排序综合课程设计报告.docx

1、排序综合课程设计报告课 程 设 计课程设计名称： 排序综合 专 业 班 级 ： 00 学 生 姓 名 ： 00 学 号 ： 000 指 导 教 师 ： 000 课程设计时间： 2010.6.21-2010.6.25 计算机科学与技术 专业课程设计任务书学生姓名专业班级学号题 目排序综合课题性质A工程设计课题来源D自拟课题指导教师同组姓名无主要内容综合应用所学知识，设计完成一个排序综合系统。本系统拟实现以下功能：1.直接插入排序2.希尔排序3.快速排序4.堆排序5.结果保存6.计算排序时间系统要求采用VC6.0工具进行开发实现。任务要求 综合运用和融化所学理论知识，提高分析和解决实际问题的能力，

2、使用c语言设计一个排序综合系统。完成课程设计报告，报告中对关键部分给出图表说明。要求格式规范，工作量饱满。参考文献1 数据结构. 严蔚敏，吴伟民 编著. 清华大学出版社. 2007年03月2 数据结构、算法与应用：C+语言描术. （美）萨尼（Sahni,S.） 著，汪诗林 等译. 机械工业出版社.2005年03月审查意见指导教师签字：教研室主任签字： 2010 年 6 月24 日 说明：本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学生，装订在设计（论文）首页信息科学与工程 学院课程设计成绩评价表课程名称：数据结构课程设计设计题目：排序序号评审项目分 数满分标准说明1内 容思路清晰；语言表达

3、准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论严谨，设计有应用价值。任务饱满，做了大量的工作。2创 新内容新颖，题目能反映新技术，对前人工作有改进或突破，或有独特见解3完整性、实用性整体构思合理，理论依据充分，设计完整，实用性强4数据准确、可靠数据准确，公式推导正确5规 范 性设计格式、绘图、图纸、实验数据、标准的运用等符合有关标准和规定6纪 律 性能很好的遵守各项纪律，设计过程认真；7答 辩准备工作充分，回答问题有理论依据，基本概念清楚。主要问题回答简明准确。在规定的时间内作完报告。总 分综合意见 指导教师 年 月 日 1、 需求分析 1.1、直接插入排序思路:设有一组关键字K1

4、,K2,.,Kn,排序开始变认为K1是一个有序的序列,让K2插入到表长为1的有序序列,使之成为一个表长为2的有序序列, 让K3插入到表长为2的有序序列,使之成为一个表长为3的有序序列,依次类推,最后让Kn插入上述表长为n-1的有序序列,得到一个表长为n的有序序列.1.2、希尔排序思路：先取一个正整数d1(d1n),把全部记录分成d1个组,所有距离为d1的倍数的记录看成是一组,然后在各组内进行插入排序;然后取d2(d2=1),即所有记录成为一个组为此.一般选d1约为n/2,d2为d1/2,.,di=11.3、快速排序:（递归和非递归）思路:以第一个关键字K1为控制字，将K1、K2、.Kn分成两个

5、子区，使左区的有关键字小于等于K1，右区所有关键字大于等于K1，最后控制居两个子区中间的适当位置。在子区内数据尚处于无序状态。将右区首、尾指针保存入栈，对左区进行与第（1）步相类似的处理，又得到它的左子区和右子区，控制字区中。重复第（1）、（2）步，直到左区处理完毕。然后退栈对一个个子区进行相类似的处理，直到栈空分区处理函数hoare思路：首先用两个指针i、j分别指向首、尾两个关键字，i=1，j=8。如对(46、56、14、43、95、10、19、72)。第一个关键字46作为控制字，该关键字所属的记录另存储在一个x变量中。从文件右端元素rj.key开始与控制字x.key相比较，当rj.key大

6、于等于x.key时，rj不移动，修改指针j，j-，直到rj.keyx.key，把记录rj移动到文件左边i所指向的位置;然后在文件左边修改i指针,i+，让ri.key与x.key相比较，当ri.key小于等于x.key时，ri不移动，修改指针i，i-，直到ri.keyx.key, 把记录ri移动到文件右边j所指向的位置;然后在文件右边修改j指针j-。重复上面的步骤.1.4、堆排序思路：把n个记录存于向量r之中，把它看成完全二叉树，此时关键字序列不一定满足堆的关系。堆排序大体分为两步处理：初建堆，从堆的定义出发，当i=1、2、。、2/n时应满足ki=k2i和ki=k2i+1.所以先取i=n/2(它

7、一定是第n个结点的双亲编号),将以i结点为根的子树调整为堆，然后令i=i-1，将以不结点为根的子树调整为堆。此时可能会反复调整某些结点，直到i=1为止，堆初步建成。堆排序，首先输出堆顶元素（一般是最小值）,让堆中最后一个元素上移到原堆顶位置，然后恢复堆。因为经过第一步输出堆顶元素的操作后，往往破坏了堆关系，所以要恢复堆；重复执行输出堆顶元素、堆尾元素上移和恢复堆的步骤。2、 概要设计 2.1、头文件 #include#include#include#include2.2 、ADT struct element int key;list20;struct rnode int key; int p

