排序综合课程设计报告.docx
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排序综合课程设计报告
课程设计
课程设计名称：
排序综合
专业班级：
0000000000000
学生姓名：
0000000000000
学号：
00000000000000
指导教师：
00000000000000
课程设计时间：
2010.6.21-2010.6.25
计算机科学与技术专业课程设计任务书
学生姓名
专业班级
学号
题目
排序综合
课题性质
A．工程设计
课题来源
D．自拟课题
指导教师
同组姓名
无
主要内容
综合应用所学知识，设计完成一个排序综合系统。
本系统拟实现以下功能：
1.直接插入排序
2.希尔排序
3.快速排序
4.堆排序
5.结果保存
6.计算排序时间
系统要求采用VC6.0工具进行开发实现。
任务要求
综合运用和融化所学理论知识，提高分析和解决实际问题的能力，使用c语言设计一个排序综合系统。
完成课程设计报告，报告中对关键部分给出图表说明。
要求格式规范，工作量饱满。
参考文献
[1]数据结构.严蔚敏，吴伟民编著.清华大学出版社.2007年03月
[2]数据结构、算法与应用：
C++语言描术.（美）萨尼（Sahni,S.）著，汪诗林等译.机械工业出版社.2005年03月
审查意见
指导教师签字：
教研室主任签字：
2010年6月24日
说明：
本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页
信息科学与工程学院课程设计成绩评价表
课程名称：
数据结构课程设计
设计题目：
排序
序号
评审项目
分数
满分标准说明
1
内容
思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论严谨，设计有应用价值。
任务饱满，做了大量的工作。
2
创新
内容新颖，题目能反映新技术，对前人工作有改进或突破，或有独特见解
3
完整性、实用性
整体构思合理，理论依据充分，设计完整，实用性强
4
数据准确、可靠
数据准确，公式推导正确
5
规范性
设计格式、绘图、图纸、实验数据、标准的运用等符合有关标准和规定
6
纪律性
能很好的遵守各项纪律，设计过程认真；
7
答辩
准备工作充分，回答问题有理论依据，基本概念清楚。
主要问题回答简明准确。
在规定的时间内作完报告。
总分
综
合
意
见
指导教师年月日
1、需求分析
1.1、直接插入排序
思路:
设有一组关键字{K1,K2,…….,Kn},排序开始变认为K1是一个有序的序列,让K2插入到表长为1的有序序列,使之成为一个表长为2的有序序列,让K3插入到表长为2的有序序列,使之成为一个表长为3的有序序列,依次类推,最后让Kn插入上述表长为n-1的有序序列,得到一个表长为n的有序序列.
1.2、希尔排序
思路：
先取一个正整数d1（d1=1）,即所有记录成为一个组为此.一般选d1约为n/2,d2为d1/2,…….,di=1
1.3、快速排序:
（递归和非递归）
思路:
以第一个关键字K1为控制字，将[K1、K2、….Kn]分成两个子区，使左区的有关键字小于等于K1，右区所有关键字大于等于K1，最后控制居两个子区中间的适当位置。
在子区内数据尚处于无序状态。
将右区首、尾指针保存入栈，对左区进行与第
（1）步相类似的处理，又得到它的左子区和右子区，控制字区中。
重复第
（1）、
（2）步，直到左区处理完毕。
然后退栈对一个个子区进行相类似的处理，直到栈空
分区处理函数hoare
思路：
首先用两个指针i、j分别指向首、尾两个关键字，i=1，j=8。
如对（46、56、14、43、95、10、19、72）。
第一个关键字46作为控制字，该关键字所属的记录另存储在一个x变量中。
从文件右端元素r[j].key开始与控制字x.key相比较，当r[j].key大于等于x.key时，r[j]不移动，修改指针j，j--，直到r[j].key重复上面的步骤.
