约瑟夫问题数据结构实验报告.docx

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约瑟夫问题数据结构实验报告

中南民族大学管理学院

学生实验报告

实验项目:

约瑟夫问题

课程名称：

　　数据结构　　

年　级：

专　业：

信息管理与信息系统

指导教师：

实验地点：

管理学院综合实验室

完成日期：

小组成员：

2012学年至2013学年度第1学期

一、实验目的

（1）掌握线性表表示和实现；

（2）学会定义抽象数据类型；

（3）学会分析问题，设计适当的解决方案；

二、实验内容

【问题描述】：

编号为1,2,…,n的n个人按顺时针方向围坐一圈，每人持有一个密码（正整数）。

一开始任选一个正整数作为报数上限值m，从第一个人开始按顺时针方向自1开始顺序报数，报到m时停止报数。

报m的人出列，将他的密码作为新的m值，从他在顺时针方向上的下一个人开始重新从1报数，如此下去，直至所有人全部出列为止。

试设计一个程序求出出列顺序。

【基本要求】：

利用单向循环链表存储结构模拟此过程，按照出列的顺序印出各人的编号。

【测试数据】：

m的初值为20；密码：

3，1，7，2，4，8，4（正确的结果应为6，1，4，7，2，3，5）。

三、实验步骤

（一）需求分析

对于这个程序来说，首先要确定构造链表时所用的插入方法。

当数到m时一个人就出列，也即删除这个节点，同时建立这个节点的前节点与后节点的联系。

由于是循环计数，所以才采用循环列表这个线性表方式。

程序存储结构利用单循环链表存储结构存储约瑟夫数据（即n个人的编码等），模拟约瑟夫的显示过程，按照出列的顺序显示个人的标号。

编号为1,2,…,n的n个人按顺时针方向围坐一圈，每人持有一个密码（正整数）。

一开始任选一个正整数作为报数上限值m，从第一个人开始按顺时针方向自1开始顺序报数，报到m时停止报数。

报m的人出列，将他的密码作为新的m值，从他在顺时针方向上的下一个人开始重新从1报数，如此下去，直至所有人全部出列为止。

试设计一个程序求出出列顺序。

基本要求是利用单向循环链表存储结构模拟此过程，按照出列的顺序印出各人的编号。

程序执行的命令

（1）构造单向循环链表。

（2）按照出列的顺序引出各个人的标号。

测试数据m的初值为20；密码：

3，1，7，2，4，8，4（正确的结果应为6，1，4，7，2，3，5）

（1）、插入：

在把元素插入到循环链表中时，由于是采用的头插法，所以我保留了front头结点。

在每加入一个节点时，都会直接连接在front后面，从而保证一开始就赋值的rear尾节点不用修改。

伪代码阐释如下：

1）、在堆中建立新节点：

Node*s=newNode;

2）、将a[i]写入到新节点的数据域：

s->data=a[i];

3）、修改新节点的指针域：

s->next=front->next;

4）、修改头结点的指针域，将新节点加入到链表中：

front->next=s;

时间复杂度为：

1；

（2）、删除：

首先通过p指针查找到所要删除的节点的前一个节点，继而通过q=p->next简单地删除掉。

假设所要查找的为第i个元素。

伪代码阐释如下：

1）、在堆中建立新节点p,通过循环查找到i-1，将此节点的地址赋给p。

2）、设q指向第i个节点：

若p=rear，则q=front->next;否则，q=p->next;

3）、摘链，即将q从链表中摘除：

若q=rear，则p->next=front->next；否则，则p-next=q->next.

4）、保存q元素的数据：

x=q->data；

5）、释放q元素：

deleteq；

时间复杂度为：

1；

（3）、约瑟夫问题的基本思想：

在这个循环查找问题中，通过循环链表实现了循环查找到节点。

一个关键部分就是删除节点后进行链表的链接，从而保证链表的循环性。

在查找方面上，我利用了一个for循环来计数所查找过的节点。

其中查找的时间复杂度也为1；

（二）概要设计

测试主函数流程：

流程图如下：

否

是

跳出函数

否

是

否

（三）详细设计

#include

usingnamespacestd;

constintd=50000;

structNode

{

intdata;

structNode*next;//声明next指针

};

classClinklist

{

public:

Clinklist（inta[],intn）;

voidJosef（intm,intn）;

private:

Node*rear;//声明rear和front指针

Node*front;

intn;

};

Clinklist:

:

Clinklist（inta[],intn）

{

rear=newNode;

front=newNode;

front->next=rear;//构造空单链表

rear->next=front;

rear->data=a[n-1];

for（inti=n-2;i>=0;i--）

{

Node*s=newNode;//循环插入元素来建立链表

s->data=a[i];

s->next=front->next;

front->next=s;

}

}

voidClinklist:

:

Josef（intm,intn）

{

Node*p=front;

intj=0;

while（front->next!

=front）

{

inti=0;

while（i!

=m-1）//实现第m-1个节点的查找

{

if（p==rear）

p=front->next;

elsep=p->next;

i++;

}

Node*q=p->next;

if（p==rear）//排除p恰好为rear节点的情况

{q=front->next;

front->next=q->next;

p->next=front->next;

}

else

{

if（q==rear）//排除q恰好为rear节点的情况

p->next=front->next;//完成摘链

else

p->next=q->next;//完成摘链

}

intx=q->data;//保留q点数据

deleteq;//完成q节点的删除

j++;

if（j==n）cout<<"所出的最后一个人的编号是:

"<

}

}

intmain（）

{

intm,n;

cout<<"请输入人数（1<=n<=50000）:

"<

cin>>n;

intmember[d];

for（inti=0;i

{

member[i]=i+1;

}

cout<<"请输入要按那个数进行计算（m>=1）:

"<

cin>>m;

if（n<=0||m<=0）throw"所输入的数不符合要求!

