北科大数据结构上机实验报告.docx
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北科大数据结构上机实验报告
北京科技大学计算机与通信工程学院
实验报告
实验名称：
数据结构上机实验
学生姓名：
专业：
计算机科学与技术
班级：
学号：
指导教师：
实验成绩：
________________________________
实验地点：
实验时间：
2015年____6___月
一、实验目的与实验要求
1实验目的
（1）加深对常用数据结构和算法设计基本思路、思考方法及其适用场合的理解，并能运用于解决实际问题；
（2）能根据特定问题需求，分析建立计算模型（包括逻辑结构和物理结构）、设计算法和程序，并在设计中综合考虑多种因素，对结果的有效性进行分析；
（3）训练分析问题、解决问题的能力以及自主学习与程序设计实践能力；
（4）形成将非数值型问题抽象为计算模型到算法设计、程序实现、结果有效性分析的能力。
2实验要求
（1）由于在有限的实验课内学时难以较好完成所有实验内容，因此要求在实验课前自主完成部分实验或实验的部分内容；
（2）对于每个实验都要针对问题进行分析，设计出有效的数据结构、算法和程序，对实现结果的正确性进行测试，给出测试用例和结果，分析算法的时间复杂度、空间复杂度、有效性和不足，在算法设计和实现过程中体现创新意识，并能综合考虑时空权衡、用户的友好性、程序的模块化和扩展性等；
（3）完成的每个实验需要在实验课内经指导教师现场检查、查看程序代码，回答指导教师提出的问题，以确认实验实际完成的质量；
（4）在实验报告中体现问题分析、算法思路、算法描述、程序实现和验证、算法和结果的有效性分析。
二、实验设备（环境）及要求
Win7、C语言、Dev-C++
三、实验内容、步骤与结果分析
1实验1：
链表的应用
1.1实验内容
输入数据（设为整型）建立单链表，并求相邻两节点data值之和为最大的第一节点。
1.2主要步骤
1.2.1问题分析与算法思路
①采用单链表结构。
②新建链表：
每输入一个整数数据，建立一个新节点。
循环操作直到输入结束符结束输入。
③利用一个调用函数求两节点data值之和为最大的第一节点：
假设，设一个int类型的变量s=0，读取链表中第一个节点的数据以及它的第二个节点的数据，并计算它们之和a，再计算第二个节点数据和第三个节点数据之和b，如果a>b，则s=a；反之，则s=b。
利用if语句和while语句实现。
④每当输入一个数据，程序会判断输入的时候输入的数据是否是整数，如果不是整数，要求重新输入。
1.2.2算法描述
typedefintdatatype;//设当前数据元素为整型
typedefstructnode//节点类型
{
datatypedata;//节点的数据域
structnode*next;//节点的后继指针域
}Linknode,*Link;
LinkCreatelist（）//创建单链表的算法
{
inta;
LinkH,P,r;//H,P,r分别为表头，新节点和表尾节点指针
H=（Link）malloc（sizeof（Linknode））;//建立头节点
r=H;
scanf（“%d”,&a）;//输入一个数据
while（a!
=0）
{
P=（Link）malloc（sizeof（Linknode））;//申请新节点
P->data=a;//存入数据
r->next=P;//新节点链入表尾
r=P;
scanf（“%d”,&a）;//输入下一个数据
}
r->next=NULL;//将尾节点的指针域置空
return（H）;//返回已创建的头节点
}
LinkAdjmax（LinkH）//求链表中相邻两节点data值之和为最大的第一节点的指针的算法
{
Linkp,p1,q;
inti,j;
p=p1=H->next;
if（p1==NULL）return（p1）;//表空返回
q=p->next;
if（q==NULL）return（p1）;//表长=1时返回
i=p->data+q->data;//相邻两节点data值之和
while（q->next）
{
p=q;q=q->next;//取下一对相邻节点的指针
j=p->data+q->data;
if（j>i）
{
p1=p;i=j;//取和为最大的第一节点指针
}
}
return（p1）;
}
1.2.3程序实现
#include
#include
typedefintdatatype;//设当前数据元素为整型
typedefstructnode//节点类型
{
datatypedata;//节点的数据域
structnode*next;//节点的后继指针域
}Linknode,*Link;//linknode为节点说明符，link为节点指针说明符
LinkCreatelist（）//创建单链表的算法
{
inta,c;
floatb;
LinkH,P,r;//H,P,r分别为表头，新节点和表尾节点指针
H=（Link）malloc（sizeof（Linknode））;//建立头节点
r=H;
do
{
c=（fflush（stdin）,scanf（"%f",&b））;
//printf（"%d",c）;//判断输入的是否是整数
a=（int）b;
if（c!
