数据结构C++版Word文档下载推荐.docx

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实验９　查找42

9.1实验基础知识42

9.2验证实验42

9.3设计实验：

顺序查找和折半查找的性能比较51

实验10　排序52

10.1实验基础知识52

10.2验证实验52

10.3设计实验56

附录一：

VC++6.0和VC++.net上机环境介绍57

附录二：

撰写实验报告的一般格式64

实验１　线性表的顺序存储

1.1实验基础知识

线性表的顺序表表示，其特点是用物理位置上的邻接关系来表示结点间的逻辑关系，这一特点使得顺序表有以下的优缺点。

其优点是：

（1）无需为表示结点间的逻辑关系而增加额外的存储空间。

（2）可以方便地随机存取表中任一结点。

其缺点是：

（1）插入或删除运算不方便，除表尾的位置外，在表的其他位置上进行插入或删除操作都必须移动大量的结点，其效率较低。

（2）由于顺序表要求占用连续的存储空间，存储分配只能预先进行（静态分配）。

因此，当表长变化较大时，难以确定合适的存储规模。

若按可能达到的最大长度预先分配表空间，则可能造成一部分空间长期闲置而得不到充分利用；

若事先对表长估计不足，则插入操作可能使表长超过预先分配的空间而造成溢出。

1.2验证实验

1.2.1实验目的

（1）掌握线性表的顺序存储结构；

（2）验证顺序表及其基本操作的实现；

（3）掌握数据结构及算法的程序实现的基本方法。

1.2.2实验内容

（1）建立含有若干个元素的顺序表；

（2）对已建立的顺序表实现插入、删除、查找等基本操作。

1.2.3实现提示

首先定义顺序表的数据类型——顺序表类SeqList，包括题目要求的插入、删除、查找等基本操作。

template<

classType>

classSeqList

{

public:

SeqList（intMaxSize=defaultSize）;

~SeqList（）{delete[]data;

}

intLength（）const{returnlast+1;

intFind（Type&

x）const;

intInsert（Type&

x,inti）;

intRemove（Type&

x）;

TypeGet（inti）{returni<

0||i>

last?

NULL:

data[i];

private:

Type*data;

intMaxSize;

intlast;

};

其次，建立含有n个数据元素的顺序表，即设计构造函数。

算法如下：

最后，对建立的顺序表设计插入、删除、查找等基本操作的算法。

（1）插入算法

顺序表插入算法Insert

intSeqList<

Type>

:

Insert（Type&

x,inti）

{if（i<

last+1||last==MaxSize-1）

return0;

else

{last++;

for（intj=last;

j>

i;

j--）

data[j]=data[j-1];

data[i]=x;

return1;

}

（2）查找算法

（3）删除算法

1.2.4实验程序

见配套光盘

1.3设计实验

1.3.1问题描述

对于一个给定的整型数组循环左移i位。

1.3.2基本要求

（1）在原数组中实现循环左移，不另外申请空间；

（2）时间性能尽可能好；

（3）分析算法的时间复杂度。

1.3.3设计思想

将这个问题看作是把数组ab转换成数组ba（a代表数组的前i个元素，b代表数组中余下的n-i个元素），先将a逆置得到arb，再将b逆置得到abr，最后将整个arbr逆置得到

（arbr）r=ba。

请设计算法并上机实现。

实验２　线性表的链式存储

2.1实验基础知识

为了克服顺序表的缺点，可以采用链接方式存储线性表。

值得指出的是，链接存储是最常用的存储方法之一，它不仅可用来表示线性表，而且可以用来表示各种非线性的数据结构。

链表是一种动态存储的数据结构，在创建链表时利用动态存储分配函数申请存储空间。

链表的每个结点包含数据域和指针域。

指针域用来指向该结点的下一个结点。

每个链表有一个头指针，存放链表的首地址。

链表的最后一个结点其指针域的值为NULL，表示链表结束。

链表可以进行建立、输出、结点的插入与删除等基本操作。

在顺序表中，用一组地址连续的存储单元来依次存放线性表的结点，因此结点的逻辑次序和物理次序一致。

而链表则不然，链表是用一组任意的存储单元来存放线性表的结点，这组存储单元既可以是连续的，也可以是不连续的，甚至是零散分布在内存中的任何位置上。

因此，链表中结点的逻辑次序和物理次序不一定相同。

2.2验证实验

2.2.1实验目的

（1）掌握线性表的链式存储结构；

（2）验证单链表及其基本操作的实现；

（3）进一步掌握数据结构及算法的程序实现的基本方法。

2.2.2实验内容

（1）用头插法（或尾插法）建立带头结点的单链表；

（2）对已建立的单链表实现插入、删除、查找等基本操作。

2.2.3实现提示

首先，将单链表中的结点类定义如下：

template<

classList;

classListNode{//thenodeclassdefinition

friendclassList<

;

