课程设计报告书9501879.docx

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）课程设计报告课程名称：

数据结构实验报告设计题目：

排序算法实验分析系别：

*专业：

*组别：

*学生姓名:

*起止日期:

2012年5月10日2012年6月22日指导教师:

*承诺书本人郑重声明：

本人所呈交的学术论文，是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学生（签名）：

2012年5月28日目录一、系统功能和结构1.1程序设计目的1.2需求分析1.3概要设计1.3.1主要数据结构描述1.3.2算法分析及程序流程图1.4任务安排二、程序实现2.1模块详细设计2.2核心代码详细解析三、调试与操作说明3.1问题分析与解决3.2程序演示四、设计体会与总结4.1程序不足及功能扩充4.2设计心得参考文献一、系统功能和结构1.1程序设计目的通过编程实现直接插入排序、直接选择排序、气泡排序、Shell排序、快速排序、堆排序、二路归并排序等7种排序算法。

1.2需求分析1）被排序样本为由计算机产生长度为n的随机整数序列，这里n分别取20，100，5002）程序要实现对排序过程中数据比较和移动次数的统计功能3）对程序运行实际结果进行比较分析1.3概要设计1.3.1主要数据结构描述本项目需要用到的主要数据结构：

简单选择排序for（inti=1;i=jj;i+）RA2i=RA1i;for（i=1;ijj;+i）intj=i;for（intk=i+1;k=jj;k+）if（RA2kRA2j）j=k;if（i!

=j）v=RA2j;RA2j=RA2i;RA2i=v;n+;cout排序后的元素为:

endl;for（i=1;i=jj;i+）coutRA2i;coutendl;cout一共移动次数为：

n;冒泡排序for（inti=1;i1）intIndex=1;for（intj=1;jk;j+）if（RA2j+1RA2j）w=RA2j;RA2j=RA2j+1;RA2j+1=w;Index=j;n+;直接插入排序if（RA2iRA2i-1）RA20=RA2i;复制为哨兵for（intj=i-1;RA20RA2j;-j）RA2j+1=RA2j;记录后移RA2j+1=RA20;插入到正确位置n+;快速排序intpivotloc=Huafen（l,-1个记录中再选出关键码最小的记录与第二个记录交换；如此，第i趟，则从第i个记录开始的n-i+1个记录中选出关键码最小的记录与第i个记录交换，直到整个序列按关键码有序。

【效率分析】空间效率：

仅用了一个辅助单元。

时间效率：

简单选择排序中，所需进行记录移动的操作次数较小，其最小值为0，最大值为3（n-1）。

然而，无论记录的初始排列如何，所需进行的关键字之间的比较次数相同，均为n（n-1）2。

因此，总的时间复杂度也是O（n2）。

2.直接插入排序设有n个记录，存放在数组r中，重新安排记录在数组中的存放顺序，使得按关键码有序。

即r1.keyr2.keyrn.key先来看看向有序表中插入一个记录的方法：

设tj，tk=1；2.按步长序列个数k，对序列进行k趟排序；3.每趟排序，根据对应的步长ti，将待排序列分割成若干长度为m的子序列，分别对各子表进行直接插入排序。

仅步长因子为1时，整个序列作为一个表来处理，表长度即为整个序列的长度。

希尔排序时效分析很难，关键码的比较次数与记录移动次数依赖于步长因子序列的选取，特定情况下可以准确估算出关键码的比较次数和记录的移动次数。

目前还没有人给出选取最好的步长因子序列的方法。

步长因子序列可以有各种取法，有取奇数的，也有取质数的，但需要注意：

步长因子中除1外没有公因子，且最后一个步长因子必须为1。

希尔排序方法是一个不稳定的排序方法。

4.冒泡排序冒泡排序方法：

对n个记录的表，第一趟冒泡得到一个关键码最大的记录rn，第二趟冒泡对n-1个记录的表，再得到一个关键码最大的记录rn-1，如此重复，直到n个记录按关键码有序的表。