";

Clinklistpro（member,n）;//构造Clinklist类的对象

pro.Josef（m,n）;

return0;

}

（四）调试分析

调试时出现的问题及解决的方法

1、早期程序只写了约瑟夫的实现部分，没有对输入的数据进行筛选，测试时会出错。

2、在先前的程序循环过程中没有进行优化，导致循环次数过多，浪费了一定的时间。

3、为了限制在输入过程中不会上溢，只在输入中限定为四个不全为零的数字，但是做的是一个循环。

在约瑟夫的实现在程序中，为for循环，时间复杂度为o（m%n-1）当n=1时，复杂度为o

（1）。

4、在调试时一开始用的是模板类，调试时就总会遇到“无法解析的外部指令”之类的问题。

由于无法解决，对模板类的理解不好，所以就去掉了模板类的应用。

Templete还需要再次加强。

5、“rear指针找不到声明”，这个的解决方案是参照别的线性表例子，加上了如下struct类型的语句，才得以运行正常：

structNode

{

intdata;

structNode*next;

};

6、这个是最严重的逻辑错误，就是编译的时候没有任何问题，在程序运行时会出现乱码或者出错的情况。

这个完全靠一点点的逻辑判断了，又用了最笨的方法：

在纸上画一个循环链表才搞定。

（五）用户手册

1、我们这个程序的运行环境为VC++6.0操作系统，

2、进入演示程序后即显示文本方式的用户界面：

（六）测试结果

（七）心得体会

数据结构的课程设计，相对来说还是一个较大的工程，我们小组各个成员相互合作，虽然里面的内容不是很完备，但总体上还是一个比较能要体现数据结构的知识点能力的程序了，这个设计让我们在课堂中学到的理论知识，解决相应的实际问题，深入理解和灵活掌握所学的内容，使我们在实践的过程中收获匪浅，认真去做，踏踏实实，静静思考，慢慢进步，会有收获的。

（八）团队介绍

小组成员基本情况介绍组长：

雷灵花11056024

组员：

涂艺11056022

伍雨豪11056029

小组成员分工情况

组长雷灵花，选择的实验设计为第一模块的约瑟夫问题，完成了第一个实验的程序设计和最终实验报告的总结。

组员涂艺，完成了第二个实验的程序设计和实验报告的撰写工作，选择的程序设计为第一模块的城市链表实验。

组员伍宇豪，在进行实验当中查阅了大量的相关资料，给出了实验的程序设计和源代码上的文件资料和指导。

小组成员任务完成情况

程序一和程序二的调试工作完成情况良好，各个结果都能运行，组长实验一的程序和实验报告完成符合老师要求格式，组员涂艺程序和实验报告完成情况基本一致，组员伍宇豪也提供了很多的资料和技术支持。

总体来说，团队意识很好，一起共同完成学习任务。

（九）附录：

源程序清单

源程序文件名清单：

#include

usingnamespacestd;

constintd=50000;

structNode

{

intdata;

structNode*next;//声明next指针

};

classClinklist

{

public:

Clinklist（inta[],intn）;

voidJosef（intm,intn）;

private:

Node*rear;//声明rear和front指针

Node*front;

intn;

};

Clinklist:

:

Clinklist（inta[],intn）

{

rear=newNode;

front=newNode;

front->next=rear;//构造空单链表

rear->next=front;

rear->data=a[n-1];

for（inti=n-2;i>=0;i--）

{

Node*s=newNode;//循环插入元素来建立链表

s->data=a[i];

s->next=front->next;

front->next=s;

}

}

voidClinklist:

:

Josef（intm,intn）

{

Node*p=front;

intj=0;

while（front->next!

=front）

{

inti=0;

while（i!

=m-1）//实现第m-1个节点的查找

{

if（p==rear）

p=front->next;

elsep=p->next;

i++;

}

Node*q=p->next;

if（p==rear）//排除p恰好为rear节点的情况

{q=front->next;

front->next=q->next;

p->next=front->next;

}

else

{

if（q==rear）//排除q恰好为rear节点的情况

p->next=front->next;//完成摘链

else

p->next=q->next;//完成摘链

}

intx=q->data;//保留q点数据

deleteq;//完成q节点的删除

j++;

if（j==n）cout<<"所出的最后一个人的编号是:

"<

}

}

intmain（）

{

intm,n;

cout<<"请输入人数（1<=n<=50000）:

"<

cin>>n;

intmember[d];

for（inti=0;i

{

member[i]=i+1;

}

cout<<"请输入要按那个数进行计算（m>=1）:

"<

cin>>m;

if（n<=0||m<=0）throw"所输入的数不符合要求!

";

Clinklistpro（member,n）;//构造Clinklist类的对象

pro.Josef（m,n）;

return0;

}

指导教师批阅：

指标

最高分

评分要素

评分

设计技术水平

30

程序的功能设计、数据结构设计及整体结构设计合理；程序运行情况良好，算法说明清晰，理论分析与计算正确，实验数据无误

实际动手能力

20

熟练使用开发工具，能够迅速准确的进行调试、纠错和运行

编程风格

10

良好的编程风格（缩进，注释，变量名、函数名见名知意等，程序运行界面友好）

报告规范化

10

提交的电子文档及打印文档的书写、存放符合规范化要求

回答问题

20

能简明扼要地阐述设计的主要内容，能准确流利地回答各种问题

学习态度

10

端正的学习态度及认真刻苦程度等

总分

指导教师：

年月日