数据结构课程设计教学计划编制资料.docx

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数据结构课程设计教学计划编制资料

摘要

教学计划（课程计划）是课程设置的整体规划，它规定不同课程类型相互结构的方式，也规定了不同课程在管理学习方式的要求及其所占比例，同时，对学校的教学、生产劳动、课外活动等作出全面安排，具体规定了学校应设置的学科、课程开设的顺序及课时分配，并对学期、学年、假期进行划分。

根据一定的教育目的和培养目标制定的教学和教育工作的指导文件。

它决定着教学内容总的方向和总的结构，并对有关学校的教学、教育活动，生产劳动和课外活动校外活动等各方面作出全面安排，具体规定一定学校的学科设置、各门学科的教学顺序、教学时数以及各种活动等。

教学计划、教学大纲和教科书互相联系，共同反映教学内容。

近代以来，特别是在实行学科课程的条件下，教学计划主要是学科的计划，或只是学科表。

随着社会经济和科学技术的新发展，教育结构不断发生变革，现代教育和教学理论主张对教学计划的结构实行改革。

除了教学以外，生产劳动、科技活动、发展体力和增进健康的活动、艺术活动和社会活动等也应列入教学计划。

下面就利用对此进行程序设计，已达到预期的目的。

关键字：

数据结构，教学计划编制，抽象数据类型，程序设计

1.需求分析

根据课程之间的依赖关系制定课程安排计划，输入课程数及课程之间的关系。

需要利用代码实现排序，以及对各个学期课程安排进行排序并输出。

1.1问题描述

大学的每个专业都要制定教学计划。

假设任何专业都有固定的学习年限，每学年含两学期，每学期的时间长度和学分上限值均相等，每个专业开设的课程都是确定的，而且课程在开设时间的安排必须满足先修关系。

每门课程有哪些先修课程是确定的，可以有任意多门，也可以没有。

每门课恰好占一个学期。

试在这样的前提下设计一个教学计划编制程序。

1.2设计思路

首先利用拓扑排序对课程先后顺序进行分析，邻接表位主要存储结构，栈为主要辅助结构，给出课程之间的先后关系比如AOV网，然后进行拓扑排序，但当又向图中存在环时，无法查找该图的一个拓扑排序，当图中的所有顶点全部输出，表示对该图排序成功，实现拓扑排序算法时，相应的建立邻接表存储AOV网，为了避免重复检测入度为零的顶点，建立一个栈来对入度为零的顶点进行存放。

根据课程的先后关系，对个学期的课程进行排序，输出。

1.3设计环境、原理

设计环境和器材：

硬件：

计算机；软件：

MicrosoftVisulaC++。

设计原理说明：

运用图的拓扑排序对课程先修排列的实现，并调用递归完成拓扑排序。

1.4实验目的

培养学生用学到的书本知识解决实际问题的能力；培养实际工作所需要的动手能力；培养学生以科学理论和工程上能力的技术，规范地开发大型、复杂、高质量的应用软件和系统软件具有关键性作用。

通过课程设计的实践，学生可以在程序设计方法、上机操作等基本技能和科学作风方面受到比较系统和严格的训练。

1.5实验内容

针对计算机系本科课程，根据课程之间的依赖关系（如离散数学应在数据结构之前开设）制定课程安排计划，并满足各学期课程数目大致相同。

2.概要设计：

2.1流程图

voidFindInDegree（ALGraphG,intindegree[]）//求图中各节点的入度（如下左图）voidCreatGraph（ALGraph*G）//构件图（如下右图）。

voidTopologicalSort_1（ALGraphG,intnumterm,intuplcredit）//有向图G采用邻接表存储结构（如下左图）；

voidTopologicalSort_2（ALGraphG,intnumterm,intuplcredit）//有向图G采用邻接表存储结构（如下右图）。

主函数：

voidmain（）

2.2抽象数据类型图的定义

ADTGraph{

数据对象V:

V是具有相同特性的数据元素的集合,称为顶点集.