【效率分析】空间效率：

仅用了一个辅助单元。

时间效率：

总共要进行n-1趟冒泡，对j个记录的表进行一趟冒泡需要j-1次关键码比较。

移动次数：

最好情况下：

待排序列已有序，不需移动。

5.快速排序快速排序是通过比较关键码、交换记录，以某个记录为界（该记录称为支点），将待排序列分成两部分。

其中，一部分所有记录的关键码大于等于支点记录的关键码，另一部分所有记录的关键码小于支点记录的关键码。

我们将待排序列按关键码以支点记录分成两部分的过程，称为一次划分。

对各部分不断划分，直到整个序列按关键码有序。

【效率分析】空间效率：

快速排序是递归的，每层递归调用时的指针和参数均要用栈来存放，递归调用层次数与上述二叉树的深度一致。

因而，存储开销在理想情况下为O（log2n），即树的高度；在最坏情况下，即二叉树是一个单链，为O（n）。

时间效率：

在n个记录的待排序列中，一次划分需要约n次关键码比较，时效为O（n），若设T（n）为对n个记录的待排序列进行快速排序所需时间。

6.堆排序大概思路：

先把待排序的的记录构造成堆，然后通过从堆中不断选出最小元素，从而达到排序的目的。

为了解决初始建堆问题，可以通过把待排序的文件中的记录逐个插入到空堆中。

这样需要另外开辟与原来文件同样大小的SortObject空间。

为了节省空间，可以利用原始文件的空间，反复调用一个称为sift的函数，从后向前逐步把待排序的记录调整成堆。

程序示意图如下：

1.4任务安排在需求分析和数据流图完成后，分配小组任务如下：

姓名具体任务分配*1.直接选择排序编辑，编译以及快速排序数据输入；2.冒泡排序编辑，编译，以及冒泡排序数据输入；3.堆排序编辑，编译，以及冒泡排序数据输入；4.程序整体编码和译码输出到文本；*1.希尔排序代码编辑，编译以及数据输入；2.快速排序编辑，编译以及数据输入；3.插入排序代码编辑，编译以及数据输入4.调试程序，检查错误并改正；二、程序实现2.1模块详细设计根据上面的流程图，下面分析每个模块具体的功能，包括每个模块的参数和得出的结果选择排序模块：

函数名称voidXuanzePaixu（）,入口参数intv,n=0;返回值模块功能选出最小的一个数与第一个位置的数交换；然后在剩下的数当中再找最小的与第二个位置的数交换，如此循环到倒数第二个数和最后一个数比较为止。

冒泡排序模块：

函数名称voidMaopaoPaixu（）;入口参数intw,n=0;返回值1模块功能自上而下对相邻的两个数依次进行比较和调整，让较大的数往下沉，较小的往上冒。

即：

每当两相邻的数比较后发现它们的排序与排序要求相反时，就将它们互换。

堆排序模块：

函数名称voidpaixu:

dui入口参数ints,intm返回值1模块功能把待排序的的记录构造成堆，然后通过从堆中不断选出最小元素，从而达到排序的目的直接插入模块：

函数名称voidCharuPaixu（）入口参数返回值模块功能快速排序模块：

函数名称voidKuaisuPaixu（）入口参数返回值模块功能希尔排序模块：

函数名称voidXierPaixu（）入口参数返回值模块功能2.2核心代码解析classpaixupublic:

voidXuanzePaixu（）;简单选择排序voidMaopaoPaixu（）;冒泡排序voidCharuPaixu（）;直接插入排序intHuafen（intl,int=0;for（inti=1;i=jj;i+）RA2i=RA1i;for（i=2;i=jj;+i）if（RA2iRA2i-1）RA20=RA2i;复制为哨兵for（intj=i-1;RA20RA2j;-j）RA2j+1=RA2j;记录后移RA2j+1=RA20;插入到正确位置n+;cout排序后的元素为:

endl;for（i=1;i=jj;i+）coutRA2i;coutendl;cout一共移动次数为：

n;快速排序intpaixu:

