程序设计方法专题实验报告Word文档下载推荐.docx
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输出文件:
一行，为D=A*B*C的第x行y列元素的值。
算法设计及主要程序：
问题分析：
本题的主要考虑两个方面，一是稀疏矩阵的压缩储存，二是两个稀疏矩阵之间的乘法。
其中最重要的一步又是矩阵的三元组乘法。
任务一流程图
（1）.根据矩阵相乘的定义有：
，
在经典算法中，不论
，
的值是否为0，都要进行一次乘法，而实际上，这两者有一个值值为0时，其积也为0。
因此，在对稀疏矩阵进行相乘运算时，应该免去这种无效操作，为求Q的值，只需在M.data中和N.data中找到对应元素（即M.data中的j与N.data中的i相等的元素）相乘即可。
（2）.这样相乘的基本操作是：
对于M中的每个元素M.data[p]（p=1,2,3……，M.da_num），找到N中所有满足M.data[p].j=N.data[p].i的元素N.data[q]，求得其乘积。
由于矩阵Q中每个元素的值是个累计和，这个乘积M.data[p].v×
N.data[p].v只是Q[i][j]的一部分。
为了便于操作，应当对每个元素设计一个累计和变量，其初值为0，然后扫描数组M，求得相应元素的乘积并累加到适当的求和累计和的变量上。
（3）.两个稀疏矩阵相乘的乘积不一定为零矩阵。
而两个即使矩阵的分量不为0，而乘积也可能是0。
因此乘积矩阵Q中的元素是否为非零元，只有在求得其累加和后才能得知。
由于Q中元素的行号和M中的行号一致，由此可对Q进行逐行处理，先求得累计求和的中间结果（Q的一行），然后再压缩到Q.data中去。
在解决了稀疏矩阵三元组相乘后，其储存结构也就迎刃而解了。
只需够造一个三元组类记录三元组的属性（行号，列号，值），在构造矩阵类的时候加入属性举证行数，列数，三元组非零元总数，行优先标记数组就可。
根据以上分析，程序设计流程图如上面所示：
其中最重要的矩阵的三元组乘法程序如下：
//---------两稀疏矩阵相乘的主要算法，定义为友元函数--------------//
MatrixMult_Matrix（Matrix&
m,Matrix&
n）{
MatrixQ（m.row,n.col）;
int*ctemp=newint[n.col];
inttp,t_row,tr,t_col;
if（m.col!
=n.row）{
cout<
<
"
两矩阵不能相乘！
endl;
exit
（1）;
}
if（m.da_num*n.da_num）{//若果结果为非零矩阵
for（inti=0;
i!
=m.row;
++i）{//逐行相乘，得到Q各行的的结果
for（intii=0;
ii!
=n.col;
++ii）
ctemp[ii]=0;
//每次temp都必须初始话为
Q.rops[i]=Q.da_num;
//查找到一行的首个非零元素，找到就返回其值，否值就返回－，表示该行全为，不用相乘
//找到该行的最后一个非零元的下一个元素位置，注意，若该行为行（全为）的话，那么就该行首个非零元素
//就和最后一个非零元的下一个元素位置相同，那么直接跳出循环，不用相乘
if（i!
=m.row-1）
tp=m.rops[i+1];
else
tp=m.da_num;
for（intj=m.rops[i];
j!
=tp;
++j）{//一行的各个三元组分别相乘累加
t_row=m.da[j].j;
//该行某个元素找到与其相对应Matrix&
n的行的首个非零元
if（t_row!
=n.row-1）//该行某个元素找到与其相对应Matrix&
n的行的最后个非零元的下一位置
tr=n.rops[t_row+1];
else
tr=n.da_num;
//如果中对应的Matrix&
n行不是行，则相乘累加
for（intk=n.rops[t_row];
（k+1）&
&
k!
=tr;
++k）{
t_col=n.da[k].j;
//找到结果所在列号
ctemp[t_col]+=m.da[j].e*n.da[k].e;
//对应的行号和列号相等的元素相加后累加
}//fork;
}//求得Q中第i行的非零元。
//压入储存三元组结果
for（t_col=0;
t_col!
