《数据结构与算法》课程设计.docx
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《数据结构与算法》课程设计
《数据结构与算法》课程设计
实习一
需求规格说明
1、单链表的输出
要求：
使用“递归”算法实现单链表中数据的顺序和逆序输出，但不允许引入额外的空间复杂度。
总体分析与设计
利用链表的存储结构，并采用递归的思想；
主函数
voidOpSeqOutput（intn）
voidSeqOutput（）
利用主函数调用voidOpSeqOutput（intn）和voidSeqOutput（）实现数序列逆序和顺序输出；
编码
voidSeqOutput（）
利用递归的方法，输出头结点后，删除该节点；
voidOpSeqOutput（intn）
利用递归的方法，为尾节点计数，并依次逆序输出；
程序及算法分析
输入n个数进行测试，输出结果：
Listis:
549874567896864567539876542642982543
2154987456789686456753987654264298254321
54987456789686456753987654264298254321
Listsequencereverseoutput:
1234528924624567893576546869876547894512
3452892462456789357654686987654789451234
5289246245678935765468698765478945
Listsequenceoutput:
5498745678968645675398765426429825432154
9874567896864567539876542642982543215498
7456789686456753987654264298254321
请按任意键继续...
采用递归的方法，如果数序列较大，则时间复杂度较大；
小结
利用递归的方法空间复杂度较小；
附录
voidChain:
:
SeqOutput（）
{
ChainNode*current=first;
if（current）
{
inti=0;
Tx;
cout<data<<"";
i++;
Delete（i,x）;
SeqOutput（）;
}
else
cout</*cout<<"Listsequencesequenceoutputover!
"<}
//逆序输出
template
voidChain:
:
OpSeqOutput（intn）
{
ChainNode*current=first;
ChainNode*trail;
if（first&&n>0）
{
for（inti=0;current&&i{
trail=current;
current=current->link;
}
cout<data<<"";
OpSeqOutput（n-1）;
}
/*cout<<"Listsequencereverseoutputover!
"<}
实习二
需求规格说明
2、二值图像的像元分组
算法简介：
二值图像中每个元素的值只能为1或0，其中1表示有效像元，0表示图像的背景。
如果一个元素在另外一个元素的上、下、左、右四个方向，称两个元素为相邻元素。
“像元分组”算法是将二值图像中处于相邻的元素进行分组标号，使得属于同一个分组的像元集合，其编号都相同。
如下图所示：
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
2
2
0
3
0
0
2
0
0
3
0
0
0
0
0
3
分组前分组后
要求：
使用“队列”来实现二值图像的像元分组，图像数据采用TXT文件形式给出，把分组结果图像输出到另外一个文件
总体分析与设计
利用队列的存储结构；
数字化图像是一个m*n的像素矩阵。
识别图元就是对元像素进行标记，当且仅当两个像素属于同一图元时，它们的标号相同；
在识别图元的过程中，图像的周围包上一圈空白像素（即0像素）；采用数组0offset来确定与一个给定像素相邻的像素。
通过逐行扫描像素来识别图元。
当遇到一个没有标号的图元的像素时，就给它指定一个图元编号（使用数字2、3、等为图元编号），该像素就为一个新图元种子，通过识别和标记与种子相邻的所有图元像素，可以确定图元中的其它像素。
编码
先在图像外围包上一圈背景像素，并对offset进行初始化，接下来的两个for循环通过扫描图像寻找下一个图元的种子。
