天津科技大学数据结构与算法课程设计报告源程序的相似性.docx

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天津科技大学数据结构与算法课程设计报告源程序的相似性

数据结构与算法

课程设计报告

设计题目：

源程序的相似性

专业计算机科学与技术

学号14101103

姓名傅开煤

2017年1月10日

源程序的相似性

一、问题描述

对于两个C++语言的源程序代码，用哈希表的方法分别统计两个程序中使用C++语言关键字的情况，并最终按定量的计算结果，得出两份程序的相似性。

二、需求分析

建立C++语言关键字的哈希表，统计在每个源程序中C++关键字出现的频度,得到两个向量X1和X2，通过计算向量X1和X2的相对距离来判断两个源程序的相似性。

例如:

  关键字    Void Int For Char if else while do break class

程序1关键字频度  4  3   0  4  3  0  7  0  0   2

程序2关键字频度  4  2   0  5  4  0  5  2  0   1

  X1=[4,3,0,4,3,0,7,0,0,2]

X2=[4,2,0,5,4,0,5,2,0,1]

设s是向量X1和X2的相对距离，s=sqrt（∑（x1[i]-x2[i]）2），当X1=X2时，s=0，反映出可能是同一个程序；s值越大，则两个程序的差别可能也越大。

3、概要设计

为了实现上述功能，可以用结构体表示哈希表，因此需要哈希表的抽象数据类型。

哈希表抽象数据类型的定义：

ADThashtable{

数据对象：

D={ai|ai∈ElemType,且各不相同，i=1,2...,n,n≥0}

数据关系：

R=φ

基本操作：

Hashfunc（charstr[]）;

Hashfind（char*words）;

creathash（void）;

resethash（intn）;

isletter（charch）;

readc（char*filename）;

getkey（char*str,intlen）;

copycount（intx[],intn）;

check（int*x1,int*x2）;

}endADT

本程序实现模块

主程序模块

哈希表程序模块：

实现哈希表的抽象数据类型

调用关系图如下：

计算相似度和向量的几何距离的模块

4、详细设计

1、各个子函数的设计

（1）创建哈希表函数

函数原型：

voidcreathash（void）;

输入：

读取存储了32个关键字的文件keyword.txt

思路：

通过对keyword.txt文件逐行赋值给创建的str字符数组，并将该数组调入Hashfunc函数。

（2）将关键字根据哈希函数放入哈希表中的指定位置的函数

函数原型：

voidHashfunc（charstr[]）;

思路：

对调进来的str数组通过调用getkey函数得到该关键词的key值后放入哈希表中的特定位置，并用线性探索来解决冲突。

（3）在哈希表中找是否该words为关键字，并统计频度的函数

函数原型：

intHashfind（char*words）;

思路：

将调进来的word字符数组先调用getkey函数获取key值，然后在哈希表里查找是否存在该字符串，如果存在则该关键字对应的频度加1。

（4）重置哈希表函数

函数原型：

voidresethash（intn）;

功能：

当n为0时，将指向哈希表中关键字的指针置成Null，同时将频度全部置为0.而当n为1时，仅仅将频度置为0。

（5）获取单词key的函数

函数原型：

intgetkey（char*str,intlen）;

思路：

用key1存储关键字的首字母，key2存储关键字的末字母，然后通过哈希函数得到key的值并返回。

（6）判断是否为字母的函数

函数原型：

intisletter（charch）;

思路：

如果调进来的ch字符的ASCII值在a~z或A~Z范围内的话则返回1，否则返回0。

（7）读取源程序文件中的单词的函数

函数原型：

intreadc（char*filename）;

思路：

为了读取源程序文件中的单词，所以一个字符一个字符的，如果读的超过最大关键字长度将会跳过当前识别区域，读取下一个单词，将得到的该单词调入Hashfind函数，来判断是否为关键字，并统计频度。

（8）将频度拷贝到数组里的函数

函数原型：

voidcopycount（intx[],intn）;

功能：

将哈希表中关键字的频度复制到x数组中，以便进行后面相似度等的计算。

（9）检查两个源程序是否相似的函数

函数原型：

voidcheck（int*x1,int*x2）;

思路：

对调进来的x1和x2数组进行相似度计算，若相似度大于设定好的阈值，则再进行几何距离计算，最后给出两个文件是否相似的判断。

（10）取模函数

函数原型：

floatMol（int*x）;

思路：

通过求向量模值的数学知识求x数组的模。

（11）点积函数

函数原型：

intDot（int*x1,int*x2）

思路：

通过点积的数学知识对两个向量求点积。

（12）求相似度S的函数

函数原型：

floatS（int*x1,int*x2）;