//setlistclassasfriend

public:

ListNode（）;

ListNode（constType&

item）;

//getanodewithdataitem

ListNode<

*NextNode（）{returnlink;

}//getnextnodeofthis

voidInsertAfter（ListNode<

*p）;

//insertanodehere

*RemoveAfter（）;

//removeanode

voiddisply（）{cout<

<

data;

}//displaythedataofthisnode

private:

Typedata;

//thedatafield

*link;

//thepointerofnextnode

其次，定义单链表的数据类型——单链表类List，包括题目要求的插入、删除、查找等基本操作，为便于查看操作结果，设计一个显示单链表元素的函数。

template<

classList{//listclassdefinition

List（）{last=first=newListNode<

last->

link=NULL;

}//emptiedinitilizedlist

~List（）;

voidMakeEmpty（）;

//emptyalist

intLength（）const;

//getthelistlength

*GetNode（constType&

item,ListNode<

*next）;

ListNode<

*Find（inti）;

//findanodebynumber

*Findv（Typevalue）;

//findanodebyvalue

intInsert（Typevalue,inti）;

//insertanodeofdata'

value'

atlocation'

i'

voidAppend（Typevalue）;

//addanodeattheend

TypeRemove（inti）;

//removetheinode,returnit'

svalue

Type*Get（inti）;

//getthevalueoftheinode

*First（）{returnfirst;

}//gettheheadoflist

voidconjoin（List<

&

ha,List<

hb）;

//conjointwolisttoone

voiddisply（）;

//displaythedataofalist

*first,*last;

下面对建立的链表设计插入、删除、查找等基本操作的算法。

newnode=GetNode（value,p->

link）;

if（p->

link==NULL）last=newnode;

p->

link=newnode;

（2）删除算法

（3）查找算法

2.2.4实验程序

2.3设计实验

2.3.1问题描述

用有序单链表表示集合，实现集合的交、并和差运算。

2.3.2基本要求

（1）对集合中的元素，用有序单链表进行存储；

（2）实现交、并、差运算时，不另外申请存储空间；

（3）充分利用单链表的有序性，算法有较好的时间性能。

2.3.3设计思想

首先，建立两个带头结点的有序单链表表示集合A和B。

其次，根据集合的运算规则，利用单链表的有序性，设计交、并和差运算。

（1）根据集合的运算规则，集合AB中包含所有既属于集合A又属于集合B的元素。

因此，须查找单链表A和B的相同元素并保留在单链表A中。

（2）根据集合的运算规则，集合AB中包含所有或属于集合A或属于集合B的元素。

因此，对单链表B中的每个元素x，在单链表A中进行查找，若存在和x不相同的元素，则将该结点插入到单链表A中。

（3）根据集合的运算规则，集合AB中包含所有属于集合A而不属于集合B的元素。

因此，对单链表B中的每个元素x，在单链表A中进行查找，若存在和x相同的元素，则将该结点从单链表A中删除。

实验３　特殊线性表—栈、队列和串

3.1实验基础知识

3.1.1顺序栈和链栈的特点及基本操作

栈是限定仅在表尾进行插入或删除操作的线性表。

表尾端称为栈顶，表头端称为栈底。

不含元素的空表称为空栈。

假设栈S=（al，a2，…，an），则称al为栈底元素，an为栈顶元素。

栈中元素按al,a2,…，an的次序进栈，退栈的第一个元素应为栈顶元素。

换句话说，栈的修改是按后进先出的原则进行的。

因此，栈又称为后进先出的线性表。

利用一组地址连续地存储单元依次存放自栈底到栈顶的数据元素，同时附设指针top指示栈顶元素的位置，这种栈称为顺序栈。

栈的链式存储结构称为链栈。

链栈的栈顶在链表的表头，新结点的插入和删除都在链表的表头进行。

3.1.2队列的特点及基本操作

队列是一种先进先出的线性表，它只允许在表的一端进行插入，而在另一端删除元素。

最早进入队列的元素最早离开。

在队列中，允许插入的一端称为队尾，允许删除的一端则称为队头。

假设队列为Q=（al，a2，…，an），那么，al就是队头元素，an则是队尾元素。

队列中的元素是按照al，a2，…，an的顺序进入的，退出队列也只能按照这个次序依次退出，也就是说，只有在al，a2，…，an-1都离开队列之后，an才能退出队列。

