数据结构课程设计插队买票.docx
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数据结构课程设计插队买票
数据结构课程设计报告
插队买票
专业
学生姓名
班级
学号
指导教师
完成日期
2015年1月24日
数据结构课程的设计
1、设计题目
春节前夕,一年一度的运输高潮也开始了,成千上万的外出人员都往家赶.火车站售票窗前买票队伍一眼望不到头.运气好的,碰到一个已经在排队的朋友,直接走过去,排他后面,这就叫"插队",但对队伍里的其他人来说是不公平的.本课程设计的任务是写一个程序模拟这种情况.每个队伍都允许插队.如果你在排队,有一个以上的朋友要求插队,则你可以安排他们的次序.每次一个人入队,并且如果这个入队的人发现队伍中有自己的朋友,则可以插入到这个朋友的后面;当队伍中的朋友不止一个的时候,这个人会排在最后一个朋友的后面;如果队伍中没有朋友,则他只能够排在这个队伍的最后面.每一个入队的人都先进行上述的判断.当队伍前面的人买到车票之后.依次出队.
2、课题目的及要求
2.1目的：
数据结构课程设计是为数据结构课程独立开设的实践性教学环节。
数据结构课程设计对于巩固数据结构知识，加强学生的实际动手能力和提高学生综合素质是十分必要的。
本题目主要解决两个问题：
一是怎么存放和查找大量数据（主要是姓名）；二是怎么操作“ENQUEUE”和“DEQUEUE”命令。
2.2要求：
1）输入要求：
程序从“input.txt”文件读入测试用例，一个文件可包含多个测试用例。
每个用例的第一行是朋友组的数目n（1<=n<=1000）.对于一个朋友组以朋友的数目j（1<=j<=1000）开始，由朋友的个数以及他们的名字组成，一个空格后接该组朋友的名字，以空格分开，并且每个人的名字都不同。
每个名字不超过4个字母，由{A,B,…,Z,a,b,…,z}组成。
一个朋友组最多有1000个人，每个人只属于一个朋友组。
n=0时，测试数据结束。
下面是一些具体命令：
ENQUEUEX——X入队
DEQUEUE——排队头的人买票，离开队伍，即出队
STOP——一个测用例结束
2）、输出要求：
测试结果输出到“output.txt”文件中。
每个测试用例的第一行输出“Scenario#k”，k是测试用例的序号（从1开始）。
对每一个DEQUEUE命令，输出刚买票离开队伍的人名。
两个测试用例之间隔一空行，最后一个用例结束不输出空行。
3、设计分析
图1系统总图
3.1用散列表来存放和查找数据
由于最多有1000个朋友组，每组最多1000人，使用平方探测法解决冲突，则表的大小至少是2*（1000*1000），所以选择TableSize=2000003。
同一个组内的都是朋友，所以每个人除了记录他的名字name，还要记录他属于哪个朋友组group，另外用info来表示该单元是否被占用，数据结构如图2所示。
散列函数是根据Honer法则计算一个以64为阶的多项式，如图3所示。
冲突解决方法采用平方探测法，如图4所示。
#defineTabSize2000003
typedefstructhashtab*PtrToHash;
structhashtab
{
charname[5];
intgroup;
charinfo;/*用来表示该单元是否被占用*/
};
图2数据结构：
散列表
intHash（char*key,intTableSize）
{
intHashVal=0;
while（key!
