数据结构实验报告格式.docx
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数据结构实验报告格式
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《数据结构课程实验》大纲
一、《数据结构课程实验》的地位与作用
“数据结构”是计算机专业一门重要的专业技术基础课程，是计算机专业的一门核心的关键性课程。
本课程较系统地介绍了软件设计中常用的数据结构以及相应的存储结构和实现算法，介绍了常用的多种查找和排序技术，并做了性能分析和比较，内容非常丰富。
本课程的学习将为后续课程的学习以及软件设计水平的提高打下良好的基础。
由于以下原因，使得掌握这门课程具有较大的难度：
（1）内容丰富，学习量大，给学习带来困难；
（2）贯穿全书的动态链表存储结构和递归技术是学习中的重点也是难点；
（3）所用到的技术多，而在此之前的各门课程中所介绍的专业性知识又不多，因而加大了学习难度；
（4）隐含在各部分的技术和方法丰富，也是学习的重点和难点。
根据《数据结构课程》课程本身的技术特性，设置《数据结构课程实验》实践环节十分重要。
通过实验实践内容的训练，突出构造性思维训练的特征,目的是提高学生组织数据及编写大型程序的能力。
实验学时为18。
二、《数据结构课程实验》的目的和要求
不少学生在解答习题尤其是算法设计题时，觉得无从下手，做起来特别费劲。
实验中的内容和教科书的内容是密切相关的，解决题目要求所需的各种技术大多可从教科书中找到，只不过其出现的形式呈多样化，因此需要仔细体会，在反复实践的过程中才能掌握。
为了帮助学生更好地学习本课程，理解和掌握算法设计所需的技术，为整个专业学习打好基础，要求运用所学知识，上机解决一些典型问题，通过分析、设计、编码、调试等各环节的训练，使学生深刻理解、牢固掌握所用到的一些技术。
数据结构中稍微复杂一些的算法设计中可能同时要用到多种技术和方法，如算法设计的构思方法，动态链表，算法的编码，递归技术，与特定问题相关的技术等，要求重点掌握线性链表、二叉树和树、图结构、数组结构相关算法的设计。
在掌握基本算法的基础上，掌握分析、解决实际问题的能力。
三、《数据结构课程实验》内容
课程实验共18学时，要求完成以下六个题目：
实习一约瑟夫环问题（2学时）
用循环链表实现约瑟夫环问题，熟悉链表结构的使用。
实习二停车场管理（4学时）
利用栈和队列模拟停车场管理，学习利用栈和队列解决实际问题。
实习三二叉树基本操作（3学时）
创建、遍历、插入、删除、显示二叉树，通过二叉树的基本操作，
掌握树结构的处理方法。
实习四图的基本操作（3学时）
分别用邻接矩阵和邻接表实现以下操作：
图的创建、遍历、插入、删除、最短路径。
熟悉图的常用存储结构和基本操作。
实习五哈希表设计（3学时）
给定30个人的姓名，用除留余数法构造哈希函数，用线性探测再散列法处理
冲突，构造哈希表，掌握哈希表的设计与使用。
实习六常用排序算法的对比分析（3学时）
分别实现直接插入排序、冒泡排序、简单选择排序、希尔排序、快速排序、
堆排序，并随机生成30个数，比较各算法的时、空性能和稳定性。
掌握常用排序算法的特点，以便根据实际情况选择使用。
四、《数据结构课程实验》考核方式
采用上机情况、程序质量、实习报告相结合的形式，满分为100分。
1．上机情况（30%）
包括出勤情况、调试表现、是否上网、玩游戏。
2．程序质量（50%）
3．实习报告（20%）
实习一线性表
本次实习的主要目的在于熟悉线性表的基本运算在两种存储结构上的实现，其中以熟悉各种链表的操作为侧重点。
通过本次实习还可帮助读者复习高级语言的使用方法。
约瑟夫环
[问题描述]