=Q.col;
++t_col）
if（ctemp[t_col]）{
Q.da_num++;
dataDA（i,t_col,ctemp[t_col]）;
Q.da.push_back（DA）;
}
}
delete[]ctemp;
returnQ;
}
//-------------------------------------------------------------//
根据稀疏矩阵相乘算法的要求与题意，定义三元组数据类和矩阵类如下：
//－－－－－－－－定义数据类，储存三元组数据－－－－－－－－-//
classdata{
public:
inti,j;
inte;
data（inti=0,intj=0,inte=0）{
this->
i=i;
j=j;
e=e;
voidset_data（inti,intj,inte）{
this->
};
//－－－－－－－—————定义矩阵类－－－－－－－－－－－－－-//
classMatrix{
vector<
data>
da;
introps[MAXSIZE];
introw,col,da_num;
Matrix（）{
row=0;
col=0;
da_num=0;
Matrix（introw,intcol,intda_num=0）{
row=row;
col=col;
da_num=da_num;
=da_num;
++i）
rops[i]=-1;
voidput_data（datad）{
if（!
da.size（））
put_rops（d.i,da.size（））;
if（da.size（）&
d.i!
=da[da.size（）-1].i）
da.push_back（d）;
voidput_rops（intm,intn）{
rops[m]=n;
intget_number（intm,intn）{
++i）{
if（da[i].i==m&
da[i].j==n）
returnda[i].e;
return0;
friendMatrixMult_Matrix（Matrix&
n）;
//---------------------------------------------------------------//
运行结果：
本程序在LinuxGCC和WindosSP2VC++2008下均调试通过。
其运行结果如下：
程序结果分析：
分析算法的时间复杂度有如下结果：
累加器ctemp初始化的效率为O（A.da_num*B.da_num）,求两矩阵相乘结果中的所有非零元的时间复杂度为O（M.col*N.col/N.row），进行压缩的时间复杂度为O（M.row*N.col）,总的时间复杂度为O（M.row*N.col+M.col*N.col/N.row）。
实验任务二：
单词统计
统计输入文件中出现的不同的单词个数以及每个单词出现的频率，并起将这些单词按照词典的顺序排列好输出到文件中。
输入：
以文件的形式记录程序中所需要的数据。
输出：
结果应该存放在一个文件中，该文件的第一行是不同的单词个数，从第二行开始则为每个单词和其相应的频率，单词与频率之间用空格符分割，单词需按字典顺序排列。
算法设计与主要程序段：
本题的主要是单词的有序统计，主要难点在于如何设计高效的统计函数，达到广泛的统计要求（一般可统计数百万单词），首先是读入文件时的单词分割，然后是两个单词的比较（本题而言，可以重载“<
”和“＝”操作符），单词分割和两个单词的比较都比较简单，时间代价是线性的0
（1），故不需要优化。
只要是单词的统计上，如何去寻找好的数据结构和高效的算法。
首先可以想到数组，数组的优点是其有序性，故重载“<
”和“＝”操作符时可以利用二分查找法插入位置，时间代价为0（log（n）），但是在新的单词插入后，整个数组的序列会改变，这种元素移位操作却非常耗时，代价为O（n^2）,再加上数组对统计单词数具有容量限制（数组的大小必须实现分配），就算用优化后的向量可以满足动态分配内存，但总的说来时间时间代价昂贵，不能采用。
再次是链表，链表优点可以动态分配内存，对单词的统计量没有限制，缺点是没有好的方法来实现重载“<
”和“＝”操作符，这个代价是0（n^2）。
当然优化后的List在排序时可以小一点，但时间效代价仍然非常昂贵，也不能采用。
考虑到前面两种数据结构各自的优缺点，可以直到数据结构中的二叉排序树（AVL）可以很好的解决动态储存空间的分配和插入查找，其时间代价为O（log（n）），已经非常廉价，但AVL在实现重载“<
”和“＝”操作符只能单向二分，为此可以对节点进行红黑标记，实现双向二分查找。
任务二流程图
查找与插入问题解决后，接下来就是单词与其个数之间的关系问题。
利用红黑数时，不妨可采用每个节点5个域，分别标记前驱，后继，红黑标记，键（单词），码（单词个数）。
这样的优点是可以将单词与其个数之间形成二元关系，即二元键值对。
通过“<
”和“＝”操作符运算，若一个单词（键）已经存在，只需将它的码值加1，若不存在，就在双向二分得到的位置插入新的结点，得到新的键值对。
当然，要实现一颗完好的红黑数是比较麻烦的，可以采用STL中对红黑优化过后的map。
经过以上分析，程序设计流程图如上所示：
其中单词分割程序为：
//--------------------将字符串转换成为单词----------------------//
boolchangeWords（string&
s）{
stringtemp;
inti=0;
intj;
while（!