=1||a!
=b||a<-32768||a>32767）printf（"非法输入!
请重新输入!
\n"）;
}while（c!
=1||a!
=b||a<-32768||a>32767）;
while（a!
=0）
{
P=（Link）malloc（sizeof（Linknode））;//申请新节点
P->data=a;//存入数据
r->next=P;//新节点链入表尾
r=P;
do
{
c=（fflush（stdin）,scanf（"%f",&b））;//判断输入的是否是整数
a=（int）b;
if（c!
=1||a!
=b||a<-32768||a>32767）printf（"非法输入!
请重新输入!
\n"）;
}while（c!
=1||a!
=b||a<-32768||a>32767）;
}
r->next=NULL;//将尾节点的指针域置空
return（H）;//返回已创建的头节点
}
LinkAdjmax（LinkH）//求链表中相邻两节点data值之和为最大的第一节点的指针的算法
{
Linkp,p1,q;
inti,j;
p=p1=H->next;
if（p1==NULL）return（p1）;//表空返回
q=p->next;
if（q==NULL）return（p1）;//表长=1时返回
i=p->data+q->data;//相邻两节点data值之和
while（q->next）
{
p=q;q=q->next;//取下一对相邻节点的指针
j=p->data+q->data;
if（j>i）
{
p1=p;
i=j;//取和为最大的第一节点指针
}
}
return（p1）;
}
voidmain（）//主函数
{
LinkA,B,p,q;
inta,b;
do
{
printf（"请输入一组整数（以0为结束符，数之间回车）:
\n"）;
p=A=Createlist（）;//创建新链表
B=Adjmax（A）;//求链表中相邻两节点data值之和为最大的第一节点的指针
a=（int）（B->data）;//取第一节点的data值
printf（"第一节点的data值为:
%d\n",a）;
while（p->next）//释放链表空间
{
q=p;
p=p->next;
free（q）;
}
free（p）;
printf（"是否继续输入下一组整数:
是:
1,否:
0\n"）;
scanf（"%d",&b）;
}while（b）;
}
1.3结果分析
①输入的数组为：
26473，输出结果：
第一节点为4。
结果是正确的。
②输入的数组为：
4521456421454230，输出结果：
第一节点为21。
结果是正确的。
③输入的数组为：
457235647012241214524，输出结果：
第一节点为70。
结果是正确的。
1.3.1测试
如图所示，只要输入的数据不是整数（字符或小数），或者输入的整数不在[32768,32767]这个范围，程序会用"非法输入!
请重新输入!
"提示用户，直到用户输入正确的数据。
1.3.2算法和结果的有效性分析
时间复杂度：
O（n）
空间复杂度：
不复杂
有效性：
算法正确，算法易读、易编码和易于调试
不足：
每个数据输入之间只能用回车区分。
2实验2：
栈的应用
2.1实验内容
设操作数：
0，1，2，……，8，9（可扩充）；运算符：
+，-，*，/，（，），#（#号为结束）。
输入中缀表达式，将其转换成后缀表达式，然后计算，输出结果。
例如：
输入中缀表达式5+（4-2）*3#，将其转换成后缀表达式：
542-3*+#，然后计算，本例结果为11。
2.2主要步骤
2.2.1问题分析与算法思路
①利用栈来写程序。
②首先要获得中缀表达式，再利用一个调用函数是中缀表达式变为后缀表达式。
再用一个函数求后缀表达式的值。
③利用一个调用函数取判断中缀表达式的合法性。
2.2.2算法描述
typedefstructnode
{
chardata;
structnode*next;
}snode,*slink;
typedefstructnode1
{
intdata;
structnode1*next;
}snode1,*slink1;
voidClearstack（slinks）//置栈空
{
s=NULL;
}
intEmptystack（slinks）//判断栈是否为空
{
if（s==NULL）return
（1）;//栈空返回1
elsereturn（0）;//栈非空返回0
}
charGetstop（slinks）//取栈顶元素
{
if（s!