思路：

根据题目给的求相似度的公式求x1和x2数组的相似度。

（13）求距离D的函数

函数原型：

floatD（int*x1,int*x2）;

思路：

用题目给的球几何距离的公式求x1和x2数组的几何距离。

2、主函数伪码

intmain（）

{

charfilename1[]={"test1.txt"};

charfilename2[]={"test2.txt"};

charfilename3[]={"test3.txt"};

intx1[hashlen],x2[hashlen],x3[hashlen];/*存储频度的数组，用于相似度S的计算*/

resethash（0）;/*完全重置哈希表，即哈希指针置为NULL，频度置为0*/

creathash（）;//通过文件ckey.txt创建哈希表

readc（filename1）;//读取第一个测试源程序文件

copycount（x1,hashlen）;//讲统计好的频度复制给x数组

resethash

（1）;//仅仅将频度count置为0

readc（filename2）;//同上

copycount（x2,hashlen）;

resethash

（1）;

readc（filename3）;

copycount（x3,hashlen）;

cout<<"\t"<<"哈希序号"<<"\t"<<"关键字"<<"\t"<<"频度1"<<"\t"<<"频度2"<<"\t"<<"频度3"<

for（inti=0;i<41;i++）

{

if（hasht[i].hash1!

=NULL）

{

cout<<"\t"<

}

}

cout<

"<

check（x1,x2）;//检查相似度

cout<

"<

check（x1,x3）;

cout<

"<

check（x2,x3）;

return0;

}

3、调用关系图

调用关系图如下：

5、编码实现

1.使用函数voidresethash（intn）来重置哈希表

voidresethash（intn）

{//重置哈希表

if（n=0）//完全重置哈希表

{

for（inti=0;i<41;i++）

{

hasht[i].hash1=NULL;

hasht[i].count=0;

}

}

elseif（n=1）//仅仅重置频度

{

for（inti=0;i<41;i++）

{

hasht[i].count=0;

}

}

}

2.使用voidcopycount（intx[],intn）来将频度拷贝到数组里的函数

voidcopycount（intx[],intn）

{//拷贝频度

for（inti=0;i

{

x[i]=hasht[i].count;

}

}

3.使用intgetkey（char*str,intlen）来获取单词key的函数

intgetkey（char*str,intlen）//根据哈希函数获取该单词的key

{

charkey1,key2;

intkey;

key1=str[0];

key2=str[len-1];

key=（int）（key1*100+key2）%41;

returnkey;

}

4.使用voidcreathash（void）来创建哈希表函数

voidcreathash（void）//对文件keyword.txt中的32个关键字创建哈希表

{

FILE*fp;

intlength;

charstr[size];//暂时存储关键字字符的数组

char*s=NULL;

for（inti=0;i

{

str[i]='\0';

}

if（（fp=fopen（"keyword.txt","r"））==NULL）

{

cout<<"can'tcreatfile!

\n";

exit（0）;

}

while（fgets（str,size,fp）!

=NULL）//读取一行写入一行

{

if（str==NULL）

{

break;

}

length=strlen（str）;

str[length-1]='\0';//调试后发现的，没有这里就停止运行了

Hashfunc（str）;

}

fclose（fp）;

}

5.使用voidHashfunc（charstr[]）来将关键字根据哈希函数放入哈希表中的指定位置的函数

voidHashfunc（charstr[]）

{//将关键字根据哈希函数放入哈希表中的指定位置

intkey,len;

len=strlen（str）;

key=getkey（str,len）;

while（hasht[key%41].hash1!

=NULL）

{

key++;//线性探索

}

hasht[key%41].hash1=（char*）malloc（sizeof（char）*（len+1））;

strcpy（hasht[key%41].hash1,str）;

}

6.使用intHashfind（char*words）来在哈希表中找是否该words为关键字，并统计频度的函数

intHashfind（char*words）//在哈希表中找是否该words为关键字，并统计频度

{

intkey,len,find;

len=strlen（words）;

key=getkey（words,len）;

while（hasht[key].hash1==NULL）key++;

key=key%41;

if（strcmp（hasht[key].hash1,words）==0）

{

hasht[key].count++;

return1;

}

for（find=key+1;find

{

//线性探查法顺序查找哈希表中是否已存在关键字

if（hasht[find].hash1!

=NULL）

{

if（strcmp（hasht[find].hash1,words）==0）

{

hasht[find].count++;

return1;

}

}

}

for（find=0;find

{

if（hasht[find].hash1!

