《数据结构课程设计》实验指导书.docx
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《数据结构课程设计》实验指导书
《数据结构课程设计》课程实验指导书
（ExperimentsforDataStructureCourseDesigning）
计算机科学与技术、网络工程专业
曾凡智编
佛山科学技术学院
2010年6月
摘要
本课程设计的任务内容由三个任务组成：
①学生成绩管理系统的设计。
②用迷宫算法对数组中的聚点数进行统计。
③比较各种排序方法的效率。
通过完成以上任务使学生掌握基本数据结构的概念、特征、存储结构及算法和算法分析的手段，进一步巩固所学的知识，增强学生对数据结构及相关课程的理解能力和综合运用能力。
目录
前言4
任务一学生成绩管理系统的设计5
一、目的和要求5
二、实验内容5
三、仪器、设备和材料5
四、实验原理5
五、实验步骤6
六、实验注意事项6
任务二用迷宫算法对数组中的聚点数进行统计7
一、目的和要求7
二、实验内容7
三、仪器、设备和材料7
四、实验原理7
五、实验步骤8
六、实验注意事项8
任务三比较各种排序方法的效率9
一、目的和要求9
二、实验内容9
三、仪器、设备和材料9
四、实验原理9
五、实验步骤10
六、实验注意事项10
任务四城市道路交通图的计算与分析11
一、目的和要求11
二、实验内容11
三、仪器、设备和材料11
四、实验原理11
五、实验步骤12
六、实验注意事项12
前言
数据结构课程设计是计算机专业的必修基础课，是学习完数据结构课程后的大型实验后续课程。
本课程设计主要涉及：
线性表、栈、队列、数组、串、树、二叉树、图等基本数据结构；排序及查找的原理与方法；各种数据的存储结构等方面。
通过本课程设计使学生掌握基本数据结构的概念、特征、存储结构及算法和算法分析的手段。
同时，训练学习使用高级语言编写合理算法的能力。
本实验的实验环境是C语言编程平台,希望通过实验环节,使学生掌握数据结构中的逻辑结构、存储结构、算法之间的相互关系。
实验的重点是使学生进一步巩固所学的知识，增强学生对数据结构及相关课程的理解能力和综合运用能力；重点是针对本项任务的实际问题选择合适的数据结构加以应用，并在此基础上完成相关的算法与操作。
注：
可介绍本课程的实验设置、教学、运用情况以及相关背景等。
任务一学生成绩管理系统的设计
一、目的和要求
1）通过本项任务课程设计，使学生进一步巩固所学的知识，增强学生对数据结构及相关课程的理解能力和综合运用能力；重点是针对本项任务的实际问题选择合适的数据结构加以应用，并在此基础上完成相关的算法与操作
2）给出系统的概要设计、详细设计；
3）完成数据结构说明、程序流程图、功能模块图、核心算法的实现；
4）完成规范化的课程设计说明书的编写；
二、实验内容
外存用文件的形式，内存采用不同的数据结构完成对学生、班级、课程、成绩进行管理。
1）在内存中完成对学生信息按姓名形成一个排序二叉树并进行维护
2）在内存中对班级、课程表形成一个链表，并进行维护
3）在内存中用数组的形式完成成绩表的维护
4）在外存中用文件的形式保存修改后所有数据
5）按班级、按课程计算平均成绩、最高成绩、最低成绩、及格率
6）统计某学生、某学期的所有课程的平均成绩。
三、仪器、设备和材料
1、适合实验要求计算机系统。
2、C语言编程平台。
四、实验原理
外存用文件的形式，内存采用不同的数据结构，在了解数据结构中典型存储结构的基础上，理解与完成此项任务。
五、实验步骤
1）了解线性表、链表、树、二叉树的定义及基本运算：
2）熟练掌握线性表、树型结构的动态分配和存储结构：
3）熟练掌握文件分类和文件的基本操作：
4）学生、班级、课程、成绩之间具有下面的对应关系如下面的图所示：
学生与班级之间是一种一对多的关系，学生与课程之间是多对多的关系
5）学生、班级、课程、成绩在外存上以文件形式存放，对每个对象建议采用C语言中纪录的形式进行操作。
6）系统初始化时候，对文件进行打开操作，把文件的信息内容读取后在内存中建立相应的存储结构进行维护、统计、查询等。
7）各类信息更新后，关闭系统之前，把内存的信息重新写会外存。
六、实验注意事项
1、注意熟悉使用链表、树、文件等结构的操作
2、注意观察实验结果。
任务二用迷宫算法对数组中的聚点数进行统计
一、目的和要求
1）通过本项任务课程设计，使学生进一步巩固所学的知识，增强学生对数据结构及相关课程的理解能力和综合运用能力；重点是针对本项任务的实际问题选择合适的数据结构加以应用，并在此基础上完成相关的算法与操作
2）给出系统的概要设计、详细设计；
3）完成数据结构说明、程序流程图、功能模块图、核心算法的实现；
4）完成规范化的课程设计说明书的编写；
二、实验内容
