数据结构课程设计报告约瑟夫环.docx

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数据结构课程设计报告约瑟夫环

课程设计

课程名称：

程序设计、数据结构

课题名称：

约瑟夫环

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

湖南理工学院计算机学院

2011年12月

一、问题描述

约瑟夫环问题描述的是：

设编号为1，2，…，n的n（n>0）个人按顺时针方向围坐一圈，每个人持有一正整数密码。

开始时选择一个正整数作为报数上限m，从第一个人开始顺时针方向自1起顺序报数，报到m时停止报数，报m的人出圈，将他的密码作为新的m值，从他在顺时针方向上的下一个人起重新从1报数。

如此下去，直到所有人都出圈为止。

令n最大值为100。

要求设计一个程序模拟此过程，求出出圈的编号序列。

如下图分析：

二、逻辑设计

1、循环链表抽象数据类型定义

typedefstructLNode//定义单循环链表中节点的结构

{

intnum;//编号

intpwd;//password

structLNode*next;//指向下一结点的指针

}LNode;

2、本程序包含一下几个模块

（1）构造结点模块

LNode*createNode（intm_num,intm_pwd）

{

LNode*p;

p=（LNode*）malloc（sizeof（LNode））;//生成一个结点

p->num=m_num;//把实参赋给相应的数据域

p->pwd=m_pwd;

p->next=NULL;//指针域为空

returnp;

}

（2）创建链表模块

voidcreateList（LNode*ppHead,intn）

（3）出队处理模块

voidjose（LNode*ppHead,intm_pwd）

（4）约瑟夫环说明输出模块

voidinstruction（）

（5）菜单模块

voidmenu（）

（6）主函数模块

intmain（）

函数的调用关系图如下：

三、详细设计

1.主函数

根据流程图，主函数程序如下：

intmain（）

{

intn,m,x;

LNode*ppHead=NULL;

menu（）;

for（;;）{

printf（"\n请选择要执行的操作：

"）;

scanf（"%d",&x）;

system（"cls"）;

switch（x）{

case1:

printf（"****************************************************************\n"）;

printf（"约瑟夫环:

\n"）;

printf（"编号为1,2,3,4…,n的n个人按顺时针方向围坐一圈,每人持有一个密\n"）;

printf（"码（正整数）.一开始任选一个正整数作为报数的上限值m,从第一个人开始\n"）;

printf（"按顺时针方向自1开始顺序报数,报到m时停止.报m的人出列，将他的密码\n"）;

printf（"m作为新的m值,从他在顺时针方向上的下一人开始重新从1报数,如此下去,\n"）;

printf（"直到所有人全部出列为止.编程打印出列顺序.\n"）;

printf（"****************************************************************\n"）;

main（）;

break;

case2:

printf（"\n请输入总人数n：

"）;

scanf（"%d",&n）;

printf（"请输入开始上限数m：

"）;

scanf（"%d",&m）;

createList（&ppHead,n）;

printf（"\n"）;

printf（"出队顺序：

\n"）;

jose（ppHead,m）;

printf（"\n约瑟夫环游戏结束!

\n"）;

main（）;

break;

case0:

exit（0）;

default:

system（"cls"）;

printf（"\n您选择的操作有误，请重新选择...\n\n\n"）;

main（）;

}

}

return0;

}

2.链表的创建

/*创建单向循环链表ppHead，人数个数为n，并输入每个人的密码值，若建立失败则生成头结点，让cur指向他，若建立成功则插入结点P，cur指向的数据元素为p,后续为"空"的节点，再把P插入循环链表ppHead中*/

根据流程图，创建链表函数程序如下：

voidcreateList（LNode**ppHead,intn）

{

inti,m_pwd;

LNode*p,*cur;//cur:

浮标指针

for（i=1;i<=n;i++）

{

printf（"输入第%d个人的密码：

",i）;

scanf（"%d",&m_pwd）;//输入持有密码

p=createNode（i,m_pwd）;//调用构造结点函数

if（*ppHead==NULL）//如果头结点为空

{

*ppHead=cur=p;//生成头结点，让cur指向他

cur->next=*ppHead;//cur的指针域指向自身

}

else//如果不为空，则插入结点

{

p->next=cur->next;

cur->next=p;

cur=p;//cur指向新插入结点

}

}

printf（"完成创建！

\n"）;//提示链表创建完成

}

3.出队处理

/*p指向要删除节点的前一个节点，ppHead指向要删除的节点，使p=ppHead，ppHead再指向要删除节点的下一个节点，使p和ppHead链接，输出p指向节点的编号和密码值，释放ppHead，如此循环，直至把所有节点都打印和删除为止！

*/

根据流程图，出队函数程序如下：

voidjose（LNode*ppHead,intm_pwd）

{

inti,j;

LNode*p,*p_del;//定义指针变量

for（i=1;p!