（（s[i]>
='
a'
'
z'
>
=s[i]）||（s[i]>
A'
Z'
=s[i]））&
=s.size（））
++i;
j=i;
while（（（s[j]>
=s[j]）||（s[j]>
=s[j]）||（s[j]==39）））
++j;
if（i==s.size（））
returnfalse;
for（;
=j&
=s.size（）;
if（s[i]<
）
s[i]=s[i]+'
-'
;
temp.push_back（s[i]）;
s=temp;
returntrue;
//--------------------------------------------------------------//
单词计数数据结构map的选择：
map<
string,int>
counters;
intsum=0;
strings;
while（in>
s）{
if（changeWords（s））{
counters[s]++;
sum++;
进行单词统计的时候，只统计ASCII编码的单词，对于其他编码，如UNICLDE，GB2312，GBK，BIG5等编码的全角字母（占两个字节），全部滤过不做统计，对汉字及其他双字节的文字一律滤过，不做统计。
算法设计主要是利用map中红黑树，实现键值对，一个单词（键）对应一个值（值），形成映射.在查找和插入时主要是红黑数的双向二分查找插入，效率为O（log（size_of_map）），对于本程序的运用（统计量大约在10MB，1000000个单词以下来说，效率是可以接受的）。
如果需要进行更大的统计，则可以用hash表来实现编码。
查找和插入时间效率为O
（1）。
但是编码和处理地址冲突的指令较多，所以在统计少量的单词时，反而没有map快，同时由于统计对单词是有序要求，hash技术对于保持有序上很难做到，故另外还需要设计排序方案，但排序本身也是一个很耗时的事情，因而本题目的最佳选择还是map。
实验任务三：
指针式时钟
可视化的显一个指针式模拟时钟；
可为程序设计一个美观大方的图标；
通过菜单可以调整时间，定制指针式时钟的显示风格，比如指针、表盘的颜色、外形等，可以按照个人的兴趣进行其他的属性的扩展。
主要设计思路和所涉及的类：
本题是一个可视化编程问题，目前可视化编程工具比较多，我采用的是比较流行的VC＋＋。
对于题目要求的可视化，可以建一个SDI（单文档视图结构）程序，设计主要分为可视化和控件标准两部分。
前一部分主要在Cview类中完成，后一部分主要在Cframe类中完成。
其中可视化画图主要在OnDraw函数中添加代码实现。
设计时首先是读取时间，现在读取时间的方式主要有从操作系统和网络远程读取，由于寝室上网不方便，我采用的是从操作系统中读取时间，然后由时间变量用三角函数转换得到各个指针的首末坐标，进而画出表盘，再添加计时器，每个一秒重新读取一次新时间，并更新表盘画面，这样就可以使闹钟动起来。
各个控件的属性与响应函数可以自己在Cframe类中添加代码完成。
按照以上的设计规划，可以将整个任务分为以下三块：
1．读取时间，以及记录闹钟的时间等，设定定时器。
2．画出表盘时钟，实现美观大方的可视化。
3．附加功能，如闹钟，日列，备忘录等控件设计。
对于第一块，先定义几个全局型变量
externboolifon;
//闹钟标记
externboolifsound;
//闹钟声音标记
externinth,m,s;
//分别记录闹钟的时分秒
再设计计时器，使之每一秒钟向系统读一次时间。
代码如下：
intCAlarmClockView:
:
OnCreate（LPCREATESTRUCTlpCreateStruct）
{
if（CFormView:
OnCreate（lpCreateStruct）==-1）
return-1;
//TODO:
Addyourspecializedcreationcodehere
//设置时间步长为1s.