在二维数组中用0，1表示各个像素点的状态，所有1的相邻像素点所组成的集合称为聚点，利用队列、栈等数据结构，采用算法统计聚点个数，用数组存放各个聚点中所含象素点的个数。
1）完成统计聚点个数的算法步骤
2）用一维数组记录各个聚点的象素点数
3）用快速排序方法对数组排序
4）按计算平均象素点数
5）在外存中用文件的形式保存所有数据
三、仪器、设备和材料
1、适合实验要求计算机系统。
2、C语言编程平台。
四、实验原理
利用队列、栈等数据结构，采用算法统计聚点个数，用数组存放各个聚点中所含象素点的个数。
在了解数据结构的典型结构的基础上，理解与完成此项任务。
五、实验步骤
1）了解线性表、链表、队列的定义及基本运算：
2）熟练掌握线性表、链表、队列的动态分配和存储结构：
3）对迷宫数组采用1、0表示相应格点的状态
4）一个的点的邻居点要求扫描如下图所示的8个方向作为邻居点
5）扫描迷宫过程中，经过的点建议采用队列或栈的形式进行存放，便于计算聚点中象素点的个数。
6）从一个点出发所有相邻的点形成一个聚点，注意，一个迷宫图案中可能有多个聚点的情况。
六、实验注意事项
1、熟悉使用链表、树、文件、数组等结构的操作
2、注意观察实验结果。
任务三比较各种排序方法的效率
一、目的和要求
1）通过本项任务课程设计，使学生进一步巩固所学的知识，增强学生对数据结构及相关课程的理解能力和综合运用能力；重点是针对本项任务的实际问题选择合适的数据结构加以应用，并在此基础上完成相关的算法与操作，对各类排序算法进行比较。
2）给出系统的概要设计、详细设计；
3）完成数据结构说明、程序流程图、功能模块图、核心算法的实现；
4）完成规范化的课程设计说明书的编写；
二、实验内容
选择四种以上的排序方法，采用随机生成的数据，登记并比较各个排序方法的比较次数和交换次数，验证各个排序方法效率的理论分析的结果。
1）每次随机生成的数据不小于100个
2）采用顺序存储结构，登记多次结果
3）经过大量的统计计算，给出各种排序方法的平均效率的比较。
4）把统计结果与理论分析结论进行对照。
三、仪器、设备和材料
1、适合实验要求计算机系统。
2、C语言编程平台。
四、实验原理
利用数组、线性表等结构进行记录的存储。
在了解数据结构的典型结构的基础上，理解与完成此项任务。
五、实验步骤
l）理解排序的基本概念；
2）熟练掌握直接插入，折半插入和希尔排序的原理；
3）掌握直接插入、折半插入排序算法；
4）熟练掌握冒泡、快速、简单选择、堆和归并排序的原理；
5）掌握冒泡、快速、简单选择和堆排序算法；
6）了解基数排序的原理；
7）掌握各种排序方法的时间复杂的分析方法；
8）排序的算法建议从以下排序算法中进行比较
（1）直接插入排序；
（2）希尔排序（增量d[1]=5）；（3）快速排序；（4）堆排序；（5）归并排序；（6）冒泡排序；（7）简单选择排序等。
9）排序的结果采用下列表格形式进行比较：
算法1
算法2
算法3
算法4
移动次数
比较次数
移动次数
比较次数
移动次数
比较次数
移动次数
比较次数
第一次
第二次
……..
平均情况
六、实验注意事项
1、注意熟悉使用数组、线性表等基本的存储结构。
2、注意观察实验结果。
任务四城市道路交通图的计算与分析
一、目的和要求
1）通过本项任务课程设计，使学生进一步巩固所学的知识，增强学生对数据结构及相关课程的理解能力和综合运用能力；重点是针对本项任务的实际问题选择合适的数据结构加以应用，并在此基础上完成相关的算法与操作，对各类排序算法进行比较。
2）给出系统的概要设计、详细设计；
3）完成数据结构说明、程序流程图、功能模块图、核心算法的实现；
4）完成规范化的课程设计说明书的编写；
二、实验内容
基于图的相关算法与存储方式，完成城市交通站点与线路的输入与存储，计算站点间最短路径、交通图的最小生成树等问题。
1、完成城市交通路线图显示与输入，用结点表站点，用边表示线路，用权值表示距离，要求接点数不小于10个；
2、在内存中选择合适数据结构存储上述城市交通路线图；
3、计算任意两个站点的最短路径，给出经过的站点；
4、计算交通图的最小生成树；
5、在外存中用文件的形式保存所有数据；
三、仪器、设备和材料
1、适合实验要求计算机系统。
2、C语言编程平台。
四、实验原理
利用邻接矩阵、邻接表等结构进行图的存储。
在了解数据结构的典型结构的基础上，理解与完成此项任务。
五、实验步骤
l）理解图结构的基本概念；
2）熟练DFS、BFS遍历的原理；
3）掌握最短路径算法；
4）熟练掌握最小生成树的算法与图的连通性；
5）掌握图的初始化与建立算法；
6）考虑公交线路与站点的一对多的关系的维护、修改与查询的问题；
7）用两点最短路径的算法为城市交通线路的设计提供参考；
六、实验注意事项
3、注意熟悉使用数组、线性表等基本的存储结构。
4、注意观察实验结果。
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