数据结构课程实验报告7.docx
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数据结构课程实验报告7
课程实验报告
课程名称：
数据结构
专业班级：
信安
学号：
姓名：
指导教师：
报告日期：
2015.4.5
计算机科学与技术学院
1课程实验概述
上机实验是对学生的一种全面综合训练，是与课堂听课、自学和练习相辅相成的必不可少的一个教学环节。
实验目的着眼于原理与应用的结合，使学生学会如何把书上的知识用语解决实际问题，能够理解和运用常用的数据结构，如线性表、栈、队列、树、图、查找表等，并在此基础上建立相应的算法；通过上机实验使学生了解算法和程序的区别，培养学生把算法转换为程序的能力，提高学生解决实际问题的能力；学会分析研究计算机加工的数据结构的特性，以便为应用涉及的数据选择适当的逻辑结构、存储结构及其相应的算法，并初步掌握算法的时间分析和空间分析的技术。
2实验一基于顺序结构的线性表实现
2.1问题描述
编写一个程序，实现顺序表的各种基本运算，并在此基础上完成以下功能:
1） 初始化顺序表；
2） 释放顺序表；
3） 判断顺序表L是否为空；
4） 输出顺序表L的长度；
5） 输出顺序表L的第i个元素；
6） 输出元素e的位置；
7） 输出元素e的前一个元素；
8） 输出元素e的后一个元素；
9） 在第i个元素位置上插入f元素；
10） 删除L的第i个元素；
11） 输出顺序表L；
12） 保存顺序表L的数据。
2.2系统设计
1、数据类型
顺序表：
typedefstruct
{
ElemType*elem;//线性表首地址
intlength;//线性表当前长度
intlistsize;//线性表最大长度
}SqList;
数据类型：
int（可以在头文件中更改数据类型）
输入形式：
文件读取、键盘输入
输入范围：
-2^15~2^16
2、函数返回状态
判断为真：
TRUE0
判断为假：
FALSE-1
函数正确执行：
OK-2
函数执行错误：
ERROR-3
元素不存在：
NOTEXIST-4
内存分配溢出：
OVERFLOW-5
3、函数设计
InitList（&L）
操作前提：
L是一个未初始化的线性表。
操作结果：
将L初始化为一个空的线性表。
DestroyList（&L）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
销毁线性表L。
ListEmpty（L）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
若L为空表，则返回TURE，否则返回FALSE。
ListLength（L）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
返回L中数据元素个数。
GetElem（L, i,&e）
操作前提：
线性表L已存在，1≤i≤ListLength（L）。
操作结果：
用e返回L中第i个元素的值。
LocateElem （L,e）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
返回L中第一个e的位序。
若这样的数据元素不存在，则返回值为0。
PriorElem （L,e,&proi）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
返回L中第一个e的前一个数据元素。
若这样的数据元素不存在，则返回值为0。
NextElem （L,e,&next）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
返回L中第一个e的后一个的数据元素。
若这样的数据元素不存在，则返回值为0。
ListInsert （&L,i ,e）
操作前提：
线性表L已存在，1≤i≤ListLength（L）+1。
操作结果：
在L中第i个位置之前插入新的数据元素e，L的长度+1。
ListDelete （&L,i, e）
操作前提：
线性表L已存在且非空，1≤i≤ListLength（L）。
操作结果：
删除L的第i个元素数据，并用e返回其值，L的长度—1。
DisplayList（L）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
打印表中元素。
SaveList（L）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
保存表中元素。
4、主要函数流程图
ProiElem：
这里的查找元素操作可直接调用LocateElem函数返回元素的位置，NextElem函数的流程图与此相似，这里不在赘述）
ListInsert：
这个函数最主要的部分就是检查参数与元素的移位操作，若参数不合法（传入空线性表、插入位置在线性表之外）极易出现访问数组外元素问题；元素移位操作要在不丢失数据的前提下（从最后一个元素开始）进行。
ListDelete
删除函数同样最主要的部分就是检查参数与元素的移位操作，若参数不合法（传入空线性表、删除位置在线性表之外）极易出现访问数组外元素问题；元素移位操作要在不丢失数据的前提下（从被删除的元素开始）进行。
2.3系统实现
这里也只给出主要函数的代码，完整代码会在附录给出
函数名：
LocateElem
参数：
线性表L、要查找的元素
返回值：
若元素存在，返回位置，否则返回错误信息
函数功能：
获取元素的位置
statusLocateElem（SqListL,ElemTypee）
{
if（!
L.elem）
returnERROR;
for（inti=1;i{
if（e==L.elem[i]）
returni;
}
returnNOTEXIST;
}
函数名：
PriorElem
参数：
线性表L、查找的元素、带回元素值的形参
返回值：
函数执行情况成功为OK，否则ERROR
函数功能：
获取元素的前继节点元素
statusPriorElem（SqListL,ElemTypecur,ElemType&pre_e）
{
/*不可获取线性表长度之外的元素，第0号元素不用*/
if（!