8、oint;2.3、各种操作函数：（1）创建一个数组函数：int creat()；（2）输出数组函数：void print(struct element a20,int n)；（3）保存函数：void save(struct element aSIZE,int n, char ) （4）直接插入排序函数：void insert_sort(element a, int n)（5）希尔排序函数：void shell(struct element a20,int n)；（6）快速排序函数（分区处理函数）：int hoare(struct element a20,int l,int h)；（7）非递归的

9、快速排序函数：void quick1(struct element a20,int n)；（8）递归的快速排序函数：void quick2(struct element a20,int l,int h)；（9）堆排序（调整堆的函数）：void heap(struct element a20,int i,int m)；（10）堆排序（主体函数）：void heapsort(struct element a20,int n)；（11）时间函数：start = clock();end = clock();2.4、主函数Void main()接受命令（选择要执行的操作）；处理命令；输出结果；3、 详细

10、设计 3.1、程序源代码：#include#include#include#include#define SIZE 1000000struct element int key;listSIZE;/创建一个数组/int creat() int i,n; int num; n=0; printf(请输入元素个数:); scanf(%d,&num); for( i = 0;i num; i+ ) listn.key = rand() % 10000; n+; return(n);/输出数组/void print(struct element aSIZE,int n) int i; for(i=0;i

11、n;i+) printf(%5d,ai .key); printf(n);/保存到文件/void save(struct element aSIZE,int n, char ) int m_wr=0; / 写入TXT文件变量 FILE *fp; if ( ( fp = fopen ( , w ) ) = NULL ) printf( errorn); for (int m=0; mn; m+ ) m_wr = am.key; fprintf ( fp, %d , m_wr ); / 写入TXT中 fclose ( fp );/ 直接插入排序/void insert_sort(element a

12、, int n) int i, j; element next; for(i=1; i=0 & next.key =1;i-) ai.key=ai-1.key; k=n/2; while(k=1) for(i=k+1;ia0.key)&(j=0) aj+k.key=aj.key; j=j-k; aj+k=a0; k=k/2; for(i=0;in;i+) ai.key=ai+1.key; printf(输出希尔排序的结果:n);/快速排序/int hoare(struct element aSIZE,int l,int h)/分区处理函数 int i,j; struct element x;

13、i=l; j=h; x.key=ai.key; do while(i=x.key) j-; if(ij) ai.key=aj.key; i+; while(ij)&(ai.key=x.key) i+; if(ij) aj.key=ai.key; j-; while(ij); ai.key=x.key; return(i);void quick1(struct element aSIZE,int n) /非递归的快速排序 int i,l,h,tag,top; int s202; l=0;h=n-1;tag=1;top=0; do while(lh) i=hoare(a,l,h); top+; s

14、top0=i+1; stop1=h; h=h-1; if(top=0) tag=0; else l=stop0; h=stop1; top-; while(tag=1); void quick2(struct element aSIZE,int l,int h)/递归的快速排序 int i; if(lh) i=hoare(a,l,h); /划为两个区 quick2(a,l,i-1); /对左分区快速排序 quick2(a,i+1,h); /对右分区快速排序 /堆排序函数/调整堆的函数void heap(struct element aSIZE,int i,int m)/*i是根结点编号,m是以

15、i为根的子树的最后一个结点编号*/ struct element x; int j; x.key=ai.key; /保存记录内容 j=2*i; /j 为左孩子编号 while(j=m) if(jaj+1.key) /当结点i有左,右两个孩子时,j取关键较小的孩子编号 j+; if(aj.keym,以便结束循环 ai.key=x.key;/堆排序的主体函数void heapsort(struct element aSIZE,int n) int i,v; struct element x; for(i=n;i0;i-) ai.key=ai-1.key; for(i=n/2;i=1;i-) hea

16、p(a,i,n); for(v=n;v=2;v-) x.key=a1.key; /堆顶堆尾元素交换 a1.key=av.key; av.key=x.key; heap(a,1,v-1); /这次比上次少处理一个记录 for(i=0;in;i+) ai.key=ai+1.key; for(i=0;in/2;i+) int k; k=ai.key; ai.key=an-i-1.key; an-i-1.key=k; void main() int num,l,h,c; clock_t start, end; c=1; char file150 = 直接插入排序.txt; char file250 =