1.4、堆排序
思路：
把n个记录存于向量r之中，把它看成完全二叉树，此时关键字序列不一定满足堆的关系。
堆排序大体分为两步处理：
初建堆，从堆的定义出发，当i=1、2、。
。
。
。
、[2/n]时应满足ki<=k2i和ki<=k2i+1.所以先取i=[n/2]（它一定是第n个结点的双亲编号）,将以i结点为根的子树调整为堆，然后令i=i-1，将以不结点为根的子树调整为堆。
此时可能会反复调整某些结点，直到i=1为止，堆初步建成。
堆排序，首先输出堆顶元素（一般是最小值）,让堆中最后一个元素上移到原堆顶位置，然后恢复堆。
因为经过第一步输出堆顶元素的操作后，往往破坏了堆关系，所以要恢复堆；重复执行输出堆顶元素、堆尾元素上移和恢复堆的步骤。
2、概要设计
2.1、头文件
#include
#include
#include
#include
2.2、ADT
structelement
{
intkey;
}list[20];
structrnode
{
intkey;
intpoint;
};
2.3、各种操作函数：
（1）创建一个数组函数：
intcreat（）；
（2）输出数组函数：
voidprint（structelementa[20],intn）；
（3）保存函数：
voidsave（structelementa[SIZE],intn,charfileName[]）
（4）直接插入排序函数：
voidinsert_sort（elementa[],intn）
（5）希尔排序函数：
voidshell（structelementa[20],intn）；
（6）快速排序函数（分区处理函数）：
inthoare（structelementa[20],intl,inth）；
（7）非递归的快速排序函数：
voidquick1（structelementa[20],intn）；
（8）递归的快速排序函数：
voidquick2（structelementa[20],intl,inth）；
（9）堆排序（调整堆的函数）：
voidheap（structelementa[20],inti,intm）；
（10）堆排序（主体函数）：
voidheapsort（structelementa[20],intn）；
（11）时间函数：
start=clock（）;end=clock（）;
2.4、主函数
Voidmain（）
{
接受命令（选择要执行的操作）；
处理命令；
输出结果；
}
3、详细设计
3.1、程序源代码：
#include
#include
#include
#include
#defineSIZE1000000
structelement
{
intkey;
}list[SIZE];
///////创建一个数组////////
intcreat（）
{
inti,n;
intnum;
n=0;
printf（"请输入元素个数:
"）;
scanf（"%d",&num）;
for（i=0;i{
list[n].key=rand（）%10000;
n++;
}
return（n）;
}
/////////////输出数组/////////////
voidprint（structelementa[SIZE],intn）
{
inti;
for（i=0;iprintf（"%5d",a[i].key）;
printf（"\n"）;
}
/////////////保存到文件/////////////
voidsave（structelementa[SIZE],intn,charfileName[]）
{
intm_wr=0;//写入TXT文件变量
FILE*fp;
if（（fp=fopen（fileName,"w"））==NULL）
printf（"Filewritererror\n"）;
for（intm=0;m{
m_wr=a[m].key;
fprintf（fp,"%d",m_wr）;//写入TXT中
}
fclose（fp）;
}
////////////////////直接插入排序///////////////////
voidinsert_sort（elementa[],intn）
{
inti,j;
elementnext;
for（i=1;i{
next=a[i];
for（j=i-1;j>=0&&next.keya[j+1].key=a[j].key;
a[j+1]=next;
}
printf（"输出直接插入排序的结果:
\n"）;
}
/////////////////希尔排序//////////////////////
voidshell（structelementa[SIZE],intn）
{
inti,j,k;
for（i=n;i>=1;i--）
a[i].key=a[i-1].key;
k=n/2;
while（k>=1）
{
for（i=k+1;i<=n;i++）
{
a[0].key=a[i].key;
j=i-k;
while（（a[j].key>a[0].key）&&（j>=0））