=NULL）
HashVal=（HashVal<<6）+*key;
ReturnHashVal%TableSize;
}
图3散列函数
long int Find（PtrToHash hash,char *c）
{
key=c;
CurrentPos=Hash（key,TabSize）; /*计算散列值*/
CollisionNum=0;
while（（单元被占用）and（单元内的名字与查找的名字不同）） /*发生冲突*/
{ /*平方探测法*/
CurrentPos+=2*（++CollisionNum）-1;
if（CurrentPos>=TabSize）
CurrentPos-=TabSize;
}
return CurrentPos;/*返回在散列表中的位置*/
}
图4用平方探测法处理冲突
3.2怎么操作“ENQUEUE”和“DEQUEUE”命令
这可以用队列来模拟。
由于有插队现象的存在，不能单纯地用一个数组来表示队列，因为这样的话，插入一个朋友，则他后面的人都要往后移一个单位，删除一个人，则他后面的人都要前移一个，会降低效率。
所以，采用一个Index标记来表示当前元素的后继元素，最后一个单元的后继元素是第0个，形成环，数据结构如图5所示。
不用链表是因为链表存放指针也需要空间，并且链表插入、删除的效率没有数组高。
typedef struct Que *PtrToQue;
struct Que{
long int HashVal; /*散列值*/
long int Index; /*在中的队列序号*/
};
图5数据结构：
队列
1）输入ENQUEUE命令，如果队伍里有朋友，则排在朋友后面；如果没有遇到朋友，则排到队尾。
入队时，用一个数组记录每个朋友组的最后一位，以便下一个朋友到来时排到他后面，这个数组被称为“插入数组”。
2）输入“DEQUEUE”命令，则根据“先进先出”，按照各个元素和它后继元素的先后顺序，每次删除队列中的第一个。
程序结构如图6所示。
While（读测试文件）
{
if（输入“ENQUEUE”）
{
读入名字；
插入散列表；
插入队列；
}
else if（输入“DEQUEUE”）
{
删除队列第一个名字；
将该名字输出到文件；
}
Else stop;
}
图6入队、出队操作
4、调试与测试
4.1调试
先运行，出现如图7所示：
图7运行
4.2测试
1）测试输入
2
3AnnBobJoe
3ZoeJimFat
ENQUEUEAnn
ENQUEUEZoe
ENQUEUEBob
ENQUEUEJim
ENQUEUEJoe
ENQUEUEFat
DEQUEUE
DEQUEUE
DEQUEUE
DEQUEUE
DEQUEUE
DEQUEUE
STOP
2
5AnnyJackJeanBillJane
6EvaMikeRonSonyGeoZoro
ENQUEUEAnny
ENQUEUEEva
ENQUEUEJack
ENQUEUEJean
ENQUEUEBill
ENQUEUEJane
DEQUEUE
DEQUEUE
ENQUEUEMike
ENQUEUERon
DEQUEUE
DEQUEUE
DEQUEUE
DEQUEUE
STOP
0
2）正确输出
Scenario#1
Ann
Bob
Joe
Zoe
Jim
Fat
Scenario#2
Anny
Jack
Jean
Bill
Jane
Eva
4.3实际结果
1）实际输入
图8输入数据
2）实际输出
图9输出数据
5、小结
在前面的学习过程中我们学到了很多知识,而这次课程设计又是对我们所学的一次总结.我们必须掌握很多已学的知识才能很好的完成本次的课程设计。
在这次课程设计中,总的感觉是我遇到了很多困难,这主要是由于我编写代码的经验不足,有时虽然是一个很小的问题,但解决起来却花费了我不少的时间,值得欣慰的是,当自己苦思冥想或者和其它同学一起探讨,把问题解决的时候我还是觉得获益非浅,这就是在摸索中寻求到的知识。
设计期间,我发现只有有目的的去学习一些将要用到的东西,充分的运用所学知识，才能顺利的完成设计。
在设计时也免不了存在着一些不足，所以在今后的学习中我会努力取得更大的进步，对于我不足的地方希望老师能够及时给予批评，以便我在今后的学习中能够及时的改正。
通过这次课程设计，我收获的不仅仅是课程上的知识得到实际应用，还有编程的基本习惯和应注意的细节。
6、参考文献
[1]范策，周世平，胡哓琨.《算法与数据结构（C语言版）》[M].北京：
机械工业出版社，2004
[2]严蔚敏.《数据结构（C语言版）》.北京：
清华大学出版社，2004
[3]许卓群，杨冬青，唐世渭，张铭.《数据结构与算法》.北京：
高等教育出版社，2004
[4]徐孝凯.《数据结构实用教程（第二版）》.北京：
清华大学出版社，2006
7、源程序清单
#include
#include
#include
#defineTabSize2000003/*散列表大小TabSize是大于表最大空间的素数*/