再图元标号设置为种子标号，接下来借助于链表队列的帮助，可以识别出该图元的其余像素。
程序及算法分析
10
9
111100000000000000
000000111000000222
000000000000000000
001111100003333300
000011100000033300
110000000040000000
000001110000005550
011100000066600000
000001000000007000
000111010000777080
对于任一个图元来说，识别标记该图元的的每个像素（种子除外）所需时间为O（cnum），识别并标记所有非种子图元像素所需要的总时间为Ｏ（ｍ２）。
小结
其存储方式可以用公式化队列，链表堆栈，或公式化堆栈。
附录
#include"stdafx.h"
#include"Disgra.h"
#include
#include
usingnamespacestd;
#definemax40
int_tmain（intargc,_TCHAR*argv[]）
{
ifstreamf1（"data.txt",ios:
:
_Nocreate）;
DisgraD;//创建Disgra的对象D
D.pixel;
introws（0）,cols（0）;
f1>>rows>>cols;//读入行数和列数
intn（0）;
for（inti=0;i{
for（intj=0;j{
f1>>n;//读入像元数据，并存入pixel[][]数组
D.pixel[i][j]=n;
}
}
f1.close（）;
D.Lable（rows,cols）;//调用函数Lable
ofstreamf2（"data2.txt",ios:
:
out）;
intl（0）;//计数
for（inti=0;i{
for（intj=0;j{
l++;
f2<if（l==9）
{
f2<l=0;
}
}
}
f2.close（）;
return0;
}
#ifndefDisgra_
#defineDisgra_
#include"positoin.h"
#include"lqueue.h"
#defineMAXSIZE50
structDisgra
{
intpixel[MAXSIZE][MAXSIZE];//存储数据的二维数组
voidLable（introws,intcols）;//标记函数
};
voidDisgra:
:
Lable（introws,intcols）
{
/*intpixel[MAXSIZE][MAXSIZE];*/
/*introws（0）,cols（0）;*/
for（inti=0;i<=cols;i++）
pixel[0][i]=pixel[rows+1][i]=0;
for（inti=0;ipixel[i][0]=pixel[i][cols+1]=0;
Positionoffset[4];
offset[0].row=0;offset[0].col=1;
offset[1].row=1;offset[1].col=0;
offset[2].row=0;offset[2].col=-1;
offset[3].row=-1;offset[3].col=0;
intNumOfNbrs=4;
LinkedQueueQ;
intid=1;
Positionhere,nbr;
for（intr=1;r<=rows;r++）
for（intc=1;c<=cols;c++）
if（pixel[r][c]==1）
{
pixel[r][c]=++id;
here.row=r;here.col=c;
do{
for（inti=0;i{
nbr.row=here.row+offset[i].row;
nbr.col=here.col+offset[i].col;
if（pixel[nbr.row][nbr.col]==1）
{
pixel[nbr.row][nbr.col]=id;
Q.Add（nbr）;
}
}
if（Q.IsEmpty（））break;
Q.Delete（here）;
}while（true）;
}
}
#endif
实习三
需求规格说明
3、课程安排问题
一套好的课程体系有如下要求：
各个课程之间有着严格的先后顺序关系；两个相邻课程之间的跨度为一个时间段（具体就是一个学期）。
课程安排问题，是为了验证专业课程安排方案是否合理，并提供多种选课方案供学生进行选择。
现有软件工程专业课程表（采用TXT文件格式），格式如下：
课程代号课程名称先修课程代号