用链表表示的队列称为链队列，一个链队列需要两个分别指示队头和队尾的指针才能惟一确定。

为了操作方便，给链队列添加一个头结点，并令队头指针指向头结点。

因此，空的链队列的判决条件为队头指针和队尾指针均指向头结点。

链队列的操作即为单链表的插入和删除操作的特殊情况，只是尚需修改队尾指针或队头指针。

在队列的顺序存储结构中，除了用一组地址连续的存储单元依次存放从队头到队尾的元素之外，还需附设两个指针front和rear分别指示队头元素和队尾元素的位置。

初始化建空队列时，令front=rear=0，每当插入新的队列尾元素时，尾指针增1；

每当删除队列头元素时，头指针增1。

因此，在非空队列中，头指针始终指向队头元素，而尾指针始终指向队尾元素的下一个位置。

3.1.3串的基本概念及其含义

串中任意个连续的字符组成的子序列称为该串的子串。

包含子串的串相应地称为主串。

通常称字符在序列中的序号为该字符在串中的位置。

子串在主串中的位置则以子串的第一个字符在主串中的位置来表示。

当且仅当这两个串的值相等。

也就是说，只有当两个串的长度相等，并且各个对应位置的字符都相等时才相等。

3.2验证实验

3.2.1栈操作验证

3.2.1.1实验目的

（1）掌握栈的顺序存储结构；

（2）掌握栈的操作特性；

（3）掌握基于顺序栈的基本操作的实现方法。

3.2.1.2实验内容

（1）建立一个空栈；

（2）对已建立的栈进行插入、删除、取栈顶元素等基本操作。

3.2.1.3实现提示

首先，定义顺序栈的数据类型——顺序栈类Seqstack。

classStack

Stack（int=20）;

~Stack（）{delete[]elements;

voidPush（constType&

item）;

TypePop（）;

TypeGetTop（）;

voidMakeEmpty（）{top=-1;

intIsEmpty（）const{returntop==-1;

intIsFull（）const{returntop==maxSize-1;

inttop;

Type*elements;

intmaxSize;

其次，设计构造函数。

最后，对建立的顺序栈设计入栈、出栈、取栈顶元素等基本操作的算法。

（1）入栈算法

（2）出栈算法

（3）取栈顶元素算法

取栈顶元素算法GetTop

TypeStack<

GetTop（）

assert（!

IsEmpty（））;

returnelements[top];

3.2.1.4实验程序

3.2.2队列操作验证

3.2.2.1实验目的

（1）掌握循环队列的存储结构；

（2）掌握循环队列的操作特性；

（3）掌握基于循环队列的基本操作的实现方法。

3.2.2.2实验内容

（1）建立一个空队列；

（2）对已建立的队列进行出队、入队、取队头元素等基本操作。

3.2.2.3实现提示

首先，定义循环队列的数据类型——Queue。

classQueue

Queue（int=10）;

~Queue（）{delete[]elements;

voidEnQueue（constType&

TypeDeQueue（）;

TypeGetFront（）;

voidMakeEmpty（）{front=rear=0;

intIsEmpty（）const{returnfront==rear;

intIsFull（）const{return（rear+1）%maxSize==front;

intLength（）const{return（rear-front+maxSize）%maxSize;

intrear,front;

最后，对建立的循环队列设计入队、出队、取队头元素等基本操作的算法。

（1）入队算法

（2）出队算法

出队算法DeQueue

TypeQueue<

DeQueue（）

//assert（!

if（!