{
a[j+k].key=a[j].key;
j=j-k;
}
a[j+k]=a[0];
}
k=k/2;
}
for（i=0;ia[i].key=a[i+1].key;
printf（"输出希尔排序的结果:
\n"）;
}
////////////////////快速排序///////////////////////////
inthoare（structelementa[SIZE],intl,inth）//分区处理函数
{
inti,j;
structelementx;
i=l;
j=h;
x.key=a[i].key;
do
{
while（（i=x.key））
j--;
if（i{
a[i].key=a[j].key;
i++;
}
while（（ii++;
if（i{
a[j].key=a[i].key;
j--;
}
}while（ia[i].key=x.key;
return（i）;
}
voidquick1（structelementa[SIZE],intn）//非递归的快速排序
{
inti,l,h,tag,top;
ints[20][2];
l=0;h=n-1;tag=1;top=0;
do
{
while（l{
i=hoare（a,l,h）;
top++;
s[top][0]=i+1;
s[top][1]=h;
h=h-1;
}
if（top==0）
tag=0;
else
{
l=s[top][0];
h=s[top][1];
top--;
}
}while（tag==1）;
}
voidquick2（structelementa[SIZE],intl,inth）//递归的快速排序
{
inti;
if（l{
i=hoare（a,l,h）;//划为两个区
quick2（a,l,i-1）;//对左分区快速排序
quick2（a,i+1,h）;//对右分区快速排序
}
}
////////////////////堆排序函数//////////////////////////
//调整堆的函数
voidheap（structelementa[SIZE],inti,intm）
/*i是根结点编号,m是以i为根的子树的最后一个结点编号*/
{
structelementx;
intj;
x.key=a[i].key;//保存记录内容
j=2*i;//j为左孩子编号
while（j<=m）
{
if（jif（a[j].key>a[j+1].key）//当结点i有左,右两个孩子时,j取关键较小的孩子编号
j++;
if（a[j].key{
a[i].key=a[j].key;
i=j;
j=2*i;
}
else
j=m+1;//x.key小于左,右孩子的关键字时,使j>m,以便结束循环
}
a[i].key=x.key;
}
//堆排序的主体函数
voidheapsort（structelementa[SIZE],intn）
{
inti,v;
structelementx;
for（i=n;i>0;i--）
a[i].key=a[i-1].key;
for（i=n/2;i>=1;i--）
heap（a,i,n）;
for（v=n;v>=2;v--）
{
x.key=a[1].key;//堆顶堆尾元素交换
a[1].key=a[v].key;
a[v].key=x.key;
heap（a,1,v-1）;//这次比上次少处理一个记录
}
for（i=0;ia[i].key=a[i+1].key;
for（i=0;iintk;
k=a[i].key;
a[i].key=a[n-i-1].key;
a[n-i-1].key=k;
}
}
voidmain（）
{
intnum,l,h,c;
clock_tstart,end;
c=1;
charfile1[50]="直接插入排序.txt";
charfile2[50]="希尔排序.txt";
charfile3[50]="非递归的快速排序.txt";
charfile4[50]="递归的快速排序.txt";
charfile5[50]="堆排序.txt";
printf（"***********欢迎使用本系统学习各种排序*************\n"）;
printf（"*温馨提示：
首先请生成用于排序的元素，以便进行排序*\n"）;
printf（"********************主菜单************************\n"）;
printf（"*1生成随机排序元素*\n"）;
printf（"*2直接插入排序*\n"）;
printf（"*3希尔排序*\n"）;
printf（"*4非递归的快速排序*\n"）;
printf（"*5递归的快速排序*\n"）;
printf（"*6堆排序*\n"）;
printf（"*0退出*\n"）;
printf（"**************************************************\n"）;
while（c!
