数据结构实验讲义.docx

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数据结构实验讲义

数据结构实验与习题

杨秀金汪沁编

浙江万里学院计算机系

内容简介

数据结构是计算机专业的核心课，是重要的专业基础课。

实践是学习本课程的一个重要的环节。

目前各种“数据结构”教材较为注重理论的叙述与介绍，算法描述不拘泥某种语言的语法细节，默认读者已具备扎实的程序设计基础，可以在课下独立完成数据结构实验。

实际上在读者群中程序设计的基础并不一致，相当一部分人基础较为薄弱。

多数学生反映数据结构的上机实验存在一定的困难，希望有合适的实验参考书指导学习。

数据结构的理论学习也有一定的深度，存在一定的难度。

学生必须完成一定数量的思考题、练习题、书面作业题，一方面巩固基本知识、一方面提高联系实际分析解决问题的能力。

正是基于以上的原因编写了这本“数据结构实验与习题”。

本参考书包括C语言基础知识、上机实验习题和书面作业练习题三部分。

在C语言基础知识部分，主要介绍了输入/输出、函数及参数传递和结构体的概念应用。

这部分内容非常重要，掌握的是否熟练会直接影响“数据结构“的学习。

在实验部分，包括有完整的C语言源程序例题，介绍了一些设计数据结构题目所需的C语言常用的知识和技巧。

在实验题中，既有简单容易的验证题，即验证已经给出的源程序，或者扩充已经给出的源程序，也有需独立思考设计的综合实验题。

在习题部分，既有选择题、判断题，也有用图表解答的练习题、算法设计题或综合解答分析题。

并且配有部分练习题的答案供学生自学、练习、参考。

由于时间仓足、水平有限，书中难免存在错误和不妥之处，敬请读者指正。

杨秀金汪沁

2004年2月修订

于浙江万里学院钱湖校区

目录

第一部分C语言基本知识

一基本输入和输出---------------------------------------------------------------------------1

二函数与参数传递---------------------------------------------------------------------------3

三结构体及运用----------------------------------------------------------------------------5

第二部分上机实验习题

上机实验要求及规范-------------------------------------------------------------------8

实习一复数ADT及其实现-------------------------------------------------------------10

实习二线性表-----------------------------------------------------------------------------12

实习三栈和队列--------------------------------------------------------------------------20

实习四串-----------------------------------------------------------------------------------28

实习五数组--------------------------------------------------------------------------------30

实习六树与二叉树-----------------------------------------------------------------------32

实习七图-----------------------------------------------------------------------------------34

实习八查找--------------------------------------------------------------------------------40

实习九排序--------------------------------------------------------------------------------42

第三部分书面作业练习题

习题一绪论--------------------------------------------------------------------------------48

习题二顺序表示（线性表、栈和队列）--------------------------------------------51

习题三链表（线性表、栈和队列）--------------------------------------------------54

习题四串-----------------------------------------------------------------------------------57-

习题五数组--------------------------------------------------------------------------------58

习题六树与二叉树-----------------------------------------------------------------------60

习题七图-----------------------------------------------------------------------------------69

习题八查找--------------------------------------------------------------------------------75

习题九排序--------------------------------------------------------------------------------78