=NULL）

{

if（strcmp（hasht[find].hash1,words）==0）

{

hasht[find].count++;

return1;

}

}

}

return0;

}

7.使用intreadc（char*filename）来读取源程序文件中的单词的函数

intreadc（char*filename）

{//读取源程序文件中的单词

FILE*fp1=NULL;

charwords[maxlen],ch;

inti;

if（（fp1=fopen（filename,"r"））==NULL）

{

cout<<"cannotcreatfile!

\n";

exit（0）;

}

while（!

feof（fp1））//结束返回1

{

i=0;

ch=fgetc（fp1）;//一个字符一个字符的读

while（isletter（ch）==0&&feof（fp1）==0）

{

ch=fgetc（fp1）;

}

while（isletter（ch）==1&&feof（fp1）==0）

{

if（i==maxlen）

{

while（isletter（ch）==1&&feof（fp1）==0）

{

ch=fgetc（fp1）;

}

i=0;

break;

}//超过最大关键字长度将会跳过当前识别区域，读取下一个单词

else

{

words[i++]=ch;

ch=fgetc（fp1）;

}

}

words[i]='\0';

Hashfind（words）;/*将得到的该单词调入Hashfind函数，来判断是否为关键字，并统计频度*/

}

fclose（fp1）;

return0;

}

8.使用floatMol（int*x）来取模函数

floatMol（int*x）//取模函数

{

inti=0,sum=0;

for（i=0;i

{

sum+=（x[i]*x[i]）;

}

return（float）pow（（float）sum,0.5）;

}

intDot（int*x1,int*x2）

{//点积函数

inti=0,sum=0;

for（i=0;i

{

sum+=x1[i]*x2[i];

}

returnsum;

}

9.使用floatS（int*x1,int*x2）、floatD（int*x1,int*x2）和voidcheck（int*x1,int*x2）来分别求相似度S的函数、求几何距离D函数和检查两个源程序是否相似的函数

floatS（int*x1,int*x2）

{

returnDot（x1,x2）/（Mol（x1）*Mol（x2））;//求相似度S

}

floatD（int*x1,int*x2）//求几何距离

{

intx[N],i=0;

for（i=0;i

{

x[i]=x1[i]-x2[i];

}

returnMol（x）;//再求模

}

voidcheck（int*x1,int*x2）

{

floatxs=0,xd=0;

xs=S（x1,x2）;

cout<<"相似度xs="<

if（xs>Smax）//先判断S，若S大于阈值再计算几何距离

{

xd=D（x1,x2）;

cout<<"几何距离xd="<

if（xd

cout<<"这两个文件内容确实可能相似"<

else

cout<<"这两个文件内容可能不相似"<

return;

}

cout<<"这两个文件内容不相似"<

return;

}

6、实验结果与分析

实验上机测试结果如下图所示：

分析：

实验上机运行结果与实际结果相符，即可以认为该程序是正确无误的。

7、总结

在本次的课程设计上机操作的时候，在调试每个模块设计的时候，有些模块由于本人的粗心大意把‘=’与‘==’的问题弄混淆了，使调试出现了报错。

这是由于本人平时没有注意区分赋值号与等号的问题的原因，使有时候粗心容易犯错，就比如在该语句中：

if（（fp=fopen（"ckey.txt","r"））==NULL）写成了if（（fp=fopen（"ckey.txt","r"））=NULL），我曾经看到过一本讲编程的书说为了避免这种错误，可以#define==equal，这样就变成了if（（fp=fopen（"ckey.txt","r"））equalNULL）。

虽然这样确实可以避免该类错误，但是我觉的也没有太大的必要，只要平时注意点小心点就是了。

而且如果在新的版本的VisualStudio上编程时，一般是不允许出现fopen这种不安全函数的，要使用它推荐的fopen_s函数比较安全一点，也可以在使用到例如sprintlf这种比较旧的指令，需要强制关闭MicrosoftVisualStudio的安全检查，需要在代码最前面加上#define_CRT_SECURE_NO_WARNINGS指令。

还有，通过本次的课程设计，使我更进一步的体会到了《数据结构》和《算法》课程的重要性。

这两门课程的目的与要求是学会从问题入手，分析和研究计算机加工的数据结构特性，使大家能够为他们应用的数据选择适当的逻辑结构、存储结构及其相应的操作算法，并初步掌握算法的性能分析技术。

同时，学习中还要进行复杂的程序设计训练，也培养了大家数据抽象能力、算法构造性思维方法能力及逻辑思维能力，这些能力也是软件系统开发过程中非常重要的一种创造性思维活动。

为大家从事理论研究、应用开发、技术管理工作提供了坚实的理论基础和解决实际问题的程序设计的能力，这有利于大家今后适应学科迅速的发展和知识不断更新的步划。