约瑟夫（Joeph）问题的一种描述是：
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）。
[实现提示]
程序运行后首先要求用户指定初始报数上限值，然后读取各人的密码。
设n≤30。
[选作内容]
向上述程序中添加在顺序结构上实现的部分。
长整数运算
[问题描述]
设计一个程序实现两个任意长的整数求和运算。
[基本要求]
利用双项循环链表实现长整数的存储，每个结点含一个整型变量。
任何整型变量的范围是-（215-1）~（215-1）。
输入和输出形式：
按中国对于长整数的表示习惯，每四位一组，组间用逗号隔开。
[测试数据]
（1）0；0；应输出“0”。
（2）；；应输出“”。
（3）；0000；应输出“01”。
（4）；；应输出“0”。
（5）；；应输出“1”。
[实现提示]
（1）每个结点中可以存放的最大整数为215-1=32767，才能保证两数相加不会溢出。
但若这样存，即相当于按32768进制数存，在十进制数与32768进制数之间的转换十分不方便。
故可以在每个结点中仅存十进制数的4位，即不超过9999的非负整数，整个链表视为万进制数。
（2）可以利用头结点数据域的符号代表长整数的符号。
用其绝对值表示元素结点数目。
相加过程中不要破坏两个操作数链表。
两操作数的头指针存于指针数组中是简化程序结构的一种方法。
不能给长整数位数规定上限。
[选作内容]
修改上述程序，使它在整型量范围是-（2n-1）~（2n-1）的计算机上都能有效地运行。
其中，n是由程序读入的参量。
输入数据的分组方法可以另行规定。
实习二栈、队列与递归算法设计
仅仅认识到栈和队列是两种特殊的线性表是远远不够的，本次实习的目的在于使读者深入了解栈和队列的特征，以便在实际问题背景下灵活运用它们；同时还将巩固这两种结构的构造方法，接触较复杂问题的递归算法设计。
停车场管理
[问题描述]
设停车场内只有一个的停放n辆汽车的狭长通道，且只有一个大门可供汽车进出。
汽车在停车场内按车辆到达时间的先后顺序，依次由北向南排列（大门在最南端，最先到达的第一辆车停放在车场的最北端），若车场内已停满n辆汽车，则后来的汽车只能在门外的便道上等候，一旦有车开走，则排在便道上的第一辆车即可开入；当停车场内某辆车要离开时，在它之后开入的车辆必须先退出车场为它让路，待该辆车开出大门外，其它车辆再按原次序进入车场，每辆停放在车场的车在它离开停车场时必须按它停留的时间长短交纳费用。
试为停车场编制按上述要求进行管理的模拟程序。
[测试数据]
设n=2,输入数据为：
（‘A’，1，5），（‘A’，2，10），（‘D’，1，15），（‘A’，3，20），（‘A’，4，25），（‘A’，5，30），（‘D’，2，35），（‘D’，4，40），（‘E’，0，0）。
其中，‘A’表示到达；‘D’表示离去，‘E’表示输入结束。
[基本要求]
以栈模拟停车场，以队列模拟车场外的便道，按照从终端读入的输入数据序列进行模拟管理。
每一组输入数据包括三个数据项：
汽车“到达”或“离去”信息、汽车牌照号码及到达或离去的时刻，对每一组输入数据进行操作后的输出数据为：
若是车辆到达，则输出汽车在停车场内或便道上的停车位置；若是车离去；则输出汽车在停车场内停留的时间和应交纳的费用（在便道上停留的时间不收费）。
栈以顺序结构实现，队列以链表实现。
[实现提示]
需另设一个栈，临时停放为给要离去的汽车让路而从停车场退出来的汽车，也用顺序存储结构实现。
输入数据按到达或离去的时刻有序。
栈中每个元素表示一辆汽车，包含两个数据项：
汽车的牌照号码和进入停车场的时刻。
[选作内容]
（1）两个栈共享空间，思考应开辟数组的空间是多少？