第一部分C语言基本知识

如何选择描述数据结构和算法的语言是十分重要的问题。

传统的方法是用PASCAL语言，由于该语言语法规范、严谨，非常适用于数据结构课程教学。

在Windows环境下涌现出一系列的功能强大、面向对象的程序开发工具，如：

VisualC++,BorlandC++,VisualBasic,VisualFoxpro等。

由于VisualDelphi的出现，使PASCAL仍不失为一种优秀的算法描述工具。

近年来在计算机科学研究、系统开发、教学以及应用开发中，Ｃ语言的使用越来越广泛。

因此，本教材采用类C语言进行算法描述。

按照传统的数据结构教材写法，只是注重算法思想和方法。

并不关心具体使用何种语言工具来实现，默认学生已经能够具备扎实的程序设计基础和能力。

随着计算机科学的发展、教学改革的深化，数据结构的开课时间各个高校有所不同，普遍有所提前。

大学生入学起点就存在一定的差异，即使在大学一年级学习了某种程序设计语言，学生中能力和水平的差异依然存在。

实践表明在数据结构教学过程中，如果学生的程序设计语言基础薄弱，就会影响正常教学进度。

数据结构不仅具有较强的理论性，更具有较强的实践性。

当前国内、国外一些优秀的数据结构教材已经是兼顾理论和实践两个方面。

因此，有必要将数据结构所必须使用的C语言语法在此做简单介绍。

根据多年教学实践，学生完成上机实验练习时遇到的主要问题是，不能正确的输入数据，结构体概念陌生，函数的传址调用概念不清，指针与链表有的没有学过。

由于篇幅所限，这里仅对前三个问题加以介绍。

如果学生基础好，可以越过这一部分内容不看。

一、基本输入和输出

对于重要的数据结构算法，均要求进行上机实验。

而上机实践中离不开数据的输入/输出。

看起来简单的输入/输出，往往是上机实验最容易出错的地方，尤其是输入。

对于一个算法程序，如果数据不能正确输入，算法设计得再好也无法正常运行。

1．输入

C语言的输入是由系统提供的scanf（）等函数实现，在程序的首部一般要求写入：

#include

因为标准输入/输出函数都存在于头文件stdio.h之中，现将其包含进来方可使用这些常用的输入/输出函数。

有的系统允许不使用上述包含语句，可以直接使用标准输入/输出函数。

函数scanf（）的功能很丰富，输入格式也是多种多样，这是大家较为熟悉的知识，这里不做详细介绍。

在使用中需要注意以下几个问题。

（1）一条scanf（）语句有多个变量、并且都是数值型（int,float,double）时，在输入数据时应该在一行之内键入多个数据，数据之间空格分隔。

例如：

intn;floatx;

scanf（“%d%f”,&n,&x）;

正确的输入应是：

整数空格实数回车。

例如：

就是在两个数据之间使用空格键为分隔符，最后打回车键。

如果语句中在%d和%f之间有一个逗号：

scanf（“%d，%f”,&n,&x）;

正确的输入应是：

整数逗号实数回车。

例如：

（2）在需要字符型变量或字符串输入时，要单独写一条输入语句，这样不易出错。

如果在同一条scanf（）语句中将字符型和数值型混合输入常常会出错。

因为键盘输入时在数值型数据之间‘空格键’起‘分隔符’作用，但是在字符或字符串之间，‘空格’会被当做一个字符，而不能起到‘分隔符’的作用。

所以将它们混在一起容易出错。

（3）在scanf（）语句中变量写法应该是该变量的地址，这一点常被忽视。

请看下列程序：

1:

viodmain（）

2:

{charname[10],ch;

3:

intnum;floatx;

4:

printf（“\n请输入姓名：

”）;scanf（“%s”,name）;

5:

printf（“\n请输入性别：

”）;scanf（“%c”,&ch）;

6:

printf（“\n请输入学号和成绩：

”）;scanf（“%d%f”,&n,&x）;

……;

}

为了方便说明问题程序中加了行号，运行时当然不允许行号。

一般情况下在scanf（）语句中的变量名之前要加上求地址符&，上述程序第5，6行之中就是这样。

为什么第4行的name前面不加&呢？

因为name代表字符串，即是一维字符数组，一维数组名本身就是一个地址，是该数组的首地址，所以name前面不加&。

在本程序中把字符串、字符、数值型变量分别写入不同的scanf（）语句，输入数据的具体形式如下：

请输入姓名：

ZhangHua

请输入性别：

v

请输入学号和成绩：

10190.5

请考虑如果姓名输入成：

ZhangHua，会出现什么现象？

那样只会读入Zhang做姓名，而Hua被忽略，还会影响后面的输入语句无法正确读入数据。

因此，应该充分重视数据的输入技术。

2．输出

C语言的输出是由系统提供的printf（）等函数来实现，在程序的首部一般要求写入：

#include

因为标准输入/输出函数都存在于头文件stdio.h之中，现将其包含进来方可使用这些常用的输入/输出函数。

有的系统允许不使用上述包含语句，可以直接使用标准输入/输出函数。

输出函数printf（）的语法一般容易掌握，这里强调的是怎样合理巧妙的使用它。

1.在连续输出多个数据时，数据之间一定要有间隔，不能连在一起。

intn=10,m=20,p=30;

printf（“\n%d%d%d”,n,m,p）;

printf（“\n%6d%6d%6d”,n,m,p）;//提倡使用的语句

第一行输出是：

102030

第二行输出是：

102030

2.在输入语句scanf（）之前先使用printf（）输出提示信息，但是在printf（）最后不能使用换行符。

intx;

printf（“\nx=?

”）;//句尾不应使用换行符

scanf（“%d”,&x）;

这样使光标与提示信息出现在同一行上，光标停在问号后边：

X=?

