数据结构查找算法课程设计.docx

1、数据结构查找算法课程设计存档编号： 西安*课程设计说明书设计题目：查找算法性能分析系别：计算机学院专业：计算机科学班级：计科*姓名：王*（共 页）2015年 01月07 日* 计算机科学 专业课程设计任务书姓名：*班级：计科*学号：*一、设计或实践题目查找算法性能分析二、内容及要求设计程序，对比分析顺序查找、折半查找、索引查找、二叉排序树查找和散列查找五种查找算法的性能1、测试数据的个数不少于50个；2、对每一种查找算法设计实现适应的存储结构；3、输出每种查找算法的查找成功时的平均长度三、完成形式1、设计报告；2、源程序四、系（部）审核意见指导教师：*发题日期：2015-01-05完成日期：2

2、015-01-09一 需求分析1. 1问题描述查找又称检索，是指在某种数据结构中找出满足给定条件的元素。查找是一种十分有用的操作。而查找也有内外之分，若整个查找过程只在内存中进行称为内查找；若查找过程中需要访问外存，则称为外查找，若在查找的同时对表做修改运算（插入或删除），则相应的表成为动态查找表，反之称为静态查找表。由于查找运算的主要运算是关键字的比较，所以通常把查找过程中对关键字的平均比较次数（也叫平均查找长度）作为一个查找算法效率优劣的标准。平均查找程度ASL定义为： ASL=PiCi（i从1到n）其中Pi代表查找第i个元素的概率，一般认为每个元素的查找概率相等，Ci代表找到第i个元素所

3、需要比较的次数。查找算法有顺序查找、折半查找、索引查找、二叉树查找和散列查找（又叫哈希查找），它们的性能各有千秋，对数据的存储结构要求也不同，譬如在顺序查找中对表的结果没有严格的要求，无论用顺序表或链式表存储元素都可以查找成功；折半查找要求则是需要顺序表；索引表则需要建立索引表；动态查找需要的树表查找则需要建立建立相应的二叉树链表；哈希查找相应的需要建立一个哈希表。1. 2基本要求（1） 输入的形式和输入值的范围；在设计查找算法性能分析的过程中，我们调用产生随机数函数： srand(int)time(0);产生N个随机数。注：折半查找中需要对产生的随机数进行排序，需要进行排序后再进行输入，N5

4、0;（2） 输出形式；查找算法分析过程中，只要对查找算法稍作修改就可以利用平均查找长度的公式： ASL=PiCi（i从1到n）输出各种查找算法的平均查找长度。注：平均查找长度=总的平均查找长度/N；（3） 程序所能达到的功能通过输出几种查找算法的ASL，我们很显然能得在数据量较小时（Nk，则中点值之后的数都大于k，所以k值在该表的左边，所以确定一个新的查找区间；3 如果中点值n）的连续内存单元，以线性表中的每个对象Ki为自变量，通过h（k）把Ki映射为内存单元的地址，并把该对象存储字这个内存单元中。哈希函数的构造有直接定址法、除留余数法和数字分析法，常用的是除留余数法，它是用关键字k除以某个不

5、大于哈希表长度m的数p，将所得到的余数作为哈希地址。除留余数法的哈希函数h（k）： H（k）=K mod P（mod为取余运算，p=m）2、 程序模块顺序查找：int SeqSearch(SeqList R,int n,KeyType k) /*函数的返回值是整型，有三个参数分别是顺序表SeqList、元素个数n和需要查找的关键字k*/ int i=0; while (i=n) /*未找到返回0/* return 0; else return i+1; /*找到时返回逻辑符号i+1*/折半查找：int BinSearch(SeqList R,int n,KeyType k)/*函数的返回值是整

6、型，有三个参数分别是顺序表SeqList、元素个数n和需要查找的关键字*/ int low=0,high=n-1,mid; int count=0; while(lowk) /*继续在R【lowmid-1】中查找*/ high=mid-1; else /* 继续在R【mid+1high】中查找*/ return count+1; /*返回的是总的平均查找长度*/ 索引查找：int IdxSearch(IDX I,int b,SeqList R,int n,KeyType k) /*索引查找函数值返回的是整型，函数有五个参数，分别是索引表I、分的块数b、顺序表R、关键字个数和关键字*/ int

7、low=0,high=b-1,mid,i,count=0; int s=n/b; /*s为每块的元素个数，应为n/b的向上取整*/ while(low=k) high=mid-1; else low=mid+1; /* 应在索引表的high+1中，再在对应的线性表中进行顺序查找*/ i=Ihigh+1.link; while(i=Ihigh+1.link+s-1&Ri.key!=k)if(ikey=k) /*递归的终结条件*/ return 1; if(k key) return SearchBST(bt-lchild ,k) + 1; /*在左子树中的递归查找*/ else return S

8、earchBST(bt-rchild ,k) + 1; /*在右子树中的递归查找*/ int SearchHT(HashTable ha,int p,KeyType k) /*哈希查找的返回值是整型有三个参数，分别是哈希表ha、小于哈希表长度的最小素数p和关键字k*/ int i=0,adr=0; int m=50; adr =k%p; while (haadr.key!=NULLKEY & haadr.key!=k) /*采用线性探查法查找下一个地址*/ i+; adr =(adr+1)%m; /*adr=（adr+1）mod m*/ if(haadr.key=k) return i+1;