（2）汽车可有不同种类，则它们的占地面积不同，收费标准也不同，如1辆客车和1.5辆小汽车的占地面积相同，1辆十轮卡车占地面积相当于3辆小汽车的占地面积。
（3）汽车可以直接从便道上开走，此时派在它前面的汽车要先开走让路，然后再依次排到队尾。
（4）停放在便道上的汽车也收费，收费标准比停放在停车场的车低，请思考如何修改结构以满足这种要求。
实习三串及其应用
本次实习的目的是熟悉串类型的实现方法和文本模式匹配方法，熟悉一般文字处理软件的设计方法，较复杂问题的分解求精方法，在第二次实习的基础上，进一步强化这样一个观念：
程序是数据结构结合定义在其上的操作，此外还希望起到训练合作能力和熟悉文件操作的目的。
本次实习的难度较大。
文学研究助手
[问题描述]
文学研究人员需要统计某篇英文小说中某些形容词的出现次数和位置。
试写一个实现这一目标的文字统计系统，称为“文学研究助手”。
[基本要求]
英文小说存于一个文本文件中。
待统计的词汇集合要一次输入完毕，即统计工作必须在程序的一次运行之后就全部完成。
程序的输出结果是每个词的出现次数和出现位置所在行的行号，格式自行设计。
[测试数据]
以你的源程序模拟英文小说，程序语言保留字集作为待统计的词汇集。
[实现提示]
设小说中的词汇一律不跨行。
这样，每读入一行，就统计每个词在这行中的出现次数。
出现位置所在行的行号可以用链表存储。
若某行中出现了不止一次，不必存多个相同的行号。
如果读者希望达到选作部分
（1）和
（2）所提出的要求，则首先应把KMP算法改写成如下的等价形式，再将它推广到多个模式的情形。
[选作内容]
（1）模式匹配要基于KMP算法。
（2）整个统计过程中只对小说文字扫描一遍以提高效率。
（3）假设小说中的每个单词或者从行首开始，或者前置以一个空格符。
利用单词匹配特点另写一个高效的统计程序，与KMP算法统计程序进行效率比较。
（4）推广到更一般的模式集匹配问题，并设待查模式串可以跨行（提示：
定义操作getachar）
简单行编辑程序
[问题描述]
文本编辑程序是利用计算机进行文字加工的基本软件工具，实现对文本文件的插入、删除等修改操作。
限制这些操作以行为单位进行的编辑程序称为行编辑程序。
被编辑的文本文件可能很大，全部读入编辑程序的数据空间（内存）的做法既不经济，也不总能实现。
一种解决方法是逐段地编辑。
任何时刻只把待编辑文件的一段放在内存，称为活区。
试按照这种方法实现一个简单的行编辑程序。
设文件每行不超过320个字符，很少超过80字符。
[基本要求]
实现以下4条基本编辑命令：
（1）行插入。
格式：
i<行号><回车><文本><回车>
将<文本>插入活区中第<行号>行之后
（2）行删除。
格式：
d<行号1>[□<行号2>]<回车>
删除活区中第<行号1>行（到第<行号2>行）。
两种格式的例子是：
“d10↙”和“d10□14↙”
（3）活区切换。
格式：
n<回车>
将活区写入输出文件，并从输入文件中读入下一段，作为新的活区。
（4）活区显示。
格式：
p<回车>
逐页地（每页20行）显示活区内容，每显示一页之后请用户决定是否继续显示以后各页（如果存在）。
印出的每一行要前置以行号和一个空格符，行号固定占4位，增量为1。
各条命令中的行号均须在活区中各行行号范围之内，只有插入命令的行号可以等于活区第一行行号减1，表示插入当前屏幕中第一行之前，否则命令参数非法。
[实现提示]
（1）设活区的大小用行数activemaxlen（可设为100）来描述。
考虑到文本文件行长通常为正态分布，且峰值在60到70之间，用320×activemaxlen大小的字符数组实现存储将造成大量浪费。
可以以标准行块为单位为各行分配存储，每个标准行块含81个字符。