=0）
{
printf（"*请输入0-6进行操作\n"）;
scanf（"%d",&c）;
switch（c）
{
case1:
num=creat（）;
print（list,num）;
break;
case2:
start=clock（）;
insert_sort（list,num）;
end=clock（）;
print（list,num）;
save（list,num,file1）;
printf（"Thetime:
%dms\n",end-start）;
break;
case3:
start=clock（）;
shell（list,num）;
end=clock（）;
print（list,num）;
save（list,num,file2）;
printf（"Thetime:
%dms\n",end-start）;
break;
case4:
start=clock（）;
quick1（list,num）;
end=clock（）;
print（list,num）;
save（list,num,file3）;
printf（"Thetime:
%dms\n",end-start）;
break;
case5:
l=0;h=num-1;
start=clock（）;
quick2（list,l,h）;
end=clock（）;
printf（"输出递归快速排序结果:
\n"）;
print（list,num）;
save（list,num,file4）;
printf（"Thetime:
%dms\n",end-start）;
break;
case6:
start=clock（）;
heapsort（list,num）;
end=clock（）;
print（list,num）;
save（list,num,file5）;
printf（"Thetime:
%dms\n",end-start）;
break;
}
}
}//mainend
4、调试分析
4.1、insertion_sort排序算法分析：
该算法的时间复杂度为O（n*n）.直接插入排序是稳定的排序方法。
当n值较小时，n和n2的差别也较小，即直接插入排序的最好时间复杂度O（n）和最坏时间复杂度0（n2）差别不大。
4.2、shell排序算法分析：
Shell排序算法的时间复杂度分析比较复杂，实际所需的时间取决于各次排序时增量的个数和增量的取值。
当n较大时，比较和移动的次数约在nl.25到1.6n1.25之间。
由于Shell排序算法是按增量分组进行的排序，所以Shell排序算法是一种不稳定的排序算法。
4.3、quick排序算法分析：
快速排序主体算法时间运算约为O（log2n）,划分子区函数运算量约为O（n），所总时复杂度为O（nlog2n）.因为快速排序的记录移动次数不大于比较的次数，所以快速排序的最坏时间复杂度应为0（n2），最好时间复杂度为O（nlgn）。
4.4、heapsort排序算法分析：
堆排序中heap算法的时间复杂度与堆所对应的完全二叉树的深度[log2n]+1相关，而heapsort中对heap的调用数量级为n，所以整个堆排序的时间复杂度为O（nlog2n）。
堆排序是不稳定的。
5、调试结果
5.1系统操作
5.1.1、主菜单界面
5.1.2、生成排序元素
5.1.3直接插入排序
5.1.4、希尔排序
5.1.5非递归的快速排序
5.1.6递归的快速排序
5.1.7堆排序
5.2、测试数据
5.2.1、100个数据元素
5.2.2、1000个数据元素
5.2.3、10000个数据元素
5.2.4、100000个数据元素
课程设计总结
通过这次课程设计的学习让我学会了许多。
让我对我们的专业知识有了很大理解！
我对专业的课程有了初步的认识。
在这次课程设计中，独立完成了在两种存储结构下的每种排序算法。
排序算法共有七个：
插入排序、希尔排序、冒泡排序、快速排序、选择排序、堆排序、归并排序。
同时也实现了随机数的生成。
并把排序后的结果保存在不同的文件中。
虽然在算法完成的过程中也在网上查阅了一些资料，但对这次课程设计的成果还是非常满意的。
这次的课程设计还有很多不足之处，如链表存储结构中的堆排序算法，当排序个数过多时，就会等待很长时间。
可能时调用的函数过多的原因造成的，但排序是正确的。
用指针代替函数的调用。
还有就是随机数不能随时更改，只能设定一次。
链表归并算法不是对链表直接操作，而是将链表中的元素放入数组中进行排序，我想了很多方法都没有想出对链表的直接操作的算法。
由于时间限制，只在课程设计快结束时完成了产生随机文件这部分，我想以后有时间再来完成它。
同时在完成这个课程设计后，我也学到了很多知识，并能训练的掌握他们了。
首先学会了随机数的产生。
熟练的撑握了C语言的文件读写操作。
撑握了每种排序算法的基本思想，并从同学那里学会了编写程序的一般步骤：
思考问题，写出解决方案，写出伪代码，完成代码，调试程序。
不像以前那样开始就直接写代码。
但我还是认为自己有些不足，希望以后能弥补这些不足。
所以，这次的课程设计我学会了很多，不光让我认识了本专业知识，还让我学了一定的心境！
那就是做事情的时候即使不会做也不能慌张，要慢慢放下心来，不要光想自己怎么、怎么不会了！
不要去想不会，而是冷下心来慢慢思考、思考。
这样你就会有了思虑的。
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