=NULL）return（s->data）;
return（0）;
}
voidPush（slink*s,charx）//元素x进栈
{
slinkp;
p=（slink）malloc（sizeof（snode））;//生成进栈p节点
p->data=x;//存入新元素
p->next=*s;//p节点作为新的栈顶链入
*s=p;
}
charPop（slink*s）//出栈
{
charx;
slinkp;
if（Emptystack（*s））return（-1）;//栈空，返回-1
else
{
x=（*s）->data;
p=*s;
*s=（*s）->next;
free（p）;
return（x）;//成功
}
}
intPrecede（charx,chary）//比较x是否"大于"y
{
inta,b;
switch（x）
{
case'#':
case'（':
a=0;break;
case'+':
case'-':
a=1;break;
case'*':
case'/':
a=2;break;
}
switch（y）
{
case'+':
case'-':
b=1;break;
case'*':
case'/':
b=2;break;
case'（':
b=3;break;
}
if（a>=b）return
（1）;
elsereturn（0）;
}
voidMid_post（charE[],charB[]）//中缀表达式B到后缀表达式E的转换
{
inti=0,j=0;
charx;inta;
slinks=NULL;//置空栈
Clearstack（s）;
Push（&s,'#'）;//结束符入栈
do
{
x=B[i++];//扫描当前表达式分量x
switch（x）
{
case'':
break;
case'#':
{
while（!
Emptystack（s））
{
E[j++]='';//栈非空时
E[j++]=Pop（&s）;
}
}break;
case'）':
{
while（Getstop（s）!
='（'）
{
E[j++]='';
E[j++]=Pop（&s）;
}//反复出栈直到遇到'（'
Pop（&s）;//退掉'（'
}break;
case'+':
case'-':
case'*':
case'/':
case'（':
{
while（Precede（Getstop（s）,x））//栈顶运算符（Q1）与x比较
{
E[j++]='';
E[j++]=Pop（&s）;//Q1>=x时，输出栈顶符兵退栈
}
//E[j++]='';
Push（&s,x）;//Q1E[j++]='';
}break;
default:
E[j++]=x;//操作数直接输出
}
}while（x!
='#'）;
E[j]='\0';
Clearstack（s）;
}
intEcount（charE[]）//后缀表达式求值
{
inti=0,g=0,k=0,d=0,d1,g1;
charx;
intz,a,b;
slink1s=NULL;//置栈空
while（E[i]!
='#'）//扫描每一个字符是送x
{
x=E[i];
switch（x）
{
case'':
break;
case'+':
b=Pop1（&s）;a=Pop1（&s）;z=a+b;Push1（&s,z）;break;
case'-':
b=Pop1（&s）;a=Pop1（&s）;z=a-b;Push1（&s,z）;break;
case'*':
b=Pop1（&s）;a=Pop1（&s）;z=a*b;Push1（&s,z）;break;
case'/':
b=Pop1（&s）;a=Pop1（&s）;z=a/b;Push1（&s,z）;break;//执行相应运算结果进栈
default:
{
g=0;g1=0;//获取操作数
while（E[i]!
=''）
{
g1=E[i]-'0';
g=g*10+g1;
i++;
}
Push1（&s,g）;//操作数进栈
}
}
i++;
}
if（!
Emptystack1（s））return（Getstop1（s））;//返回结果
Clearstack1（s）;
}
2.2.3程序实现
#include
#include
#include
typedefstructnode
{
chardata;
structnode*next;
}snode,*slink;
typedefstructnode1
{
intdata;
structnode1*next;
}snode1,*slink1;
voidClearstack（slinks）//置栈空
{
s=NULL;
}
intEmptystack（slinks）//判断栈是否为空
{
if（s==NULL）return
（1）;//栈空返回1
elsereturn（0）;//栈非空返回0
}
charGetstop（slinks）//取栈顶元素
{
if（s!