这些行块可以组成一个数组，也可以利用动态链表连接起来。
一行文字可能占多个行块。
行尾可用一个特殊的ASCII字符（如（012）8）标识。
此外，还应记住活区起始行号。
行插入将引起随后各行行号的顺序下推。
（2）初始化过程包括：
请用户提供输入文件名（空串表示无输入文件）和输出文件名，两者不能相同。
然后尽可能多地从输入文件中读入各行，但不超过activemaxlen-x。
x的值可以自定，例如20。
（3）在执行行插入命令的过程中，每接收到一行时到要检查活区大小是否已达activemaxlen。
如果是，则为了在插入这一行之后仍保持活区大小不超过activemaxlen，应将插入点之前的活区部分中第一行输出到输出文件中；若插入点为第一行之前，则只得将新插入的这一行输出。
（4）若输入文件尚未读完，活区切换命令可将原活区中最后几行留在活区顶部，以保持阅读连续性；否则，它意味着结束编辑或开始编辑另一个文件。
（5）可令前三条命令执行后自动调用活区显示。
[选作内容]
（1）对于命令格式非法等一切错误作严格检查和适当处理。
（2）加入更复杂的编辑操作，如对某行进行串替换；在活区内进行模式匹配等，格式可以为S<行号>@<串1>@<串2><回车>和m<串><回车>。
实习四树、图及其应用
树和图是两种应用极为广泛的数据结构，也是这门课程的重点。
它们的特点在于非线性。
广义表本质上是树结构；稀疏矩阵的十字链表存储结构也是图的一种存储结构，故也把它们归在这次实习中。
本章实习继续突出了数据结构加操作的程序设计观点，但根据这两种结构的非线性特点，将操作进一步集中在遍历操作上，因为遍历操作是其他众多操作的基础。
遍历逻辑的（或符号形式的）结构，访问动作可是任何操作。
本次实习还希望达到熟悉各种存储结构的特征，以及如何应用树和图结构解决具体问题（即原理与应用的结合）等目的。
图遍历的演示
[问题描述]
很多涉及图上操作的算法都是以图的遍历操作为基础的。
试写一个程序，演示连通的无向图上行边全部结点的操作。
[基本要求]
以邻接多重表为存储结构，实现连通无向图的深度优先和广度优先遍历。
以用户指定的结点为起点，分别输出每种遍历下的结点访问序列和相应生成树的边集。
[实现提示]
设图的结点不超过30个，每个结点用一个编号表示（如果一个图有n个结点，则它们的编号分别为1,2,…,n）。
通过输入图的全部边输入一个图，每个边为一个数对，可以对边的输入顺序作出某种限制。
注意，生成树的边是有向边，端点顺序不能颠倒。
[选作内容]
（1）借助于栈类型（自己定义和实现）将深度优先遍历用非递归算法实现。
（2）以邻接表为存储结构建立深度优先生成树和广度优先生成树，再按凹入表或树形打印生成树。
实习五查找和排序
本次实习旨在集中对几个专门的问题作较为深入的探讨和理解，也不强调对某些特定的编程技术的训练。
哈希表设计
[问题描述]
针对某个集体中人名设计一个哈希表，使得平均查找长度不超过R，并完成相应的建表和查表程序。
[基本要求]
假设人名为中国人姓名的汉语拼音形式。
待填入哈希表的人名共有30个，取平均查找长度的上限为2。
哈希函数用除留余数法构造，用线性探测再散列法或链地址法处理冲突。
[测试数据]
取读者周围较熟悉的30个人名。
[选作内容]
（1）从教科书上介绍的集中哈希函数构造方法中选出适用者并设计几个不同的哈希函数，比较他们的地址冲突率（可以用更大的名字集合作实验）。
（2）研究这30个人名的特点，努力找一个哈希函数，使得对于不同的拼音名一定不发生地址冲突。
（3）在哈希函数确定的前提下尝试各种不同处理冲突的方法，考察平均查找长度的变化和造好的哈希表中关键字的聚集性。
内部排序算法比较
[问题描述]