L.elem）
returnERROR;
intpos;
pos=LocateElem（L,cur）;
if（pos<1）
returnERROR;
if（pos==1）
returnNOTEXIST;
pre_e=L.elem[pos-1];
returnOK;
}
函数名：
ListInsert
参数：
线性表L（引用）、要插入的位置及元素
返回值：
是否插入成功
函数功能：
插入元素到指定位置
statusListInsert（SqList&L,inti,ElemTypee）
{
/*不可获取线性表长度之外的元素，第0号元素不用*/
if（!
L.elem||i>L.length+1||i<1）
returnERROR;
if（L.length==L.listsize）
returnOVERFLOW;
for（intj=L.length+1;j>i;j--）
{
L.elem[j]=L.elem[j-1];
}
L.elem[i]=e;
L.length++;
returnOK;
}
函数名：
ListDelete
参数：
线性表L（引用）、位置、带回被删除的元素e
返回值：
是否删除元素成功
函数功能：
删除指定位置的元素并带回元素
statusListDelete（SqList&L,inti,ElemType&e）
{
/*不可获取线性表长度之外的元素，第0号元素不用*/
if（!
L.elem||i>L.length||i<1）
returnERROR;
e=L.elem[i];
for（intj=i;j{
L.elem[j]=L.elem[j+1];
}
L.length--;
returnOK;
}
调试分析
（1） 调试过程中主要遇到哪些问题？
是如何解决的？
调式过程中发现总是粗心大意忘了加分号或者打错字，所以学习C语言一定要细心仔细，不能着急。
用DisplayList函数时出现了问题，后来经过询问同学和查阅书本对程序进行了改正，使其能够正确进行。
（2） 经验和体会
通过这次上机实验，对顺序表的各功能有了进一步的了解和学习，也对C语知识进行了巩固。
实验结果截图
实验测试数据为：
1、2、3、4、5、6、7、8、9。
这里依然只给出主要函数结果。
1）查找元素位置：
2）查找前继元素：
3）插入元素：
4）删除元素：
5）遍历线性表：
2.4效率分析
由于线性表具有随机访问的特性，所以线性表操作的时间基本来自于线性表的遍历、插入及删除操作。
假定线性表中有n个元素。
1）获取元素位置：
最好的情况：
第一个元素即为所要查找的元素，执行1次操作；
最坏的情况：
最后一个元素为要查找的元素，执行n次操作；
若所有元素访问的概率相等，则要执行（n+1）/2次操作。
总体来说时间复杂度为O（n）。
2）插入元素：
最好的情况：
插入到线性表尾，执行1次操作；
最坏的情况：
插入到线性表头，执行n次操作；
若所有元素访问的概率相等，则要执行（n+1）/2次操作。
总体来说时间复杂度为O（n）。
3）删除元素：
最好的情况：
删除线性表尾元素，执行1次操作；
最坏的情况：
删除线性表头元素，执行n次操作；
若所有元素访问的概率相等，则要执行（n+1）/2次操作。
总体来说时间复杂度为O（n）。
结果分析：
线性表比较适合经常访问但修改较少的实际运用。
3实验二基于链式结构的线性表实现
3.1问题描述
编写一个程序，实现线性链表的各种基本运算，并在此基础上完成以下功能:
1） 初始化线性链表；
2） 释放线性链表；
3） 判断线性链表L是否为空；
5） 输出线性链表L的长度；
5） 输出线性链表L的第i个元素；
6） 输出元素e的位置；
7） 输出元素e的前一个元素；
8） 输出元素e的后一个元素；
9） 在第i个元素位置上插入f元素；
10） 删除L的第i个元素；
11） 输出线性链表L；
12） 保存线性链表L的数据。
3.2系统设计
1、数据类型
线性链表：
structLinkList
{
ElemTypedata;//链表元素
LinkList*next;//指向后继节点的指针
}
数据类型：
int（可以在头文件中更改数据类型）
输入形式：
文件读取、键盘输入
输入范围：
-2^15~2^16
2、函数返回状态
判断为真：
TRUE0
判断为假：
FALSE-1
函数正确执行：
OK-2
函数执行错误：
ERROR-3
元素不存在：
NOTEXIST-4
内存分配溢出：
OVERFLOW-5
3、函数设计
InitList（&L）
操作前提：
L是一个未初始化的线性表。
操作结果：
将L初始化为一个空的线性表。
DestroyList（&L）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
销毁线性表L。
ListEmpty（L）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
若L为空表，则返回TURE，否则返回FALSE。
ListLength（L）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
返回L中数据元素个数。
GetElem（L, i,&e）
操作前提：
线性表L已存在，1≤i≤ListLength（L）。
操作结果：
用e返回L中第i个元素的值。
LocateElem （L,e）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
返回L中第一个e的位序。
若这样的数据元素不存在，则返回值为0。