#defineMax1000001/*队列空间最大值*/
structhashtab;
typedefstructhashtab*PtrToHash;
structhashtab/*散列表数据结构*/
{
charname[5];/*名字*/
intgroup;/*属于哪个朋友组*/
charinfo;/*标志位，该单元是否被占用*/
};
structQue;
typedefstructQue*PtrToQue;
structQue/*队列数据结构*/
{
longintHashVal;/*散列值*/
longintIndex;/*在中的队列序号*/
};
inthashedx=0;/*标记元素是否已经在散列表里*/
longintFind（PtrToHashhash,char*c）/*查找在散列表中的位置*/
{
char*key;
longintCurrentPos,CollisionNum;
key=c;
for（CurrentPos=0;*key;++key）/*散列函数，计算散列值*/
CurrentPos=（CurrentPos<<6）+*key;
CurrentPos%=TabSize;/*散列值*/
CollisionNum=0;
/*如果当前单元被占用：
单元内的元素与当前操作的名字不同，使用平方探测法解决冲突；与当前操作的名字相同，则直接返回在散列中的位置*/
while（（hash[CurrentPos].info）&&（strcmp（hash[CurrentPos].name,c）））
{/*平方探测法*/
CurrentPos+=2*（++CollisionNum）-1;
if（CurrentPos>=TabSize）
CurrentPos-=TabSize;
}
if（（hash[CurrentPos].info）&&（strcmp（hash[CurrentPos].name,c）==0））
/*元素已经在散列表里*/
hashedx=1;
else/*元素不在散列表里*/
hashedx=0;
returnCurrentPos;/*返回在散列表中的位置*/
}
intmain（）
{
longintFind（PtrToHashhash,char*c）;/*查找在散列表中的位置*/
PtrToHashhash;/*散列表*/
PtrToQuequeue;/*队列*/
int*grouppos;/*记录每个朋友组的最后一位，即插队数组*/
intn;/*测试用例数目*/
intnum;/*当前测试用例序号*/
longinti,ii,j,key,temp;
longinthead,last;/*队列的头和尾*/
charc[8],tempc[8];/*名字*/
FILE*fpin,*fpout;/*输入、输出文件指针*/
if（!
（fpin=fopen（"input.txt","r"）））/*打开测试文件*/
{
printf（"fopenerror!
"）;/*文件打开错误*/
return-1;
}
if（!
（fpout=fopen（"output.txt","w"）））/*打开输出文件*/
{
printf（"fopenerror!
"）;
return-1;
}
hash=（PtrToHash）malloc（sizeof（structhashtab）*TabSize）;/*为散列表申请空间*/
queue=（PtrToQue）malloc（sizeof（structQue）*Max）;/*为队列申请空间*/
grouppos=（int*）malloc（sizeof（int）*1000）;/*申请空间记录每个朋友组的最后一位*/
for（i=0,j=1;iqueue[i].Index=j;
queue[i-1].Index=0;/*最后一个单元的后继单元是第0个，形成环*/
num=0;
for（fscanf（fpin,"%d",&n）;n;fscanf（fpin,"%d",&n））/*输入当前测试用例的朋友组数*/
{
if（n<1||n>1000）/*处理异常输入n*/
{
fprintf（fpout,"nisoutofrange\n"）;
return-1;
}
num++;
if（num!
=1）/*两个测试用例间输入一空行*/
fprintf（fpout,"\n"）;
for（i=0;ihash[i++].info=0;/*初始化散列表，标记位置0*/
for（i=0;i{
fscanf（fpin,"%d",&j）;/*当前组里的人数*/
if（j<1||j>1000）/*处理异常输入j*/
{
fprintf（fpout,"jisoutofrange\n"）;
return-1;
}
for（;j;--j）
{
fscanf（fpin,"%s",c）;/*输入名字*/
for（ii=0;iitempc[ii]='\0';
strcpy（tempc,c）;
ii=0;
while（tempc[ii]!