各种内部排序算法的时间复杂度分析结果只给出了算法执行时间的阶，或大概执行时间。
试通过随机的数据比较各算法的关键字比较次数和关键字移动次数，以取得直观感受。
[基本要求]
（1）对以下10种常用的内部排序算法进行比较：
直接插入排序；折半折入排序；二路插入排序；希尔排序；起泡排序；快速排序；简单选择排序；堆排序；归并排序；基数排序。
（2）待排序表的表长不少于100；其中的数据要用伪随机数产生程序产生；至少要用5组不同的输入数据作比较；比较的指标为有关键字参加的比较次数和关键字移动次数（关键字交换计为3次移动）。
[测试数据]
由随机产生器决定。
[实现提示]
主要工作是设法在程序中适当的地方插入计数操作。
程序还可以包括计算几组数据得出结果波动大小的解释。
注意分块调试的方法。
[选作内容]
对不同的输入表长做试验，观察检查两个指标相关于表长的变化关系。
还可以对稳定性做验证。
实验指导书概述
“数据结构”是计算机专业一门重要的专业技术基础课程，是一门关键性核心课程。
本课程系统地介绍了软件设计中常用的数据结构以及相应的存储结构和实现算法，介绍了多种常用的查找和排序技术，并对其进行了性能分析和比较，内容非常丰富。
本课程的学习将为后续课程的学习以及软件设计水平的提高打下良好的基础。
由于以下原因，使得掌握这门课程具有较大难度：
内容多，时间短，给学习带来困难；
贯穿全书的动态链表存储结构和递归技术是学习中的重点和难点；
隐含在各部分的技术和方法丰富，也是学习的重点和难点；
先修课程中所介绍的专业性知识不多，加大了学习难度。
由于数据结构课程的技术性与实践性，《数据结构课程实验》的设置十分必要。
为了帮助学生更好地学习本课程，理解和掌握算法设计所需的技术，为整个专业学习打好基础，要求运用所学知识，上机解决一些典型问题，通过分析、设计、编码、调试等各环节的训练，使学生深刻理解、牢固掌握所用到的一些技术。
数据结构中稍微复杂一些的算法设计中可能同时要用到多种技术和方法，如算法设计的构思方法，动态链表，算法的编码，递归技术，与特定问题相关的技术等，要求重点掌握线性链表、二叉树和树、图结构、数组结构相关算法的设计。
在掌握基本算法的基础上，掌握分析、解决实际问题的能力。
通过实验实践内容的训练，突出构造性思维训练的特征,提高学生组织数据及编写大型程序的能力。
上机实习是对学生的一种全面综合训练，是与课堂听讲、自学和练习相辅相成的必不可少的一个教学环节。
较大的实习题比平时的习题要复杂得多，也更接近实际。
实习着眼于原理与应用的结合点，使学生学会如何把书上学到的知识用于解决实际问题，培养软件工作所需要的动手能力。
实习还能使书上的知识变“活”，达到深化理解和灵活掌握教学内容的目的。
平时的练习较偏重于如何编写功能单一的“小”算法，而实习题是软件设计的综合训练，包括问题分析，总体结构设计，用户界面设计，程序设计基本技能和技巧，多人合作，以至一整套软件工作规范的训练和科学作风的培养。
此外，还有很重要的一点是：
机器是比任何教师都严格的检查者。
为了达到上述目的，本书安排了6个主实习单元，其中实习0的训练重点是抽象数据类型的定义与实现方法，其它各单元的训练重点在于基本的数据结构和经典算法。
各实习单元与教科书的各章只具有粗略的对应关系，一个实习题可能涉及几部分教学内容。
在每个实习单元中安排有难度不等的2—5个实习题，每人可以从中选做一个实习题。
建议选做难度略高于自己所做过的最难题目的难度，切忌过分追求难题。
较大的题目适合于多人合作。
每个实习题采取了统一的格式，由问题描述、基本要求、测试数据、实现提示和选做内容等5个部分组成。
问题描述旨在为读者建立问题提出的背景环境，指明问题“是什么”；
基本要求则对问题进一步求精，划出问题的边界，指出具体的参量或前提条件，并规定该题的最低限度要求；