数据关系R:

R={VR}

VR={（v,w）|v,w∈V,（v,w）表示v和w之间存在直接先修关系}

基本操作P:

voidCreatGraph（ALGraph*）;

voidFindInDegree（ALGraph,int*）;

voidTopologicalSort_1（ALGraphG,intnumterm,intmaxcredit）;

voidTopologicalSort_2（ALGraphG,intnumterm,intmaxcredit）;

}ADTGraph

栈的定义:

ADTStack{

数据对象:

D={ai|ai∈ElemSet,i=1,2,…n,n>=0}

数据关系:

R1={﹤ai-1ai﹥|ai-1,ai∈D,i=2,…,n}

基本操作:

voidInitStack（SqStack*S）;

intStackEmpty（SqStackS）;

voidPush（SqStack*S,int）;

intPop（SqStack*S,int*e）;

}ADTStack

2.3主程序

intmain（） //主函数

{

  intnumterm;  //学期总数

  intuplcredit;//一个学期的学分上限

  intselectway;

  ALGraphG;

  printf（"请输入学期总数:

\n"）;

  scanf（"%d",&numterm）;

  printf（"请输入一个学期的学分上限:

\n"）;

  scanf（"%d",&uplcredit）;

  CreatGraph（&G）;

  printf（"请选择编排策略:

1.课程尽可能集中到前几个学期；2.课程尽量均匀分布\n"）;

  scanf（"%d",&selectway）;

  if（selectway==1）

  TopologicalSort_1（G,numterm,uplcredit）;

  if（selectway==2）

  TopologicalSort_2（G,numterm,uplcredit）;

  system（"pause"）;

  return0;

}

2.4本程序只有两个模块,调用关系简单

主程序模块→拓扑排序模块

4.详细设计

4.1头结点、表结点、邻接表的定义

#defineMAX_VERTEX_NUM100//最大课程总数

typedefstructArcNode{

intadjvex;

structArcNode*nextarc;

}ArcNode;

typedefstructVNode{

charname[24];      //课程名

intclassid;    //课程号

intcredit;        //课程的学分

intindegree;      //该结点的入度

intstate;         //该节点的状态

ArcNode*firstarc;//指向第一条依附该顶点的弧的指针

}VNode,AdjList[MAX_VEXTEX_NUM];

typedefstruct{

AdjListvertices;

intvexnum,arcnum;

}ALGraph;

邻接表的基本操作：

voidCreatGraph（ALGraph*）;

创建邻接表

voidFindInDegree（ALGraph,int*）;

求一个结点的入度

voidTopologicalSort_1（ALGraphG,intnumterm,intmaxcredit）;

拓扑排序来编排课程

voidTopologicalSort_2（ALGraphG,intnumterm,intmaxcredit）;

拓扑排序来编排课程

4.2栈的定义

#defineSTACk_INIT_SIZE100//存储空间的初时分配量

#defineSTACKINCREMENT10   //存储空间的分配增量

typedefintElemType;

typedefstruct

{

AdjListvertices;

intvexnum,arcnum;

}ALGraph;

基本操作：

voidInitStack（SqStack*S）;

栈的初始化

intStackEmpty（SqStackS）;

判断栈是否为空

voidPush（SqStack*S,int）;

入栈操作

intPop（SqStack*S,int*e）;

出栈操作

4.3主程序和其他算法：

#include

#include

#include//malloc（）等

#include//INT_MAX等

#include//EOF（=^Z或F6）,NULL

#include//atoi（）52

#include//eof（）

#include//floor（）,ceil（）,abs（）

#include//exit（）

#include//cout,cin//函数结果状态代码

#defineTRUE1

#defineFALSE0

#defineOK1

#defineERROR0

#defineINFEASIBLE-1

typedefintStatus;//Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等

typedefintBoolean;//Boolean是布尔类型,其值是TRUE或FALSE

#defineMAX_NAME10/*顶点字符串的最大长度*/

#defineMAXCLASS100

intZ=0;

intX=0;

intxqzs,q=1,xfsx;

typedefintInfoType;

typedefcharVertexType[MAX_NAME];/*字符串类型*/

/*图的邻接表存储表示*/

#defineMAX_VERTEX_NUM100

typedefenum{DG}GraphKind;/*{有向图,有向网,无向图,无向网}*/

typedefstructArcNode

{

intadjvex;/*该弧所指向的顶点的位置*/

structArcNode*nextarc;/*指向下一条弧的指针*/

InfoType*info;/*网的权值指针）*/

}

ArcNode;/*表结点*/

typedefstruct

{

VertexTypedata;/*顶点信息*/

ArcNode*firstarc;/*第一个表结点的地址,指向第一条依附该顶点的弧的指针*/

}

VNode,AdjList[MAX_VERTEX_NUM];/*头结点*/

typedefstruct

{

AdjListvertices,verticestwo;

intvexnum,arcnum;/*图的当前顶点数和弧数*/

intkind;/*图的种类标志*/

}ALGraph;/*图的邻接表存储的基本操作*/

intLocateVex（ALGraphG,VertexTypeu）

{/*初始条件:

