排序综合课程设计.docx
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排序综合课程设计
.
大连科技学院
数据结构课程设计
题目排序综合
学生专业班级
指导教师职称副教授
所在单位信息科学系软件教研室
教学部主任
完成日期2013年1月11日
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课程设计报告单
学号专业班级网络工程11-1
考核项目评分备注
平时工作态度及遵守纪律情况
1
(10分)
掌握基本理论、关键知识、基本技能的程度和
2阅读参考资料的水平
(10分)
独立工作能力、综合运用所学知识分析和解决
3问题能力及实际工作能力提高的程度
(20分)
完成课程设计说明书及软件的情况与水平(小组分工情况、规性、整洁清楚、叙述完整性、
4思路清晰程度、工作量及实际运行情况和创新性)
(60分)
总评成绩
综合评定:
(优、良、中、及格、不及格)
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指导教师签字:
2013年1月11日
数据结构课程设计任务书
一、任务及要求:
1.设计(研究)任务和要求研究容:
排序综合
任务和要求:
(1)学习数据结构基础知识,掌握数据结构典型的算法的使用。
(2)对指导教师下达的题目进行系统分析。
(3)根据分析结果完成系统设计。
(4)编程:
在计算机上实现题目的代码实现。
(5)完成对该系统的测试和调试。
(6)提交课程设计报告。
要求完成课程设计报告3000字以上(约二十页)。
完成若干综合性程序设计题目,综合设计题目的语句行数的和在100行语句以上。
2.原始依据
结合数据结构课程中的基本理论和基本算法,正确分析出数据的逻辑结构,合理地选择相应的存储结构,并能设计出解决问题的有效算法。
提高程序设计和调试能力。
学生通过上机实习,验证自己设计的算法的正确性。
学会有效利用基本调试方法,迅速找出程序代码中的错误并且修改。
3.参考题目:
二、工作量
2周(10个工作日)时间
三、计划安排
第1个工作日:
查找相关资料、书籍,阅读示例文档,选择题目。
第2个工作日-第3个工作日:
设计程序结构、模块图。
第4个工作日-第9个工作日:
完成程序的编码,并且自己调试、测试。
穿插进行课程设计报告的撰写。
第10个工作日:
上交课程设计报告,由教师检查软件测试效果、检查课程设计报告,给出学生成绩。
指导教师签字:
2012年12月24日
.
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排序综合1
1.需求分析1
1.1任务描述1
1.2功能分析1
2.概要设计1
2.1主要全程变量和数据结构1
2.2程序模块结构2
3.详细设计3
3.1程序的主要结构如下图所示。
3
3.3显示各排序算法排序后的的数据。
4
3.4函数实现(例如直接插入排序)4
4.调试分析5
5.测试结果及运行效果7
参考文献11
附录全部代码12
数据结构课程设计总结24
.
.
排序综合
1.需求分析
1.1任务描述
至少采用3种方法实现上述问题求解,并把排序后的结果保存在不同的文件中。
1.2功能分析
显示随机数,是调用rand()函数输出数组a[]。
数组a[]中保存有随机产生的随机数;直接选择排序,是通过n-1次关键字之间的比较,从n-i+1个记录中选出关键字最小的记
录,并和第i个记录交换之;起泡排序,是如果有n个数,则要进行n-1趟比较,在将整个待排记录序列分割成为若干子序列分别进行直接插入排序,待整个排序中的记录“基本有序”时,在对全体记录进行一次直接插入排序;直接插入排序,是将一个记录插入到以排序好的有序表中,从而得到一个新的记录数增1的有序表。
设整个排序有n个
数,则进行n-1趟排序,即:
先将序列中的第一个记录看成一个有序的子序列,然后第
2个记录起逐个进行插入,直接整个序列变成按关键字非递减有序列为止;快速排序,
是通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分,其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小,然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序,整个排
序过程可以递归进行,以此达到整个数据变成有序序列;堆排序,主要由建立初始堆
和反复重建堆这两部分的时间开销构成,它们均是通过调用Heapify实现的。
2.概要设计
2.1主要全程变量和数据结构
(1)数据结构:
#include"stdlib.h"
#include
#defines100
typedefstructrecord
{intkey;};
staticstructrecorda1[s],a2[s],a3[s],a4[s],a5[s],a6[s],rec;inta[7],b[7];file()
.