=NULL）return（s->data）;
return（0）;
}
voidPush（slink*s,charx）//元素x进栈
{
slinkp;
p=（slink）malloc（sizeof（snode））;//生成进栈p节点
p->data=x;//存入新元素
p->next=*s;//p节点作为新的栈顶链入
*s=p;
}
charPop（slink*s）//出栈
{
charx;
slinkp;
if（Emptystack（*s））return（-1）;//栈空，返回-1
else
{
x=（*s）->data;
p=*s;
*s=（*s）->next;
free（p）;
return（x）;//成功
}
}
voidPush1（slink1*s,intx）//元素x进栈
{
slink1p;
p=（slink1）malloc（sizeof（snode1））;//生成进栈p节点
p->data=x;//存入新元素
p->next=*s;//p节点作为新的栈顶链入
*s=p;
}
intPop1（slink1*s）//出栈
{
intx;
slink1p;
if（Emptystack1（*s））return（-1）;//栈空，返回-1
else
{
x=（*s）->data;
p=*s;
*s=（*s）->next;
free（p）;
return（x）;//成功
}
}
intEmptystack1（slink1s）//判断栈是否为空
{
if（s==NULL）return
（1）;//栈空返回1
elsereturn（0）;//栈非空返回0
}
voidClearstack1（slink1s）//置栈空
{
s=NULL;
}
intGetstop1（slink1s）//取栈顶元素
{
if（s!
=NULL）return（s->data）;
return（0）;
}
intPrecede（charx,chary）//比较x是否"大于"y
{
inta,b;
switch（x）
{
case'#':
case'（':
a=0;break;
case'+':
case'-':
a=1;break;
case'*':
case'/':
a=2;break;
}
switch（y）
{
case'+':
case'-':
b=1;break;
case'*':
case'/':
b=2;break;
case'（':
b=3;break;
}
if（a>=b）return
（1）;
elsereturn（0）;
}
voidMid_post（charE[],charB[]）//中缀表达式B到后缀表达式E的转换
{
inti=0,j=0;
charx;inta;
slinks=NULL;//置空栈
Clearstack（s）;
Push（&s,'#'）;//结束符入栈
do
{
x=B[i++];//扫描当前表达式分量x
switch（x）
{
case'':
break;
case'#':
{
while（!
Emptystack（s））
{
E[j++]='';//栈非空时
E[j++]=Pop（&s）;
}
}break;
case'）':
{
while（Getstop（s）!
='（'）
{
E[j++]='';
E[j++]=Pop（&s）;
}//反复出栈直到遇到'（'
Pop（&s）;//退掉'（'
}break;
case'+':
case'-':
case'*':
case'/':
case'（':
{
while（Precede（Getstop（s）,x））//栈顶运算符（Q1）与x比较
{
E[j++]='';
E[j++]=Pop（&s）;//Q1>=x时，输出栈顶符兵退栈
}
Push（&s,x）;//Q1E[j++]='';
}break;
default:
E[j++]=x;//操作数直接输出
}
}while（x!
='#'）;
E[j]='\0';
Clearstack（s）;
}
intEcount（charE[]）//后缀表达式求值
{
inti=0,g=0,k=0,d=0,d1,g1;
charx;
intz,a,b;
slink1s=NULL;//置栈空
while（E[i]!
='#'）//扫描每一个字符是送x
{
x=E[i];
switch（x）
{
case'':
break;
case'+':
b=Pop1（&s）;a=Pop1（&s）;z=a+b;Push1（&s,z）;break;
case'-':
b=Pop1（&s）;a=Pop1（&s）;z=a-b;Push1（&s,z）;break;
case'*':
b=Pop1（&s）;a=Pop1（&s）;z=a*b;Push1（&s,z）;break;
case'/':
b=Pop1（&s）;a=Pop1（&s
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