTypev1,v2;ArcNode*newarc;
printf("\n输入有向图顶点数和弧数vexnum,arcnum:
");//输入顶点数和弧数
scanf("%d,%d",&(*G).vexnum,&(*G).arcnum);//输入并判断顶点数和弧数是否正确
if((*G).vexnum<0||(*G).arcnum<0||(*G).arcnum>(*G).vexnum*((*G).vexnum-1))
{printf("\n顶点数或弧数不正确,有向图建立失败!
\n");return0;}
printf("\n输入%d个顶点:
",(*G).vexnum);//输入顶点名称
for(i=0;i<(*G).vexnum;i++)
{scanf("%s",(*G).vexhead[i].name);}
printf("\n顶点列表:
\n共有%d个顶点:
",(*G).vexnum);//输出顶点名称
for(i=0;i<(*G).vexnum;i++)
printf("%s",(*G).vexhead[i].name);
for(i=0;i<(*G).vexnum;i++)//邻接表初始化
{(*G).vexhead[i].firstarc=NULL;
(*G).vexhead[i].indegree=0;}
printf("\n\n输入%d条边:
vivj\n",(*G).arcnum);//输入有向图的边
for(k=0;k<(*G).arcnum;k++)
{scanf("%s%s",v1,v2);//v1是弧的起点(先决条件),v2是弧的终点
i=LocateVex(*G,v1);j=LocateVex(*G,v2);//定位顶点并判断顶点是否存在
if(i>=(*G).vexnum)
{printf("顶点%s不存在,有向图建立失败!
\n",v1);return0;}if(j>=(*G).vexnum)
{printf("顶点%s不存在,有向图建立失败!
\n",v2);return0;}
newarc=(ArcNode*)malloc(sizeof(ArcNode));//前插法建顶点链表
newarc->vexpos=j;
if((*G).vexhead[i].firstarc==NULL)
{newarc->next=NULL;
(*G).vexhead[i].firstarc=newarc;}
else
{newarc->next=(*G).vexhead[i].firstarc->next;
(*G).vexhead[i].firstarc->next=newarc;}
(*G).vexhead[j].indegree++;//对应顶点入度计数加1
}
printf("\n有向图建立成功!
\n");
return1;
}
/*7.按邻接表方式输出有向图*/
voidPrintGraph(ALGraphG)
{inti;ArcNode*p;
printf("\n输出有向图:
\n");
for(i=0;i{printf("\n顶点:
%s",G.vexhead[i].name);
printf("入度:
%3d\n",G.vexhead[i].indegree);
p=G.vexhead[i].firstarc;
printf("邻接点:
");
while(p!
=NULL)
{printf("%s",G.vexhead[p->vexpos].name);
p=p->next;}
printf("\n");
}
}
//为避免演示时要输入过多数据,以下函数将课程编号、课程间的先后关系通过数组预置
/*8.建立预置课程图(邻接表)*/
intCreateGraph2(ALGraph*G)//成功建立返回1,不成功则返回0
{inti,j,k;VertexTypev1,v2;ArcNode*newarc;
VertexTypeSubjectName[12]={"C1","C2","C3","C4",//课程名称
"C5","C6","C7","C8",
"C9","C10","C11","C12"},
RelationV1[16]={"C1","C1","C2","C1",//基础课
"C3","C4","C11","C5",
"C3","C3","C6","C9",
"C9","C9","C10","C11"},
RelationV2[16]={"C2","C3","C3","C4",//以上面课程为基础的课
"C5","C5","C6","C7",
"C7","C8","C8","C10",
"C11","C12","C12","C12",};
//********************************************************************
//system("PAUSE");
(*G).vexnum=12;(*G).arcnum=16;
if((*G).vexnum<0||(*G).arcnum<0||(*G).arcnum>(*G).vexnum*((*G).vexnum-1))
{printf("\n课程数或先后关系不正确,有向图建立失败!
\n");
return0;}//判断课程数和弧数是否正确
for(i=0;i<(*G).vexnum;i++)
{strcpy((*G).vexhead[i].name,SubjectName[i]);}
for(i=0;i<(*G).vexnum;i++)//邻接表初始化
{(*G).vexhead[i].firstarc=NULL;
(*G).vexhead[i].indegree=0;}
for(k=0;k<(*G).arcnum;k++)
{strcpy(v1,RelationV1[k]);strcpy(v2,RelationV2[k]);
i=LocateVex(*G,v1);j=LocateVex(*G,v2);//定位课程并判断课程是否存在
if(i>=(*G).vexnum)
{printf("课程%s不存在,有向图建立失败!