17、 希尔排序.txt; char file350 = 非递归的快速排序.txt; char file450 = 递归的快速排序.txt; char file550 = 堆排序.txt; printf(*欢迎使用本系统学习各种排序*n);printf(*温馨提示：首先请生成用于排序的元素，以便进行排序*n); printf(*主菜单*n); printf(* 1 生成随机排序元素 *n); printf(* 2 直接插入排序 *n); printf(* 3 希尔排序 *n); printf(* 4 非递归的快速排序 *n); printf(* 5 递归的快速排序 *n); printf(* 6 堆

18、排序 *n); printf(* 0 退出 *n); printf(*n); while(c!=0) printf(*请输入0-6进行操作 n); scanf(%d,&c); switch(c) case 1:num=creat(); print(list,num); break; case 2:start = clock(); insert_sort(list,num); end = clock(); print(list,num); save(list,num, file1) ; printf(The time : %d msn, end - start ); break; case 3:

19、start = clock(); shell(list,num); end = clock(); print(list,num); save(list,num,file2) ; printf(The time : %d msn, end - start ); break; case 4:start = clock(); quick1(list,num); end = clock(); print(list,num); save(list,num,file3) ; printf(The time : %d msn, end - start ); break; case 5:l=0;h=num-1

20、; start = clock(); quick2(list,l,h); end = clock(); printf(输出递归快速排序结果:n); print(list,num); save(list,num,file4); printf(The time : %d msn, end - start ); break; case 6:start = clock(); heapsort(list,num); end = clock(); print(list,num); save(list,num,file5); printf(The time : %d msn, end - start );

21、break; /main end4、 调试分析 4.1、insertion_sort排序算法分析： 该算法的时间复杂度为O(n*n).直接插入排序是稳定的排序方法。当n值较小时，n和n2的差别也较小，即直接插入排序的最好时间复杂度O(n)和最坏时间复杂度0(n2)差别不大。4.2、shell排序算法分析： Shell排序算法的时间复杂度分析比较复杂，实际所需的时间取决于各次排序时增量的个数和增量的取值。当n较大时，比较和移动的次数约在nl.25到1.6n1.25之间。由于Shell排序算法是按增量分组进行的排序，所以Shell排序算法是一种不稳定的排序算法。4.3、quick排序算法分析： 快

22、速排序主体算法时间运算约为O(log2n),划分子区函数运算量约为O(n)，所总时复杂度为O(nlog2n). 因为快速排序的记录移动次数不大于比较的次数，所以快速排序的最坏时间复杂度应为0(n2)，最好时间复杂度为O(nlgn)。4.4、heapsort排序算法分析： 堆排序中heap算法的时间复杂度与堆所对应的完全二叉树的深度log2n+1相关，而heapsort中对heap的调用数量级为n，所以整个堆排序的时间复杂度为O(nlog2n)。堆排序是不稳定的。5、 调试结果 5.1系统操作5.1.1、主菜单界面5.1.2、生成排序元素5.1.3直接插入排序5.1.4、希尔排序5.1.5非递归

23、的快速排序5.1.6递归的快速排序5.1.7堆排序5.2、测试数据5.2.1、 100个数据元素5.2.2、 1000个数据元素5.2.3、10000个数据元素5.2.4、100000个数据元素 课程设计总结 通过这次课程设计的学习让我学会了许多。让我对我们的专业知识有了很大 理解！我对专业的课程有了初步的认识。 在这次课程设计中，独立完成了在两种存储结构下的每种排序算法。排序算法共有七个：插入排序、希尔排序、冒泡排序、快速排序、选择排序、堆排序、归并排序。同时也实现了随机数的生成。并把排序后的结果保存在不同的文件中。虽然在算法完成的过程中也在网上查阅了一些资料，但对这次课程设计的成果还是非常

24、满意的。 这次的课程设计还有很多不足之处，如链表存储结构中的堆排序算法，当排序个数过多时，就会等待很长时间。可能时调用的函数过多的原因造成的，但排序是正确的。用指针代替函数的调用。还有就是随机数不能随时更改，只能设定一次。链表归并算法不是对链表直接操作，而是将链表中的元素放入数组中进行排序，我想了很多方法都没有想出对链表的直接操作的算法。由于时间限制，只在课程设计快结束时完成了产生随机文件这部分，我想以后有时间再来完成它。同时在完成这个课程设计后，我也学到了很多知识，并能训练的掌握他们了。首先学会了随机数的产生。熟练的撑握了C语言的文件读写操作。撑握了每种排序算法的基本思想，并从同学那里学会了编写程序的一般步骤：思考问题，写出解决方案，写出伪代码，完成代码，调试程序。不像以前那样开始就直接写代码。但我还是认为自己有些不足，希望以后能弥补这些不足。 所以，这次的课程设计我学会了很多，不光让我认识了本专业知识，还让我学了一定的心境！那就是做事情的时候即使不会做也不能慌张，要慢慢放下心来，不要光想自己怎么、怎么不会了！不要去想不会，而是冷下心来慢慢思考、思考。这样你就会有了思虑的。