PriorElem （L,e,&proi）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
返回L中第一个e的前一个数据元素。
若这样的数据元素不存在，则返回值为0。
NextElem （L,e,&next）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
返回L中第一个e的后一个的数据元素。
若这样的数据元素不存在，则返回值为0。
ListInsert （&L,i ,e）
操作前提：
线性表L已存在，1≤i≤ListLength（L）+1。
操作结果：
在L中第i个位置之前插入新的数据元素e，L的长度+1。
ListDelete （&L,i, e）
操作前提：
线性表L已存在且非空，1≤i≤ListLength（L）。
操作结果：
删除L的第i个元素数据，并用e返回其值，L的长度—1。
DisplayList（L）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
打印表中元素。
SaveList（L）
操作前提：
线性表L已存在。
操作结果：
保存表中元素。
4、主要函数流程图
NextElem：
这里的查找元素操作可直接调用LocateElem函数返回元素的位置，ProiElem函数的流程图与此相似，这里不在赘述）
ListInsert：
这个函数最主要的部分就是检查参数与节点的插入操作，若参数不合法（传入空线性链表、插入位置在线性链表之外）极易出现访问链表外元素问题；若插入首节点，要注意修改头指针，插入其他节点注意不要丢失指针，应先保存后继节点指针后，再修改前驱节点的后继。
ListDelete
删除函数同样最主要的部分就是检查参数与节点的删除操作，若参数不合法（传入空线性链表、删除位置在线性链表之外）极易出现访问链表外元素问题；若删除首节点，要先保存首节点的后继节点，再释放首地址，再修改头指针；删除其他节点要注意查找到它的前继节点，再修改前继节点的后继，释放节点。
3.3系统实现
这里也只给出主要函数的代码，完整代码会在附录给出
函数名：
LocateElem
参数：
线性表L、要查找的元素
返回值：
若元素存在，返回位置，否则返回错误信息
函数功能：
获取元素的位置
statusLink:
:
LocateElem（LinkL,ElemTypee）
{
if（L.head==NULL）
returnERROR;
intloc=0;
L.cur_p=head;
while（L.cur_p）
{
loc++;
if（L.cur_p->data==e）
returnloc;
L.cur_p=L.cur_p->next;
}
returnNOTEXIST;
}
函数名：
NextElem
参数：
线性表L、查找的元素、带回元素值的形参
返回值：
函数执行情况成功为OK，否则ERROR
函数功能：
获取元素的后继节点元素
statusLink:
:
NextElem（LinkL,ElemTypecur,ElemType&e）
{
if（L.head==NULL）
returnERROR;
intpos;
pos=LocateElem（L,cur）;
if（pos<1）
returnERROR;
if（pos==L.length）
returnNOTEXIST;
GetElem（L,pos+1,e）;
returnOK;
}
函数名：
ListInsert
参数：
线性表L（引用）、要插入的位置及元素
返回值：
是否插入成功
函数功能：
插入元素到指定位置
statusLink:
:
ListInsert（Link&L,inti,ElemTypee）
{
if（i<1||i>L.length+1）
returnERROR;
if（!
L.head）
{
L.head=（LinkList*）malloc（sizeof（LinkList））;
if（!
L.head）
returnOVERFLOW;
L.head->data=e;
L.head->next=NULL;
L.length=1;
returnOK;
}
L.cur_p=L.head;
for（intj=1;j{
L.cur_p=L.cur_p->next;
if（!
L.cur_p）
returnERROR;
}
L.tail=（LinkList*）malloc（sizeof（LinkList））;
if（!
L.tail）
returnOVERFLOW;
L.tail->data=e;
if（i==1）
{
L.tail->next=L.head;
L.head=L.tail;
}
else
{
L.tail->next=L.cur_p->next;
L.cur_p->next=L.tail;
}
L.length++;
returnOK;
}
函数名：
ListDelete
参数：
线性表L（引用）、位置、带回被删除的元素e
返回值：
是否删除元素成功
函数功能：
删除指定位置的元素并带回元素
statusLink:
:
ListDelete（Link&L,inti,ElemType&e）
{
if（!
L.head||i<1||i>L.length）
returnERROR;
L.cur_p=L.head;
if（i==1）
{
L.head=L.head->next;
free（L.cur_p）;
L.length--;
returnOK;
}
for（intj=1;j{
L.cur_p=L.cur_p->next;
if（!