11049高等代数C
25003计算机高级语言
22222计算机导论
33333计算机结构与组成25003,22222
……
要求：
使用“拓扑排序”算法，设计一个程序：
（1）验证软件工程专业课程表是否合理？
若不合理，指出并修改不合理的课程安排，产生新的软件工程专业课程表；
（2）对软件工程专业课程表，输出多种选课方案，以供学生进行选择。
总体分析与设计
利用图和栈存储结构；并利用贪婪算法来求解问题；
有向图的顶点代表任务，有向边（ｉ，ｊ）表示先后关系，任务ｊ开始前任务ｉ必须完成。
利用数组ｖ来描述课程，用一个栈来保存可加入Ｖ的候选点，并用一维数组ＩｎＤｅｇｒｅｅ，ＩｎＤｅｇｒｅｅ［ｊ］表示与顶点ｉ相连的节点数目，其中顶点ｉ不是Ｖ中的成员，它们之间有向图得边为（ｉ，ｊ），当ＩｎＤｅｇｒｅｅ［ｊ］变为０时，表示ｊ成为一个候选点。
序列ｖ初始时为空。
ＩｎＤｅｇｒｅｅ［ｊ］为顶点ｊ的入度。
每次向ｖ中加入一个顶点时，所有与新加入顶点临接的顶点ｊ，其ＩｎＤｅｇｒｅｅ［ｊ］减１．
主函数
boolTopological（intv[]）
S.Add（i）
Begin（w）
S.Delete（w）
NextVertex（w）
编码
每一步，从栈中去出一个顶点将其加入ｖ，同时减去与其邻接的顶点的ＩｎＤｅｇｒｅｅ值。
程序及算法分析
测试数据：
课程代号课程名称先修课程代号
11049高等代数C
25003计算机高级语言
22222计算机导论
33333计算机结构与组成25003,22222
44444软件工程概论22222
55555面向对象程序设计25003
11016离散数学11049,25003
25057数据结构与算法11016,25003
66666操作系统33333,25057
70000计算机网络25057
70010统一建模语言44444,55555
70020软件需求44444
70030软件测试44444
70040软件过程与管理70020,70030
70050软件项目管理70040
70060软件能力成熟度模型70050
运行结果：
软公选课课程推荐表：
课程代号课程名称
22222计算机导论
25003计算机高级语言
33333计算机结构与组成
11049高等代数C
11016离散数学
55555面向对象程序设计
25057数据结构与算法
66666操作系统
44444软件工程概论
70010统一建模语言
70020软件需求
70030软件测试
70040软件过程与管理
70050软件项目管理
70060软件能力成熟度模型
70000计算机网络
第一和第三个ｆｏｒ循环的时间开销为Ｏ（ｎ），利用邻接矩阵，改程序的时间复杂度为Ｏ
（ｎ２）．
小结
当算法失败时，有向图没有拓扑序列，若算法没有失败，则ｖ为一个拓扑序列。
附录
boolNetwork:
:
Topological（intv[]）
{//Computetopologicalorderingofdigraphvertices.
//Returntrueifatopologicalorderisfound.
//Inthiscasereturntheorderinv[0:
n-1].
//Returnfalseifthereisnotopologicalorder.
intn=Vertices（）;
//Computein-degrees
int*InDegree=newint[n+1];
InitializePos（）;//graphiteratorarray
for（inti=1;i<=n;i++）//initialize
InDegree[i]=0;
for（inti=1;i<=n;i++）{//edgesoutofi
intu=Begin（i）;
while（u）{
InDegree[u]++;
u=NextVertex（i）;}
}
//Stackverticeswithzeroin-degree
LinkedStackS;
for（inti=1;i<=n;i++）
if（!
InDegree[i]）S.Add（i）;
//Generatetopologicalorder
inti=0;//cursorforarrayv
while（!
S.IsEmpty（））{//selectfromstack
intw;//nextvertex
S.Delete（w）;
v[i++]=w;
intu=Begin（w）;
while（u）{//updatein-degrees
InDegree[u]--;
if（!