图G存在,u和G中顶点有相同特征*/

/*操作结果:

若G中存在顶点u,则返回该顶点在图中位置;否则返回-1*/

inti;

for（i=0;i

if（strcmp（u,G.vertices[i].data）==0）

returni;

return-1;

}

StatusCreateGraph（ALGraph*G）

{/*采用邻接表存储结构,构造没有相关信息的图G（用一个函数构造4种图）*/

inti,j,k;

VertexTypeva,vb;

ArcNode*p;

printf（"请输入教学计划的课程数:

"）;

scanf（"%d",&（*G）.vexnum）;

printf（"请输入拓扑排序所形成的课程先修关系的边数:

"）;

scanf（"%d",&（*G）.arcnum）;

printf（"请输入%d个课程的代表值（<%d个字符）:

\n",（*G）.vexnum,MAX_NAME）;

for（i=0;i<（*G）.vexnum;++i）/*构造顶点向量*/

{scanf（"%s",（*G）.vertices[i].data）;

（*G）.vertices[i].firstarc=NULL;

}

printf（"请输入%d个课程的学分值（<%d个字符）:

\n",（*G）.vexnum,MAX_NAME）;

for（i=0;i<（*G）.vexnum;++i）/*构造顶点向量*/

{scanf（"%s",（*G）.verticestwo[i].data）;

}

printf（"请顺序输入每条弧（边）的弧尾和弧头（以空格作为间隔）:

\n"）;

for（k=0;k<（*G）.arcnum;++k）/*构造表结点链表*/

{scanf（"%s%s",va,vb）;

i=LocateVex（*G,va）;/*弧尾*/

j=LocateVex（*G,vb）;/*弧头*/

p=（ArcNode*）malloc（sizeof（ArcNode））;

p->adjvex=j;

p->info=NULL;/*图*/

p->nextarc=（*G）.vertices[i].firstarc;/*插在表头*/

（*G）.vertices[i].firstarc=p;

}

returnOK;

}

voidDisplay（ALGraphG）

{/*输出图的邻接矩阵G*/

inti;

ArcNode*p;

switch（G.kind）

{

caseDG:

printf（"有向图\n"）;

}

printf（"%d个顶点：

\n",G.vexnum）;

for（i=0;i

printf（"%s",G.vertices[i].data）;

printf（"\n%d条弧（边）:

\n",G.arcnum）;

for（i=0;i

p=G.vertices[i].firstarc;

while（p）

{

printf（"%s→%s",G.vertices[i].data,G.vertices[p->adjvex].data）;

p=p->nextarc;

}

printf（"\n"）;

}

}

voidFindInDegree（ALGraphG,intindegree[]）

{/*求顶点的入度，算法调用*/

inti;

ArcNode*p;

for（i=0;i

indegree[i]=0;/*赋初值*/

for（i=0;i

{

p=G.vertices[i].firstarc;

while（p）

{indegree[p->adjvex]++;

p=p->nextarc;

}

}

}

typedefintSElemType;/*栈类型*/

/*栈的顺序存储表示*/

#defineSTACK_INIT_SIZE10/*存储空间初始分配量*/

#defineSTACKINCREMENT2/*存储空间分配增量*/

typedefstructSqStack

{

SElemType*base;/*在栈构造之前和销毁之后，base的值为NULL*/

SElemType*top;/*栈顶指针*/

intstacksize;/*当前已分配的存储空间，以元素为单位*/

}SqStack;/*顺序栈*/

/*顺序栈的基本操作*/

StatusInitStack（SqStack*S）

{/*构造一个空栈S*/

（*S）.base=（SElemType*）malloc（STACK_INIT_SIZE*sizeof（SElemType））;

if（!

（*S）.base）

exit（OVERFLOW）;/*存储分配失败*/

（*S）.top=（*S）.base;

（*S）.stacksize=STACK_INIT_SIZE;

returnOK;

}

StatusStackEmpty（SqStackS）

{/*若栈S为空栈，则返回TRUE，否则返回FALSE*/

if（S.top==S.base）

returnTRUE;

else

returnFALSE;

}

StatusPop（SqStack*S,SElemType*e）

{/*若栈不空，则删除S的栈顶元素，用e返回其值，并返回OK；否则返回ERROR*/

if（（*S）.top==（*S）.base）

returnERROR;

*e=*--（*S）.top;

returnOK;

}

StatusPush（SqStack*S,SElemTypee）

{/*插入元素e为新的栈顶元素*/

if（（*S）.top-（*S）.base>=（*S）.stacksize）/*栈满，追加存储空间*/

{

（*S）.base=（SElemType*）realloc（（*S）.base,（（*S）.stacksize+STACKINCREMENT）*sizeof

（SElemType））;

if（!