\n",v1);return0;}
if(j>=(*G).vexnum)
{printf("课程%s不存在,有向图建立失败!
\n",v2);return0;}
newarc=(ArcNode*)malloc(sizeof(ArcNode));//前插法建课程链表
newarc->vexpos=j;
if((*G).vexhead[i].firstarc==NULL)
{newarc->next=NULL;
(*G).vexhead[i].firstarc=newarc;}
else
{newarc->next=(*G).vexhead[i].firstarc->next;
(*G).vexhead[i].firstarc->next=newarc;}
(*G).vexhead[j].indegree++;//对应课程入度计数加1
}
printf("\n有向图建立成功!
\n");
return1;
}
/**********************************/
/*以下为拓扑排序算法*/
/**********************************/
/*9.拓扑排序*/
voidTopologicalSort(ALGraphG)
{inti,k,count;ElemTypee;ArcNode*p;//弧结点,指向边表结点的指针
sqstackS;/*定义栈*/
Initstack(&S);
for(i=0;iif(!
G.vexhead[i].indegree)push(&S,i);
count=0;//对输出课程计数变量初始化
printf("\n\n\n以上课程的一个拓扑排序序列为:
\n");
while(!
emptystack(S))
{pop(&S,&e);//先将入度为零的课程输出
printf("%s->",G.vexhead[e].name);
count++;//对输出的顶点计数
for(p=G.vexhead[e].firstarc;p;p=p->next)//遍历当前课程的邻接点
{k=p->vexpos;//邻接点位置
if(!
(--G.vexhead[k].indegree))//每个邻接点入度减1后若为零则入栈
push(&S,k);
}
}
printf("\n");
if(count{printf("\n该有向图有回路,无法完成拓扑排序!
\n");}
}
voidmain()
{ALGraphG;intmenu;
while
(1){
printf("\n**********************************************\n");
printf("*1.建立有向图并求一个拓扑排序序列*\n");
printf("*2.清屏*\n");
printf("*3.退出*\n");
printf("**********************************************\n");
printf("请输入你的选择:
");
scanf("%d",&menu);
switch(menu){
case1:
if(CreateGraph(&G))//有向图建成则执操作
{system("PAUSE");//暂停,等待用户按键
PrintGraph(G);system("PAUSE");//按邻接表方式输出有向图
TopologicalSort(G);}//拓扑排序
break;
case2:
system("CLS");//清屏
break;
case3:
return;//退出当前函数,返回调用点
}
}
}
8、界面设计
运行程序后显示菜单,选择1建立有向图并求出一个拓扑排序序列。
根据提示输入有向图定点数和弧数vexnum,arcnum。
输入顶点,然后再输入边。
程序会根据用户所输入的数据输出每个定点的入度、邻接点及拓扑排序结果。
选择2为清屏,选择3为退出程序。
9、运行与测试
1.主界面
2.选择1建立有向图并求一个拓扑排序序列,输入顶点并输出。
3.输入有向图的弧,有向图建立成功。
4.输出各顶点的入度及邻接点
5.根据用户的输入信息输出一个拓扑排序序列
6.若输入错误的顶点和弧数信息
7.若输入弧的顶点不存在
8.若存在回路
10、总结
(1)邻接表:
占用空间少,节省空间。
有向图容易求顶点出度。
求入度不容易,要遍历整个表。
拓扑排序:
可以让许多混乱无序的点变得容易扩展。
(2)邻接表:
T(n)=O(e)S(n)=O(n+e)
(3)还可以用队列来存储入度为0的点,利用邻接矩阵存储邻接点;
(4)功能拓展:
可以输出有向图各个顶点及其入度数与邻接点,让用户一目了然。
(5)帮助:
让用户自己输入一个拓扑序列,程序对其正确与否进行检测。
11、思考与感悟
刚开始不知道从哪里入手,后来根据老师给的提示,自己也查阅了一些有关拓扑排序的资料,渐渐地理出了头绪。
有时候错误很多,但只要改对一个地方就没有错误了。
通过课程设计,我们对图的概念、拓扑排序有了新的认识。
无论是从学习上还是从自身角度,都得到了很大的提高。
发现了许多在理论学习中无法发现的问题。
同时,通过自己的努力,顺利的解决了这些问题,这也是一种磨砺。
这次课程设计,为我们提供了与众不同的学习方法和学习机会。
通过c语言完成课程设计,让我们从传统上的被动授学,转变为主动求学。
形成了在实践中学习的能力,增强了领悟能力和解决问题能力。