□。

3.在该换行的地方，要及时换行。

inti;

printf（“数据输出如下：

\n”）;//需要换行

for（i=0;i<8;i++）printf（“%6d”,i）;//几个数据在同一行输出，不能换行

4.在调试程序时多加几个输出语句，以便监视中间运行状况。

程序调式成功后，再去掉这些辅助输出语句。

二、函数与参数传递

函数的设计和调用是程序设计必不可少的技能，是程序设计最重要的基础。

一些初学者之之所以感到编程难，就是忽视了这个基础。

在传统的面向过程的程序设计中，往往提倡模块化结构化程序设计，不论BASIC、FONFTRAN、PASCAL还是其他高级语言，最终要涉及到子函数的设计和使用。

C语言的源程序是由一个主函数和若干（或零个）子函数构成，函数是组成C语言程序的基本单位。

函数具有相对独立的功能，可以被其他函数调用，也可调用其他函数。

当函数直接或间接的调用自身时，这样的函数称为递归函数。

是否能够熟练的设计和使用函数，是体现一个人程序设计能力高低的基本条件。

因此有必要回顾和复习C语言函数的基本概念。

1函数的设计

函数设计的一般格式是：

类型名函数名（形参表）

{函数体；}

函数设计一般是处理一些数据获得某个结果，因此函数可以具有返回值，上面的类型名就是函数返回值的类型，可以是int,float…..等。

例如：

floatfunx（形参表）{函数体；.}

函数也可无返回值，此时类型是void。

例如：

voidfuny（形参表）{函数体；}

而函数体内所需处理的数据往往通过形参表传送，函数也可以不设形参表，此时写为：

类型名函数名（void）{函数体；}

例1.2设计一个函数计算三个整数之和，再设计一个函数仅输出一条线。

设计主函数调用两个函数。

#include

intsumx（inta,intb,intc）/*计算三个整数之和的函数*/

{ints;

s=a+b+c;

returns;

}

voiddisplay（void）/*输出一条线的函数*/

{printf（”----------------------\n“）;

}

voidmain（）

{intx,y,z,sa;

x=y=z=2;

display（）;/*画一条线*/

printf（“\nsum=%d”,sumx（x,y,z））;/*在输出语句中直接调用函数sumx（）*/

printf（“\n%6d%6d%6d”,x,y,z）;

display（）;

x=5;y=6;z=7;

sa=sumx（x,y,z）;/*在赋值语句中调用函数sumx（）*/

printf（“\n“sum=%d”,sa）;

printf（“\n%6d%6d%6d”,x,y,z）;

display（）;

}/*程序结束*/

运行结果：

----------------------

sum=6

222

----------------------

sum=48

151617

----------------------

2.关于函数的参数传递

函数在被调用时，由主调程序提供实参，将信息传递给形参。

在调用结束后，有时形参可以返回新的数据给主调程序。

这就是所谓参数传递。

各种算法语言实现参数传递的方法通常分为传值和传址两大类。

在上例中函数sumx（）的设计和主函数对它的调用，就是传值调用。

第一、第二次调用，带入的实参均是三个整型变量。

调用函数返回后，在主程序中输出实参的值仍与调用之前相同。

传值调用的主要特点是数据的单向传递，由实参通过形参将数据代入被调用函数，不论在调用期间形参值是否改变，调用结束返回主调函数之后，实参值都不会改变。

在不同的算法语言中，传址调用的语法有所不同。

在PASCAL语言中用变参实现传址。

在C语言中采用指针变量做形参来实现传址。

传址调用的主要特点是可以实现数据双向传递，在调用时实参将地址传给形参，该地址中的数据代入被调用函数。

如果在调用期间形参值被改变，也即该地址中的数据发生变化，调用结束返回主调函数之后，实参地址仍然不变，但是该地址中的数据发生相应改变。

这就是数据的双向传递。

现看一例题：

例1.3设计一个函数实现两个数据的交换，在主程序中调用。

#include

viodswap（int*a,int*b）；/*函数原型声明*/

voidmain（）

{intx=100,y=800;

printf（“\n%6d%6d”,x,y）;/*输出原始数据*/

swap（&x,&y）;/*调用交换数据的函数swap（）*/

printf（“\n%6d%6d”,x,y）;/*输出交换后的数据*/

}

viodswap（int*a,int*b）

{intc;

c=*a;*a=*b;*b=c;