SetTimer（1,1000,NULL）;
接下来将重操作系统读取的UNIX时间节转化为时分秒数字时钟。
代码为：
CTimeNow=CTime:
GetCurrentTime（）;
//读取操作系统的时间。
m_tDate=Now;
UpdateData（false）;
m_dDate.SetToday（&
Now）;
//将UNIX时间节转化数字形式
CStrings1,stime,ntime;
stime.Format（"
%d:
%02d:
%02d"
h,m,s）;
//将闹钟时间格式化
//将UNIX时间节转化为时分秒数字时钟，并格式化
ntime.Format（"
Now.GetHour（）,Now.GetMinute（）,Now.GetSecond（））;
第二块，有了以上读出的系统时间后，就可以根据时间变量来画出此时刻的半盘，代码如下：
//界面美观性的设计
if（Now.GetHour（）<
=11）s1="
早上好,欢迎您使用Rolex情侣珍藏版AlarmClock!
elseif（Now.GetHour（）<
=13）s1="
中午好,欢迎您使用Rolex情侣珍藏版AlarmClock!
=18）s1="
下午好,欢迎您使用Rolex情侣珍藏版AlarmClock!
elses1="
晚上好,欢迎您使用Rolex情侣珍藏版AlarmClock!
pDC->
SetTextColor（RGB（0,0,255））;
TextOut（90,15,s1）;
//为闹钟同时也设计界面
if（!
ifon）
{
m_Static1.ShowWindow（false）;
pDC->
SetTextColor（RGB（255,0,0））;
TextOut（60,245,"
闹铃功能未启动"
）;
else
m_Static1.ShowWindow（true）;
闹铃已启动,时间为"
+stime）;
SetTextColor（RGB（0,0,0））;
TextOut（300,230,"
现在时刻:
Rectangle（365,255,465,270）;
SetTextColor（RGB（0,255,255））;
TextOut（300,255,ntime）;
CBrushbr,br1;
br.CreateSolidBrush（RGB（0,255,0））;
SelectStockObject（NULL_PEN）;
SelectObject（&
br）;
intl;
l=int（（（double）Now.GetHour（）+（double）Now.GetMinute（）/60.0+（double）Now.GetSecond（）/3600.0）/24.0*100）;
Rectangle（366,256,366+l,270）;
br1.CreateSolidBrush（RGB（255,255,255））;
br1）;
//画表盘
intnCenterX=385;
intnCenterY=135;
CStringstrDigits;
inti,x,y;
CSizesize;
CPenPen（PS_SOLID,5,RGB（0,128,255））;
CPen*pOldPen=pDC->
Pen）;
Ellipse（300,50,470,220）;
doubleRadians;
for（i=1;
i<
=12;
i++）
strDigits.Format（"
%d"
i）;
size=pDC->
GetTextExtent（strDigits,strDigits.GetLength（））;
Radians=（double）i*6.28/12.0;
x=nCenterX-（size.cx/2）+（int）（（double）72*sin（Radians））;
y=nCenterY-（size.cy/2）-（int）（（double）72*cos（Radians））;
TextOut（x,y,strDigits）;
Radians=（double）Now.GetHour（）+（double）Now.GetMinute（）/60.0+（double）Now.GetSecond（）/3600.0;
//画表盘主要利用三角函数进行坐标变化。
Radians*=2*3.14159/12.0;
CPenHourPen（PS_SOLID,5,RGB（233,233,15））;
HourPen）;
MoveTo（nCenterX,nCenterY）;
LineTo（nCenterX+（int）（（double）（25）*sin（Radians））,nCenterY-（int）（（double）（25）*cos（Radians）））;
//画时间指针
Radians=（double）Now.GetMinute（）+（double）Now.GetSecond（）/60.0;
Radians*=2*3.14159/60.0;
CPenMinutePen（PS_SOLID,3,RGB（0,0,255））;
MinutePen）;
LineTo（nCenterX+（int）（（double）（40）*sin（Radians））,nCenterY-（int）（（do
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