（*S）.base）

exit（OVERFLOW）;/*存储分配失败*/

（*S）.top=（*S）.base+（*S）.stacksize;

（*S）.stacksize+=STACKINCREMENT;

}

*（（*S）.top）++=e;

returnOK;

}

typedefintpathone[MAXCLASS];

typedefintpathtwo[MAXCLASS];

StatusTopologicalSort（ALGraphG）

{/*有向图G采用邻接表存储结构。

若G无回路,则输出G的顶点的一个拓扑序列并返回OK,*/

/*否则返回ERROR。

*/

inti,k,j=0,count,indegree[MAX_VERTEX_NUM];

SqStackS;

pathonea;

pathtwob;

ArcNode*p;

FindInDegree（G,indegree）;/*对各顶点求入度indegree[0..vernum-1]*/

InitStack（&S）;/*初始化栈*/

for（i=0;i

if（!

indegree[i]）

Push（&S,i）;/*入度为0者进栈*/

count=0;/*对输出顶点计数*/

while（!

StackEmpty（S））

{/*栈不空*/

Pop（&S,&i）;

a[i]=*G.vertices[i].data;

b[i]=*G.verticestwo[i].data;

printf（"课程%s→学分%s",G.vertices[i].data,G.verticestwo[i].data）;

/*输出i号顶点并计数*/

++count;

for（p=G.vertices[i].firstarc;p;p=p->nextarc）

{/*对i号顶点的每个邻接点的入度减1*/

k=p->adjvex;

if（!

（--indegree[k]））/*若入度减为0,则入栈*/

Push（&S,k）;

}

}

if（count

{printf（"此有向图有回路\n"）;

returnERROR;

}

else

{printf（"为一个拓扑序列。

\n"）;

}

while（q<=xqzs）

{intC=0;

if（X<=G.arcnum）

{while（C<=xfsx）

{C+=*G.verticestwo[Z].data;

++Z;

}

printf（"第%d个学期应学课程:

",q）;

while（X<=Z）

{cout<<*G.vertices[X].data<<"";

++X;

}

cout<

q++;

}

else

{cout<<"课程编制已经完成！

"<

returnOK;

}

}

returnOK;

}

voidmain（）

{ALGraphf;

printf（"教学计划编制问题的数据模型为拓扑排序AOV-网结构。

\n"）;

printf（"以下为教学计划编制问题的求解过程:

\n"）;

printf（"请输入学期总数:

"）;

scanf（"%d",&xqzs）;

printf（"请输入学期的学分上限:

"）;

scanf（"%d",&xfsx）;

CreateGraph（&f）;

Display（f）;

TopologicalSort（f）;

}

5.用户使用和说明

使用VC++，打开教学计划编制问题.cpp文件，接着编译，无错误，然后重建也没有错误，最后执行该文件。

显示如下图：

要求输入学期总数、一个学期的学分上限、需要编排课程总数、课程名、课程号、该课程的学分，按照出现的每一步来输入该课程设计所提供的相关数据。

然后还要输入课程先修课程总数，依据教科书图7．26，可以算出有16种关系，分别输出如下图所示。

接着程序会根据这些数据，自动生成建立好的邻接表，用户可以根据系统显示的选择编排策略进行选择，有两种编排策略，最后结果体现在实验的正确测试结果里（如上图）。

6.调试分析

6.1实验过程中出现的问题及解决方法

我们在实验过程中遇到的最大难题是两个课程排序算法的编写。

刚开始的时候没有任何的思路，网上也只有拓扑排序的算法，对于课程设计要求的排序算法没有任何头绪。

经过请教老师和同学以及翻阅了一些相关书籍，并在网上的搜索有了排序算法的大体思路。

经过三天的修改，终于写出了符合要求的排序算法。

6.2测试数据

学期总数：

6；学分上限：

10；该专业共开设12门课，课程号从01到12，学分顺序为2，3，4，3，2，3，4，4，7，5，2，3。

6.3测试结果（包含正确和错误的）

正确测试结果：

错误测试结果：

6.4测试数据及程序运行情况

输入的内容如下:

课程编号  课程名称   学分