IsEmpty（））

{

front=（front+1）%maxSize;

returnelements[front];

cout<

"

队空"

endl;

（3）取队头元素算法

3.2.2.4实验程序

3.2.3串操作验证

3.2.3.1实验目的

（1）掌握串的顺序存储结构；

（2）掌握串的操作特点。

3.2.3.2实验内容

（1）创建两个串，并采用顺序存储；

（2）求子串在主串中的位置及字符比较次数。

3.2.3.3实现提示

首先定义串的数据类型——String。

classString

String（）;

~String（）

delete[]ch;

voidAppend（char&

intFind（String&

pat,int&

k）const;

intcurLen;

char*ch;

然后定义串的模式匹配算法。

3.2.3.4实验程序

3.3设计实验

3.3.1问题描述

一列货运列车共有n节车厢，每节车厢将停放在不同的车站。

假定n个车站的编号分别为1~n，即货运列车按照第n站至第1站的次序经过这些车站。

为了便于从列车上卸掉相应的车厢，车厢的编号应与车站的编号相同，这样，在每个车站只要卸掉最后一节车厢。

所以，给定任意次序的车厢，必须重新排列它们。

车厢的重排工作可以通过转轨站完成。

在转轨站中有一个入轨、一个出轨和k个缓冲轨，缓冲轨位于入轨和出轨之间。

假定缓冲轨按先进先出的方式运作，设计算法解决火车车厢重排问题。

3.3.2基本要求

（1）设计存储结构表示n个车厢、k个缓冲轨以及入轨和出轨；

（2）设计并实现车厢重排算法；

（3）分析算法的时间性能。

3.3.3设计思想

假设有3个缓冲轨，入轨中有9节车厢，次序为5，8，l，7，4，2，9，6，3，重排后，9节厢出轨次序为9，8，7，6，5，4，3，2，1。

重排过程如下：

3号车厢不能直接移至出轨（因为l号车厢和2号车厢必须排在3号车厢之前），因此，把3号车厢移至H1。

6号车厢可放在H1中3号车厢之后（因为6号车厢将在3号车厢之后出轨）。

9号车厢可以继续放在H1中6号车厢之后，而接下来的2号车厢不能放在9号车厢之后（因为2号车厢必须在9号车厢之前出轨）。

因此，应把2号车厢移至H2。

4号车厢可以放在H2中2号车厢之后，7号车厢可以继续放在4号车厢之后，如图3-1（a）所示。

至此，1号车厢可通过H3直接移至出轨，然后从H2移动2号车厢至出轨，从H1移动3号车厢至出轨，从H2移动4号车厢至出轨，如图3-1（b）所示。

由于5号车厢此时仍在入轨中，所以把8号车厢移动至H2，这样就可以把5号车厢直接从入轨移至出轨。

如图3-1（c）所示。

此后，可依次从缓冲轨中移出6号、7号、8号和9号车厢。

图3-1火车车厢重排过程

由上述重排过程可知：

在把车厢c移至缓冲轨时，车厢c应移动到这样的缓冲轨中：

该缓冲轨中队尾车厢的编号小于c；

如果有多个缓冲轨满足这一条件，则选择队尾车厢编号最大的缓冲轨；

否则选择一个空的缓冲轨。

【思考题】如果缓冲轨按后进先出的方式工作，即用栈表示缓冲轨，应如何解决火车车厢重排问题?

VC++6.0和VC++.net上机环境介绍

（1）在VC6.0环境下新建C++源程序并编译运行

启动VC++后，出现VC++的集成开发环境，如下图1：

图1VC++集成开发环境

在集成环境中，选择“文件”“新建”菜单，如下图2：

图2选择“新建”菜单

先建立一个空白工程。

在出现的面板中选择“工程”项，并选中”Win32ConsoleApplication“，然后输入工程的名字和目录，按下“确定”按钮。

如下图3：

图3新建Win32ConsoleApplication工程

然后选择”Anemptyproject”，如下图4：

图4选择新建空白工程

新建工程结束，如下图5：

图5新建工程完毕

在集成环境中，选择“文件”“新建”菜单，如图6所示，选择“文件”项，并选中”C++Sourcefile“，然后输入文件的名字和目录，按下“确定”按钮，向工程中添加新文件，并进入文件编辑状态，如下图7：

图6新建C++源文件，添加到工程中

图7编辑C++文件

在图8中，源程序编辑完毕后，可以选择“编译”菜单进行编译

若存在错误，可按F4找到错误处，修改后重新编译，直到没有错误为止。

图8编译C++程序

编译通过后，可选择“编译”“执行”菜单，运行程序。

如图9和图10。

图9选择运行程序

图10运行程序窗口

如果此程序不止一个C++文件，可新建文件添加到工程中。

如图11：

图11添加新文件到工程中

如果想把已经存在的文件添