测试数据部分旨在为检查学生上机作业提供方便，在完成实习题时应自己设计完整和严格的测试方案，当数据输入量较大时，提倡以文件形式向程序提供输入数据；
实现提示对实现中的难点及其解法思路等问题作了简要提示，个别问题给出了参考实现；
选做内容向那些尚有余力的读者提出了更严峻的挑战，同时也能开拓其他读者的思路，在完成基本要求时就力求避免就事论事的不良思想方法，尽可能寻求具有普遍意义的解法，使得程序结构合理，容易修改扩充。
书中题目设计得比较详细，给出了问题说明和问题分解求精的范例，使读者在无形中学会模仿，它起到把读者的思路引上正轨的作用，避免不良结构程序和坏习惯，同时也传授了系统划分方法和程序设计的一些具体技术，保证实现预定的训练意图，使某些难点和重点不会被绕过去，而且也便于教学检查。
题目设计策略是：
一方面使其难度和工作量都较大，另—方面给读者提供的辅助和可以模仿的部分也较多。
当然还应指出的是，提示的实现方法未必是最好的，读者不应拘泥于此，而应争取找出更好的方法和结构。
在实现的时候应注意，要尽量减少依赖于具体机器计算环境的用法，若使用，也应在注释中指出。
这样得出的程序易于在不同机器上运行，有好的可移植性。
C语言是结构化程序设计语言，具有递归能力，可移植性也较好，是特别推荐的实现语言。
本书的一个特点是为实习制定了严格的规范。
一种普遍存在的错误观念是，调试程序全凭运气。
学生花2个小时的机上时间只找出一个错误，甚至一无所获的情况是常见的。
其原因在于，很多人只认识到找错误，而没有认识到努力预先避免错误的重要性，也不知道应该如何努力。
实际上，结构不好、思路和概念不清的程序可能是根本无法调试正确的。
严格按照实习步骤规范进行实习，不但能有效地避免上述种种问题，更重要的是有利于培养软件工作者不可缺少的科学工作方法和作风。
在附录中提供了一个完整的实习报告示例，在起到实习报告规格范例作用的同时，还隐含地提供了很多有益的东西，比如基于数据类型的系统划分方法以及所提倡的程序设计风格等等。
计算机学科在不断发展，可以使用的语言工具越来越丰富，在本书中的实习示例是应用面向过程的语言进行设计和编程，同样的实习题，也可以用面向对象的语言来实现。
希望书中的实习报告示例能起到一个抛砖引玉的作用，以引来读者更多更优良的设计范例。
实习步骤
随着计算机性能的提高，它所面临的软件开发的复杂度也日趋增加，因此软件开发需要系统的方法。
一种常用的软件开发方法，是将软件开发过程分为分析、设计、实现和维护四个阶段。
虽然数据结构课程中的实习题的复杂度远不如实际中真正的软件系统，但为了培养一个软件工作者所应具备的科学工作的方法和作风，我们制订了如下所述完成实习的5个步骤：
1．问题分析和任务定义
通常，实习题目的陈述比较简洁，或者说有模棱两可的含义。
因此，在进行设计之前，首先应该充分地分析和理解问题，明确问题要求做什么，限制条件是什么。
注意：
本步骤强调的是做什么，而不是怎么做。
对问题的描述应避开算法和所涉及的数据类型，而是对所需完成的任务作出明确的回答。
例如：
输入数据的类型、值的范围以及输入的形式；输出数据的类型、值的范围及输出的形式；若是会话式的输入，则结束标志是什么，是否接受非法的输入，对非法输入的回答方式是什么等等。
这一步还应该为调试程序准备好测试数据，包括合法的输入数据和非法形式输入的数据。
2．数据类型和系统设计
在设计这一步骤中需分逻辑设计和详细设计两步实现。
逻辑设计指的是，对问题描述中涉及的操作对象定义相应的数据类型，并按照以数据结构为中心的原则划分模块，定义主程
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