.
(2)算法的入口及其说明
#include
#defines100
//宏定义命令
typedefstructrecord
//记录声明的结构体
{intkey;};//定义变量
static
structrecorda1[s],a2[s],a3[s],a4[s],a5[s],a6[s],rec;
inta[7],b[7];//记录静态变量结构体
file()
//系统定义
{
printf("
*********************************
\n");
printf("
***
*1.
直接插入排序
***
\n");
printf("
***
*2.
希尔排序
***
\n");
printf("
***
*3.
起泡排序
***
\n");
printf("
***
*4.
快速排序
***
\n");
printf("
***
*5.
简单选择排序
***
\n");
printf("
***
*6.
堆排序
***
\n");
printf("
***
*7.
总结
***
\n");
printf("****0.退出***\n");
printf("*********************************\n");}
以上printf("*********************************\n");为系统主菜单
输出
2.2程序模块结构
程序划分为以下几个模块(即实现程序功能所需的函数)
主控菜单项选择函数:
menu_select()
插入排序函数:
InsertSort()
选择排序函数:
StlectSort()
起泡排序函数:
BubbleSort()
堆排序函数:
heapsort()
快速排序函数:
Quicksort()
希尔排序:
ShellSort()
.
.
3.详细设计
3.1程序的主要结构如下图所示。
图3-1函数调用关系图
其中main()是主函数,它进行菜单驱动,根据选择项1~0调用相应的函数
3.2数据结构定义
图3-2课程设计流程图
.
.
3.3显示各排序算法排序后的的数据。
图3-3程序工作流程图
3.4函数实现(例如直接插入排序)
#include"stdlib.h"
#include
#defines100
typedefstructrecord
{intkey;};
staticstructrecorda1[s],a2[s],a3[s],a4[s],a5[s],a6[s],rec;
inta[7],b[7];
file()
{
printf("*********************************\n");
printf("****1.直接插入排序***\n");
printf("****0.退出***\n");
printf("*********************************\n");}
voidStraight_insert_sort(r,n)/*直接插入*/
structrecordr[];
intn;
{inti,j;a[1]=0;b[1]=0;
.
.
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%4d",r[i].key);
printf("\n");
for(i=2;i<=n;i++)
{r[0]=r[i];j=i-1;
while((j>=0)&&(r[0].keyr[j+1]=r[j--];
r[j+1]=r[0];
a[1]=a[1]+2;
}
}
printf("************直接插入******************\n");
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%4d",r[i]);
printf("\n");
printf("move:
%dtime,compete:
%dtime",a[1],b[1]);printf("\n");
}
4.调试分析
4.1直接插入排序
将一个记录插入到已排好的有序表中,从而得到一个新的,记录数增加1的有序表
4.2起泡排序
首先将第一个记录的关键字和第二个记录的关键字进行比较,若为逆序,则将两个
记录交换,然后比较第二个记录和第三个记录的关键字。
依此类推,知道第N-1个和第
N个记录的关键字进行过比较为止。
上述为第一趟排序。
其结果使得关键字的最大被安
排到最后一个记录的位置上。
然后进行第二趟起泡排序,对前N-1个记录进行同样操作。
一共要进行N-1趟起泡排序。
4.3直接选择排序
每一趟从待排序的记录中选出关键字最小的,顺序放在以排好序的子文件的最后,
知道全部记录排序完毕。
.
.