9、/*查找成功*/ else return -1; /*查找失败*/3、 各模块之间的调用关系以及算法设计函数的调用关系图：MainSeqSearchBinSearchIdxSearchSearchHTSearchBSTCreateHTInsertHTCreateBSTInsertBST在主函数中需要定义一个SeqList R的顺序表；HashTable ha 哈希表；索引表IDX I。用srand函数（产生随机数）随机产生50个1到100的整数并输出，因为折半查找需要的是顺序表，所以再对产生的50个随机数再进行排序。调用SeqSearch、BinSearch、IdxSearch、SearchH

10、T、SearchBST（CreateBST）。依次进行输出。注意：每次都要给sum重新赋值为零。三 详细设计#include#include#include#define MAXL 100#define MAXI 100#define NULLKEY -1#define DELKEY -2typedef int KeyType;typedef int InfoType;typedef struct KeyType key; int link;IdxType;typedef IdxType IDXMAXI; typedef struct KeyType key; InfoType data;No

11、deType;typedef NodeType SeqListMAXL;typedef struct node KeyType key; InfoType data; struct node *lchild,*rchild;BSTNode;typedef struct KeyType key; InfoType data; int count;HashTableMAXL;int SeqSearch(SeqList R,int n,KeyType k) /顺序查找 int i=0; while(in & Ri.key!=k) i+; return i+1;int BinSearch(SeqLis

12、t R,int n,KeyType k) /折半查找 int low=0,high=n-1,mid,count=0; while(lowk) high=mid-1; else low=mid+1; return 0;int IdxSearch(IDX I,int b,SeqList R,int n,KeyType k) /索引查找 int low=0,high=b-1,mid,i; int count=0; int s=n/b; while(low=k) high=mid-1; else low=mid+1; i=Ihigh+1.link; while(i=Ihigh+1.link+s-1&R

13、i.key!=k) count+; i+; if(i=Ihigh+1.link+s-1) return count+1; else return 0;int SearchHT(HashTable ha,int p,KeyType k) /散列查找 int i=0,adr=0; int m=50; adr =k%p; while (haadr.key!=NULLKEY & haadr.key!=k) i+; adr =(adr+1)%m; if(haadr.key=k) return i+1; else return -1;void InsertHT(HashTable ha,int &n,Ke

14、yType k,int p) /哈希表的插入 int i,adr; adr=k%p; if(haadr.key=NULLKEY|haadr.key=DELKEY) haadr.key=k; haadr.count=1; else i=1; do adr=(adr+1)%p; i+; while(haadr.key!=NULLKEY&haadr.key!=DELKEY); haadr.key=k; haadr.count=i; n+;void CreateHT(HashTable ha,KeyType x,int n,int m,int p) /哈希表的创建 int i,n1=0; for(i=

15、0;im;i+) hai.key=NULLKEY; hai.count=0; for(i=0;ikey=k; p-lchild=p-rchild=NULL; return 1; else if(k=p-key) return 0; else if(kkey) return InsertBST(p-lchild,k); else return InsertBST(p-rchild,k);BSTNode *CreateBST(KeyType a,int n) /二叉排序树的创建 BSTNode *bt=NULL; int i=0; while (ikey=k) return 1; if(k key

16、) return SearchBST(bt-lchild ,k) + 1; else return SearchBST(bt-rchild ,k) + 1; void main() SeqList R;int i;int e;int a;int b; HashTable ha; int T50; IDX I; double j,k,m,n,sum=0; srand(int)time(0); for(i=0;i50;i+) Ri.key=1+(int)(50.0*rand()/(RAND_MAX+1.0); printf(%dt,Ri.key); printf(*n); for(i=0;i50;

17、i+) for(a=i+1;aRa.key) e=Ri.key; Ri.key=Ra.key; Ra.key=e; for(i=0;i50;i+) Ti=Ri.key; for(i=0;i50;i+) sum=sum+SeqSearch(R,50,Ri.key); printf(顺序查找平均查找长度：%6.2fn,sum/50.0); sum=0; for(i=0;i50;i+) sum=sum+BinSearch(R,50,Ri.key); printf(折半查找平均查找长度：%6.2fn,sum/50.0); sum=0; for(i=0;i5;i+) Ii.link=i*10; Ii.k

18、ey=Ri*10+9.key; for(i=0;i50;i+) sum=sum+IdxSearch(I,5,R,50,Ri.key); printf(索引查找平均查找长度：%6.2fn,sum/50.0); sum=0; CreateHT(ha,b,50,53,53); for(i=0;i50;i+) sum=sum+SearchHT(ha,53,hai.key); printf(哈希表查找平均查找长度：%6.2fn,sum/50.0); sum=0; for(i=0;i50;i+) sum=sum+SearchBST(CreateBST(b,50),bi); printf(二叉树查找平均查找长度：%6.2fn,sum/50.0);四 测试与分析输出结果：结果分析： 由结果显然可以看出，在线性表存储结构中折半查找的效率最高，顺序查找的效率最低，索引查找介于两者之间。在顺序表存储结构、链式存储结构、索引表存储结构和哈希表存储结构中效率最高的是哈希表。还有一种在动态查找时很高效的一种存储结构树表。几种查找的效率依次是：五 总结数据结构总结：为期一周的数据结构课程设计已经过去了，在这次课程设计中我学习到了很多知识，对编程也有了一定的认识。譬如在结构体的使用在大一下学期的C语言课程中我学的不是很清楚，很多问题都没有搞懂，但在数据结构这门课程中我对结构体这一部分有了新的认识；此外还