L.cur_p）
returnERROR;
}
L.tail=L.cur_p->next;
L.cur_p->next=L.cur_p->next->next;
free（L.tail）;
L.tail=NULL;
L.length--;
returnOK;
}
调试分析
（1） 调试过程中主要遇到哪些问题？
是如何解决的？
调式过程中发现总是无法插入到首节点，后来发现是没单独考虑首节点的插入操作。
用删除t函数时若删除第一个元素就出现异常退出，经调试发现操作的空指针，是未考虑删除首节点导致的。
（2） 经验和体会
通过这次上机实验，对顺序链表的各功能有了进一步的了解和学习，也对C语知识进行了巩固。
实验结果截图
实验数据：
1、2、3、4、5、6、7、8、9
1）获取元素位置：
2）获取后继元素：
3）插入元素：
4）删除元素：
5）遍历线性链表：
3.4效率分析
由于线性链表不具有随机访问的特性，所以线性表操作的时间都来自于线性表的遍历操作。
假定线性表中有n个元素。
1）获取元素位置：
最好的情况：
第一个元素即为所要查找的元素，执行1次操作；
最坏的情况：
最后一个元素为要查找的元素，执行n次操作；
若所有元素访问的概率相等，则要执行（n+1）/2次操作。
总体来说时间复杂度为O（n）。
链式结构使得插入，删除操作不需要移动其他元素，只要更改指针指向，所以线性链表比较适合需要经常改动数据的结构，但同时也有一个问题，链表的空间使用效率不是很高，而且一个节点内存储的数据越少，利用率越低。
4实验三基于二叉链表的二叉树实现
4.1问题描述
编写一个程序，实现二叉树的各种基本运算，并在此基础上完成以下功能:
1） 初始化二叉树；
2） 释放二叉树；
3） 判断二叉树是否为空；
6） 输出二叉树的深度；
5） 先序遍历二叉树；
6） 中序遍历二叉树；
7） 后序遍历二叉树；
8） 层序遍历二叉树；
9） 在二叉树上插入f元素；
10） 删除二叉树的元素e；
11） 保存二叉树的数据。
4.2系统设计
二叉树节点的定义
structBiTreeNode
{
ElemTypedata;//节点元素
BiTreeNode*parents;
BiTreeNode*Lson;//指向左后继节点的指针
BiTreeNode*Rson;//指向右后继节点的指针
};
队列，层序遍历二叉树时使用
structQueue
{
BiTreeNode*node;//保存二叉树节点
Queue*next;
};
1、数据类型
数据类型：
int（可以在头文件中更改数据类型）
输入形式：
文件读取、键盘输入
输入范围：
-2^15~2^16
2、函数返回状态
判断为真：
TRUE0
判断为假：
FALSE-1
函数正确执行：
OK-2
函数执行错误：
ERROR-3
元素不存在：
NOTEXIST-4
内存分配溢出：
OVERFLOW-5
3、函数设计
注：
所有函数在BiTree类中实现，所以函数没传根指针
InitBiTree（）
操作前提：
B是一个未初始化的二叉树。
操作结果：
将B初始化为一个空的二叉树。
DestroyBiTree（）
操作前提：
二叉树B已存在。
操作结果：
销毁二叉树B。
BiTreeEmpty（）
操作前提：
二叉树B已存在。
操作结果：
若B为空树，则返回TURE，否则返回FABSE。
BiTreeDepth（）
操作前提：
二叉树B已存在。
操作结果：
返回B的深度。
GetRoot（）
操作前提：
二叉树B已存在。
操作结果：
返回二叉树的根指针。
Value （e）
操作前提：
二叉树B已存在，e是二叉树中的某个节点。
操作结果：
返回节点e的数据。
Assign （&e，valuei）
操作前提：
二叉树B已存在，e是B中的一个节点。
操作结果：
节点e的值改为value。
Parent（e）
操作前提：
二叉树B已存在，e是B中的一个节点。
操作结果：
返回e的双亲节点。
LeftChild（e）
操作前提：
二叉树B已存在，e是B中的一个节点。
操作结果：
返回e的左子树根节点。
RightChild（e）
操作前提：
二叉树B已存在，e是B中的一个节点。
操作结果：
返回e的右子树根节点。
LeftSibling（e）
操作前提：
二叉树B已存在，e是B中的一个节点。
操作结果：
返回e的左兄弟节点，若e为B左子树，则返回空。
RightSibling（e）
操作前提：
二叉树B已存在，e是B中的一个节点。
操作结果：
返回e的右兄弟节点，若e为B右子树，则返回空。
BiTreeInsert （e）
操作前提：
二叉树B已存在。
操作结果：
在B中插入新的数据元素e。
BiTreeDeBete （e）
操作前提：
二叉树B已存在且非空。
操作结果：
删除B的元素数据e。
PreOrderTraverse（）
操作前提：
二叉树B已存在。
操作结果：
先序遍历二叉树
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