InDegree[u]）S.Add（u）;
u=NextVertex（w）;}
}
DeactivatePos（）;
delete[]InDegree;
return（i==n）;
}
////CourseSequence.cpp:
定义控制台应用程序的入口点。
////
//
#include"stdafx.h"
#include"course.h"
#include
#include
usingnamespacestd;
#include"ldigraph.h"
int_tmain（intargc,_TCHAR*argv[]）
{
ifstreamf1（"data.txt",ios:
:
_Nocreate）;
intn=0;
//读取文件
f1>>n;
int*T=newint[n+1];
/*for（inti=0;iT[i]=0;
*/
course*Mycou=newcourse[n+1];
/*course*T_Mycou=newcoures[n+1];*/
for（inti=0;i{
if（i==9||i==11||i==12||i==14||i==15）
{
f1>>Mycou[i].v>>Mycou[i].num>>Mycou[i].name>>Mycou[i].fnum1;
}
elseif（i==0||i==1||i==2）
{
f1>>Mycou[i].v>>Mycou[i].num>>Mycou[i].name;
}
else
{
f1>>Mycou[i].v>>Mycou[i].num>>Mycou[i].name>>Mycou[i].fnum1>>Mycou[i].fnum2;
}
}
f1.close（）;
//初始化图
LinkedDigraphDG（n）;
for（inti=0;i{
if（Mycou[i].v==10||Mycou[i].v==12||Mycou[i].v==13||Mycou[i].v==15||Mycou[i].v==16）
DG.Add（Mycou[i].fnum1,Mycou[i].v）;
elseif（Mycou[i].v==1||Mycou[i].v==2||Mycou[i].v==3）
{
continue;
}
else
{
DG.Add（Mycou[i].fnum1,Mycou[i].v）;
DG.Add（Mycou[i].fnum2,Mycou[i].v）;
}
}
/*cout<<"Thegraphis"<DG.Output（）;*/
DG.Topological（T）;//拓扑排序
ofstreamf2（"data1.txt",ios:
:
out）;
f2<<"软公选课课程推荐表：
"<f2<<"课程代号"<<""<<"课程名称"<//输出排序后课表
for（inti=0;i{
f2<}
f2.close（）;
return0;
}
实习四
需求规格说明
电话簿软件的实现（动态查找表算法的应用）
【问题描述】
在很多实际应用中，动态索引结构在文件创建或初始装入记录时生成，在系统运行过程中插入或删除记录时，为了保持较好的检索性能，索引结构本身将随之发生改变。
教材上已经介绍的动态查找数据结构包括：
二叉搜索树（BST）、平衡二叉树（AVL）、红黑树（RBT）、B-树。
本题要求选取一种已经学过的动态搜索树结构，设计并实现一个手机电话薄软件。
【基本要求】
一个完整的电话簿软件应具有以下功能：
（1）支持复式电话簿数据的存储，数据条目不少于500条。
每个人名下可保存的信息包括：
姓名、手机号码、住宅电话号码、办公电话号码、电子邮件地址、所属群组、备忘录等。
（2）支持电话簿记录的添加、删除、编辑等操作。
（3）将不同类型的人群按照同事、朋友、家人、商务伙伴等分组，支持群组记录的添加、删除、编辑等操作。
（4）支持所有电话簿记录的导入、导出操作，外部数据采用TXT格式。
（5）支持电话簿记录的各种查询操作，具体包括：
①逐条翻看
能显示所有的电话簿记录，支持分屏查看。
②电话号码查找
输入一个电话号码（手机、住宅、办公），能将包含该号码的电话簿记录显示出来。
③人名查找
输入一个人名（全名或者部分名），能将包含该姓名的电话簿记录显示出来。
④群组查找
选择一种群组类型，能将属于该群组的所有电话簿记录显示出来。
（6）要求使用BST或者AVL实现动态索引结构。
【提高要求】
（1）系统支持铃声库和图片库的数据存储，提供添加、删除、修改、播放等操作。
铃声库和图片库可直接使用文件目录进行管理；铃声格式可使用WAV、MP3或者WMA格式；图片格式可使用BMP、JPG等格式。
（2）电话簿记录信息支持：
来电铃声、来电图片等信息，用户可通过界面编辑或者浏览某条电话簿记录的来电铃声、来电图片。
（3）人名查询支持：
输入姓名的首字母查找。
（4）使用红黑树或者B-树的数据结构，来实现动态索引结构。
【测试数据】
自行随机生成500~1000条电话簿数据记录。
【实现提示】
（1）设计合适的电话簿数据文件格式；
（2）设计合适的索引文件格式。
总体分析与设计
利用二叉搜索数为存储结构进
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