='\0'）/*是否由四个以内字母组成*/
{
if（tempc[ii]<'A'||（'Z''z'||ii>4）
{
fprintf（fpout,"Group%d:
Nonstandardname\n",i）;
return-1;
}
ii++;
}
key=Find（hash,c）;/*找到在散列表中的位置*/
if（hashedx==1）/*重名*/
{
fprintf（fpout,"repeatedname%s\n",c）;
return-1;
}
strcpy（hash[key].name,c）;/*插入散列表*/
hash[key].info=1;/*标记置1，该单元被占用*/
hash[key].group=i;/*记录他属于哪个组*/
}
}
for（i=0;i<1000;）
grouppos[i++]=0;/*初始化插队数组*/
head=0;/*初始化队列头、尾标记*/
last=0;
fprintf（fpout,"Scenario#%d\n",num）;/*输出当前用例序号到文件*/
for（fscanf（fpin,"%s",c）;;fscanf（fpin,"%s",c））/*输入命令*/
{
if（*c=='E'）/*入队命令*/
{
fscanf（fpin,"%s",c）;/*输入名字*/
key=Find（hash,c）;/*查找在散列表中的位置*/
if（hashedx==0）/*散列表里没这个人*/
{
fprintf（fpout,"no%s\n",c）;
return-1;
}
temp=queue[0].Index;/*队列第0个位置记录队尾的后继单元*/
queue[0].Index=queue[temp].Index;
/*在队列中申请一个新单元，队尾标记后移一个位置*/
queue[temp].HashVal=key;/*入队*/
if（!
head）/*如果是队列里的第一个元素*/
last=head=temp;/*队头、队尾标记指向第一个元素*/
if（!
grouppos[hash[key].group]）/*如果队列里没朋友*/
{
queue[temp].Index=0;/*队尾指向对头，形成环*/
queue[last].Index=temp;/*前一次队尾的后继元素是当前元素*/
last=temp;/*队尾标记指向当前元素*/
grouppos[hash[key].group]=temp;
/*插队数组记录该朋友组里已入队的最后一位*/
}
else/*如果队列中已经有他的朋友*/
{
queue[temp].Index=queue[grouppos[hash[key].group]].Index;
/*插队到朋友的后面*/
queue[grouppos[hash[key].group]].Index=temp;
/*插队到朋友后面一位的前面*/
grouppos[hash[key].group]=temp;
/*替换插队数组里该组的元素为当前元素*/
if（hash[queue[last].HashVal].group==hash[key].group）
/*如果当前元素和前一元素是朋友，队尾标志指向当前元素*/
last=temp;
}
}
elseif（*c=='D'）/*出队命令*/
{
if（last==0）/*不能对空队列执行出队命令*/
{
fprintf（fpout,"Emptyqueue!
\nCan'texecuteDEQUEUE!
\n"）;
return-1;
}
fprintf（fpout,"%s\n",hash[queue[head].HashVal].name）;
/*输出队头元素到文件*/
temp=head;
head=queue[temp].Index;/*队列第一位出队，队头标记后移一位*/
queue[temp].Index=queue[0].Index;/*队列第0个元素后移一位*/
queue[0].Index=temp;/*释放空间*/
if（grouppos[hash[queue[temp].HashVal].group]==temp）
/*当前删除的元素是该朋友组在队列里的最后一位*/
grouppos[hash[queue[temp].HashVal].group]=0;
if（last==temp）/*出队后，队列为空*/
last=0;
}
else/*输入"STOP"*/
break;/*测试结束*/
}
}
fprintf（fpout,"\b"）;
fclose（fpin）;
fclose（fpout）;
return1;
}
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