4.4希尔排序
先取一个小于n的整数d,作为第一个增量,把文件全部记录全部分成d1个组。
所有距离为d1的倍数的记录放在同一个组中。
先在个组中进行直接插入排序:
然后,
取第二个增量d2
4.5快速排序
设置两个变量i、j,排序开始的时候:
i=0,j=N-1;以第一个数组元素作为
关键数据,赋值给key,即key=A[0];从j开始向前搜索,即由后开始向前搜索(j
--),找到第一个小于key的值A[j],A[i]与A[j]交换;从i开始向后搜索,即由前
开始向后搜索(i++),找到第一个大于key的A[i],A[i]与A[j]交换;重复第3、4、5步,直到I=J;(3,4步是在程序中没找到时候j=j-1,i=i+1,直至找到为止。
找到并交换的时候i,j指针位置不变。
另外当i=j这过程一定正好是i+或j-完成的最后令循环结束。
)
4.6堆排序
堆排序的时间,主要由建立初始堆和反复重建堆这两部分的时间开销构成,它
们均是通过调用Heapify实现的。
堆排序的最坏时间复杂度为O(nlogn)。
堆序的平均性能较接近于最坏性能。
由于建初始堆所需的比较次数较多,所以堆排序不适
宜于记录数较少的文件。
堆排序是就地排序,辅助空间为O
(1)。
排序算法
时间复杂度
空间复杂度
是否稳定
直接插入排序
O(n2)
O
(1)
稳定
起泡排序
O(n2)
O
(1)
稳定
直接选择排序
O(n2)
O
(1)
不稳定
希尔排序
O(n1.5)
O
(1)
不稳定
快速排序
O(nlog2
n)
O(nlog2
n)
不稳定
堆排序
O(nlog2
n
O(l)
不稳定
)
图4-1时间复杂度分析
.
.
5.测试结果及运行效果
(1)运行程序进入程序开始菜单
图5-1开始菜单
(2)开始菜单中会出现四个选项:
①完全有序的情况;②逆序的情况;③随机排序的
情况;④退出。
运行时选择了③随机排序的情况,得到100个随机数的随机排序,如下图。
图5-2随机排序
(3)得出随机数字后,程序列出七个选项:
①冒泡排序;②直接插入排序;③简单选
择排序;④快速排序;⑤希尔排序;⑥堆排序;⑦退出。
选择①冒泡排序,对
100个随
机数进行冒泡排序,得到结果如下图。
.
.
图5-3起泡排序
(4)为了测试该程序,下面继续尝试进行了其他几种排序方式,结果如下图所示。
图5-4直接插入排序
.
.
图5-5简单选择排序简单选择排序结果如上图
图5-6快速排序快速排序结果如上图
.
.
图5-7希尔排序希尔排序结果如上图
图5-8堆排序堆排序结果如上图
以上图片为各种排序的结果,排序结果后显示出各种方式排序所用移动次数和比较次数,以方便比较使用。
.
.
参考文献
[1]严蔚敏吴伟民著.《数据结构(C语言版).清华大学出版.1999年第一版
[2]一华等编.数据结构---使用C语言.电子科技大学.1998年第一版
[3]谭浩强.C语言程序设计(第二版)..高等教育.2002
.
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附录全部代码
#include"stdlib.h"
#include
#defines100
typedefstructrecord
{intkey;};
staticstructrecorda1[s],a2[s],a3[s],a4[s],a5[s],a6[s],rec;
inta[7],b[7];
file()
{
printf("
*********************************
\n");
printf("
***
*1.
直接插入排序
***
\n");
printf("
***
*2.
希尔排序
***
\n");
printf("
***
*3.
冒泡排序
***
\n");
printf("
***
*4.
快速排序
***
\n");
printf("
***
*5.
简单选择排序
***
\n");
printf("
***
*6.
堆排序
***
\n");
printf("
***
*7.
总结
***
\n");
printf("
***
*0.退出
***\n");
printf("
*********************************
\n");
}
voidStraight_insert_sort(r,n)/*直接插入*/
structrecordr[];
intn;
{inti,j;a[1]=0;b[1]=0;for(i=1;i<=n;i++)
printf("%4d",r[i].key);
printf("\n");
for(i=2;i<=n;i++)
{r[0]=r[i];j=i-1;
while((j>=0)&&(r[0].key
.