Huafen（intl,intl;返回枢轴的位置Huafenvoidpaixu:

KPaixu（intl,int（l,-1趟。

执行n-1趟，但每一趟只比较一次，移动元素两次，总的比较次数是（n-1），移动元素的次数是2（n-1）次。

故最好情况下的时间复杂度就是O（n）。

如果在最坏情况（非递增）下，则最多比较i次，伴随而来的需要的比较次数也会增多。

由以上运行结果可以看出排序算法的稳定性和其时间复杂度。

多次运行结果后发现选择排序为不稳定的排序。

而且还可分析出稳定排序有直接插入排序和冒泡排序，不稳定排序有选择排序，希尔排序和快速排序。

由排序方法的运行结果可知插入、冒泡排序的速度较慢。

当n较小时，对稳定性不作要求时宜用选择排序，对稳定性有要求时宜用插入或冒泡排序。

当n较大时，关键字元素比较随机，对稳定性没要求宜用快速排序。

快速排序是目前基于比较的内部排序法中被认为是最好的方法。

通过比较他们在不同场合的时间复杂度，得知没有哪一种排序方法是绝对最优的。

有的适用于N较大的情况，有的适用于N较小的情况，因此，在实用时需根据不同情况适当选用，甚至可将多种方法结合起来使用。

4.2设计心得在此次课程设计过程中，从确定题目到完成整个编程工作，通过这次课程设计使我们认识到平时光看书上觉得很简单，自己不亲自动手，这些程序设计的思想永远不会真正理解。

只有把所学的理论知识学好，然后多动手与实践相结合起来，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

这段时间内我遇到了各种各样的问题，比如在设计的过程中发现了自己的薄弱之处，对一些知识的掌握还很欠缺，比如类的结构，链表等。

由于我们这次课程设计确定的题目是各种内排序性能的比较，这就首先要求我必须掌握各种内排序的原理，并且还要把各个排序之间的特点对比结合起来综合考虑。

在实现排序功能编码和编译过程中还没有遇到太大的问题，但在进行移动次数，比较次数和交换次数的统计中一直无法得出想要的最终正确的结果，最后在请教了其他同学和自己上网看视频，查资料之后一步一步解决了。

我发现在程序写好后，用来测试的数据也很重要，要注意选好数据。

争取多选择几次有代表性的数字。

争取多选择几次有代表性的数字，不然就暴露不了一些问题。

这次课程设计，使我对数据结构有了更进一步的认识和了解，要通过不断的实验巩固才能更好地学习它，同时也暴露出我的许多不足之处，对C+的一些库函数知识点，特点等还不太了解，不能清晰，熟练运用各种常用函数的功能，对函数调用的正确使用不够熟悉，对C+中经常出现的错误也不熟悉。

通过这次课程设计，我更加体会到了实践的重要性。

这次课程设计，通过在网上查阅大量资料、程序代码以及一些学术论文，很好的对内排序算法进行了研究，特别对数据结构这门课所学到的内容付诸于实践，加深了理解。

另外，还学到了一写别的方面的知识。

这次课题设计还有许多没有考虑周到的地方，希望老师指出。

参考文献1张乃孝著.算法与数据结构-C语言描述（第二版）高等教育出版社2谭浩强著.C程序设计（第二版）清华大学出版社3萧秋水，文娟.网络编程之vb篇M.北京.清华出版社。

4方敏，张彤.网络应用程序设计M.安.安电子科技大学出版社。

5黄超.windows下的网络编程M.北京.人民邮电出版社。

6汪祖柱沈晓潞，基于C语言实现的若干排序算法和分析，安徽电气工程职业学院学报，第九卷第一期。

7王莉，常用内部排序算法