}

运行结果：

100800

800100

实践证明x,y的数据在调用函数前后发生了交换变化。

形参是指向整形的指针变量a和b，在函数体内需要交换的是指针所指的存储单元的内容，因此使用*a=*b;这样的写法。

在调用时，要求实参个数、类型位置与形参一致。

因为实参应该是指针地址，所以调用语句swap（&x,&y）中，实参&x,和&y代入的是整型变量x,y的地址。

在函数体内交换的是实参地址中的内容，而作为主函数变量x,y的地址仍然没有改变。

从整数交换的角度看，本例题实现了双向数据传递。

若从指针地址角度看，调用前后指针地址不变。

现在回过头来看P5页[复数ADT实现的面向过程C语言源程序]的创建复数的函数：

voidcreat（complex*c）{…….;c->x=x1;c->y=y1;}

在函数体中人们容易认识和习惯的写法c.x和c.y，也必须写成c->x和c->y。

在调用该函数时，还必须将结构体变量a求地址做实参：

creat（&a）。

初学者应该特别注意这一点。

如果需要在函数体中改变指针的地址，这就需要在原指针基础之上再加一级指针：

voidfunz（int**a）{/*改变*a*/…}

函数调用返回后**a仍然不变，而*a发生了变化。

由此可以看出C语言的传址调用比较复杂。

不如PASCAL的变量参数简便，也不如C++的引用调用方便。

三、结构体及运用

数据结构课程所研究的问题均运用到“结构体”。

在C语言中结构体的定义、输入/输出是数据结构程序设计的重要语法基础。

定义结构体的一般格式：

struct结构体类型名

{类型名1变量名1；//数据子域

类型名2变量名2；……

类型名n变量名n；

}；

其中struct是保留字。

结构体类型名由用户自己命名。

在使用时必须声明一个具体的结构体类型的变量，声明创建一个结构体变量的方法是：

struct结构体类型名结构体变量名；

例如：

structElemType/*定义结构体*/

{intnum;charname[10];

};

structElemTypex；/*声明结构体变量x*/

另外有一种方法使用typedef语句定义结构体，在声明结构体变量时可以不写struct，使得书写更加简便。

例如：

typedefstruct

{intnum;

charname[10];

}ElemType；

ElemType就是一个新的类型名，并且是结构体类型名。

声明变量x的语句是：

ElemTypex;

一个结构体中可以包含多个数据子域。

数据子域的类型名一般指基本数据类型（intchar等），也可是已经定义的另一结构体名。

数据子域变量名可以是简单变量，也可以是数组。

它们也可以称为结构体的数据成员。

通过“结构体变量名.数据子域”可以访问数据子域。

例1.6设计Student结构体，在主程序中运用。

#include

#include

typedefstruct/*定义结构体Student*/

{longnum;/*学号*/

intx;/*成绩*/

charname[10];/*姓名*/

}Student;

voidmain（）

{Students1;/*声明创建一个结构体变量s1*/

s1.num=1001;/*为s1的数据子域提供数据*/

s1.x=83;

strcpy（s1.name,“李明”）；

printf（“\n姓名：

%s”,s1.name）;/*输出结构体变量s1的内容*/

printf（“\n学号：

%d”,s1.num）;

printf（“\n成绩：

%d”,s1.x）;

}

或者使用键盘输入:

{scanf（“%d”,s1.num）;

scanf（“%d”,s1.x）;

scanf（“%s”,s1.name）;

}

还可以通过“结构体指针->数据子域”来访问数据域。

在实际问题中还会使用到指向结构体的指针，通过以下语句段可以说明结构体指针的一般用法。

{Student*p;/*声明指针变量p*/

p=（Student*）malloc（sizeof（Student））;/*分配存储单元，首地址赋给p指针*/

p->num=101;p->x=83;strcpy（p->name,“李明”）;

printf（“\n%10s%6d%6d”,p->name,p->num,p->x）;

}

设计一个一维数组，每个数组元素是Student结构体类型，通过以下语句段可以说明结构体数组的一般用法。

可以通过“结构体数组名[下标].数据子域”访问数据域。

{Studenta[5];/*声明创建一个结构体数组a*/

inti;

for（i=0,i<5,i++）{

printf（“\n学号：

%d”,a[i].num）;

printf（“\n姓名：

%s”,a[i].name）；

printf（“\n成绩：

%d”,a[i].x）;

}

}

以上是关于结构体的基本概念和简单运用。

第二部分上机实验习题

上机实验要求及规范

数据结构课程具有比较强的理论性，同时也具有较强的可应用性和实践性。

在上机实验是一个重要的教学环节。

一般情况下学生能够重视实验环节，对于编写程序上机练习具有一定的积极性。

但是容易忽略实验的总结，忽略实验报告的撰写。

对于一名大学生必须严格训练分析总结能力、书面表达能力。

需要逐步培养书写科学实验报告以及科技论文的能力。

拿到一个题目，一般不要急于编程。

按照面向过程的程序设计思路（关于面向对象的训练将在其它后继课程中进行），正确的方法是：

首先理解问题，明确给定的条件和要求解决的问题，然后按照自顶向下，逐步求精，分而治之的策略，逐一地解决子问题。

具体实习