.
{b[1]++;
r[j+1]=r[j--];r[j+1]=r[0];a[1]=a[1]+2;
}
}
printf("************直接插入******************\n");
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%4d",r[i]);
printf("\n");
printf("move:
%dtime,compete:
%dtime",a[1],b[1]);printf("\n");
}
voidShell_sort(r,n)/*希尔排序*/
structrecordr[];
intn;
{structrecordrec,temp;inti,j,t,h;
a[2]=0;b[2]=0;
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%4d",r[i].key);
printf("\n");
t=n/2;
while(t>=1)
{h=t;for(j=h;j{rec=r[j];
i=j-h;
while((i>=0)&&(r[i].key>rec.key))
{b[3]++;
temp=r[i+h];
r[i+h]=r[i];
r[i]=temp;
.
.
i=i-h;
a[2]=a[2]+3;
}
}
t=t/2;
b[2]++;
}
printf("************************希尔排序**************************\n");
for(i=0;iprintf("%4d",r[i]);
printf("\n");
printf("move:
%dtime,compete:
%dtime",a[3],b[3]);printf("\n");
}
voidBubblle_sort(r,n)/*冒泡排序*/
structrecordr[];
intn;
{structrecordrec;
inti,j,m,flag;
a[3]=0;b[3]=0;
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%4d",r[i].key);
printf("\n");
m=n;
flag=1;
for(i=1;i<=m-1;i++)
{flag=0;
for(j=0;j<=m-i-1;j++)
if(r[j].key>r[j+1].key)
{b[3]++;
rec.key=r[j].key;
r[j].key=r[j+1].key;
r[j+1].key=rec.key;
.
.
a[3]=a[3]+3;
flag=1;
}
if(flag==0)break;
}
printf("*************冒泡排序****************\n");
for(i=0;iprintf("%4d",r[i].key);
printf("\n");
printf("move:
%dtime,compete:
%dtime",a[3],b[3]);printf("\n");
}
intpush(h,top,m,n)
inth[];
inttop,m,n;
{h[++top]=m;h[++top]=n;return(top);
}
intpop(h,top,m,n)
inth[],top,*m,*n;
{*m=h[top--];*n=h[top--];return(top);
}
intquick(r,i,j)
structrecordr[];
inti,j;
{
rec=r[i];
while(i{while((irec.key))
.
.
j--;
b[4]++;
if(ir[i++]=r[j];
a[4]++;
while((ii++;
b[4]++;
if(ir[j--]=r[i];
a[4]++;
}
r[i]=rec;
a[4]++;
return(i);
}
voidQuick_sort(r,l,h)/*快速排序*/
structrecordr[];
intl,h;
{intss[s];inttop,i,j,k;
for(i=1;i<=s;i++)
printf("%4d",r[i].key);
printf("\n");
i=l;
j=h;
top=-1;
do
{while(iif(j-k>1)top=push(ss,top,k+1,j);
j=k-1;
}
if(top>0)
.
.
top=pop(ss,top,&j,&i);
}
while((top>=0)||(iprintf("**************************快速排序*************************\n");
for(i=1;i<=s;i++)
printf("%4d",r[i].key);
printf("\n");
printf("move:
%dtime,compete:
%dtime",a[4],b[4]);
}
voidSimple_select_sort(r,n)/*简单选择排序*/
structrecordr[];
intn;
{
inti,j,m;
a[5]=0;b[5]=0;
for(i=1;i<=n;i++)
printf("%4d",r[i].key);
printf("\n");
for(i=1;i<=n-1;i++)
{m=i;for(j=i+1;j<=n;j++)if(r[j].keym=j;
b[5]++;
if(i!
=m)
{rec=r[i];r[i]=r[m];r[m]=rec;
a[5]=a[5]+3;
}
}
printf("************************简单选择************************\n");
for(i=1;i<=s;i++)
printf("%4d",r[i].ke