=ppHead;i++）{

for（j=1;j

p=ppHead;//p赋值为ppHead，p指向要删除结点的前一个结点

ppHead=ppHead->next;//ppHead指向下一个元素

}

p->next=ppHead->next;//p结点与头结点链接

i=ppHead->pwd;//i赋值为ppHead->pwd

j=ppHead->num;//j赋值为ppHead->num，j为要删除的密码值

printf（"第%d个人出列，密码：

%d\n",j,i）;

m_pwd=ppHead->pwd;//m_pwd赋值为ppHead->pwd

free（ppHead）;//释放头结点

ppHead=p->next;//ppHead重新赋值给p->next,即释放前的ppHead->pwd指针//删除报数结点

}

i=ppHead->pwd;//i赋值为ppHead->pwd

j=ppHead->num;//j赋值为ppHead->num

printf（"最后一个出列是%d号，密码是:

%d\n",j,i）;

free（ppHead）;//释放头结点

}

4.约瑟夫环说明模块

voidinstruction（）

{

printf（"****************************************************************\n"）;

printf（"约瑟夫环:

\n"）;

printf（"编号为1,2,3,4…,n的n个人按顺时针方向围坐一圈,每人持有一个密\n"）;

printf（"码（正整数）.一开始任选一个正整数作为报数的上限值m,从第一个人开始\n"）;

printf（"按顺时针方向自1开始顺序报数,报到时停止.报m的人出列，将他的密码\n"）;

printf（"m作为新的m值,从他在顺时针方向上的下一人开始重新从1报数,如此下去,\n"）;

printf（"直到所有人全部出列为止.编程打印出列顺序.\n"）;

printf（"******************************************************\n"）;

return0;

}

5.菜单模块

voidmenu（）{

printf（"**************************约瑟夫环*****************************\n"）;

printf（"\n"）;

printf（"[1]约瑟夫环问题的阐述\n"）;

printf（"[2]按要求求解约瑟夫环\n"）;

printf（"[0]退出\n"）;

printf（"**************************欢迎使用！

****************************\n"）;

}

四、程序代码（根据前面的思想分析，算法整理得到完整的可编译可调试的程序）

源代码：

#include//输入输出函数头文件

#include//字符串转短整形函数的头文件10140219

typedefstructLNode//定义单循环链表中节点的结构

{

intnum;//编号

intpwd;//password

structLNode*next;//指向下一结点的指针

}LNode;

/*构造结点*/

LNode*createNode（intm_num,intm_pwd）

{

LNode*p;

p=（LNode*）malloc（sizeof（LNode））;//生成一个结点

p->num=m_num;//把实参赋给相应的数据域

p->pwd=m_pwd;

p->next=NULL;//指针域为空

returnp;

}

/**创建循环链表**/

voidcreateList（LNode**ppHead,intn）

{/*创建单向循环链表ppHead，人数个数为n，并输入每个人的密码值，若

建立失败则生成头结点，让cur指向他，若建立成功则插入结点P，cur指

向的数据元素为p,后续为"空"的节点，再把P插入循环链表ppHead中*/

inti,m_pwd;

LNode*p,*cur;//cur:

浮标指针

for（i=1;i<=n;i++）

{

printf（"输入第%d个人的密码：

",i）;

scanf（"%d",&m_pwd）;//输入持有密码

p=createNode（i,m_pwd）;//调用构造结点函数

if（*ppHead==NULL）//如果头结点为空

{

*ppHead=cur=p;//生成头结点，让cur指向他

cur->next=*ppHead;//cur的指针域指向自身

}

else//如果不为空，则插入结点

{

p->next=cur->next;

cur->next=p;

cur=p;//cur指向新插入结点

}

}

printf（"完成创建！

\n"）;//提示链表创建完成

}

/*出队处理*/

voidjose（LNode*ppHead,intm_pwd）

{/*p指向要删除节点的前一个节点，ppHead指向要删除的节点，使p=ppHead，ppHead再指向要删除节点的下一个节点，使p和ppHead链接，输出p指向节点的编号和密码值，释放ppHead，如此循环，直至把所有节点都打印和删除为止！

*/

inti,j;

LNode*p,*p_del;//定义指针变量

for（i=1;p!

=ppHead;i++）{

for（j=1;j

p=ppHead;//p赋值为ppHead，p指向要删除结点的前一个结点

ppHead=ppHead->next;//ppHead指向下一个元素

}

p->next=ppHead->next;//p结点与头结点链接

i=ppHead->pwd;//i赋值为ppHead->pwd

j=ppHead->num;//j赋值为ppHead->num，j为要删除的密码值

printf（"第%d个人出列，密码：

%d\n",j,i）;

m_pwd=ppHead->pwd;//m_pwd赋值为ppHead->pwd

free（ppHead）;//释放头结点

ppHead=p->next;//ppHead重新赋值给p->next,即释放前的ppHead->pwd指针//删除报数结点

}

i=ppHead->pwd;//i赋值为ppHead->pwd

j=ppHead->num;//j赋值为ppHead->num

printf（"最后一个出列是%d号，密码是:

%d\n",j,i）;

free（ppHead）;//释放头结点

}

voidinstruction（）

{

printf（"****************************************************************\n"）;

printf（"约瑟夫环:

\n"）;

printf（"编号为1,2,3,4…,n的n个人按顺时针方向围坐一圈,每人持有一个密\n"）;

printf（"码（正整数）.一开始任选一个正整数作为报数的上限值m,从第一个人开始\n"）;

printf（"按顺时针方向自1开始顺序报数,报到时停止.报m的人出列，将他的密码\n"）;

printf（"m作为新的m值,从他在顺时针方向上的下一人开始重新从1报数,如此下去,\n"）;

printf（"直到所有人全部出列为止.编程打印出列顺序.\n"）;

printf（"******************************************************\n"）;

return0;

}

voidmenu（）{

printf（"**************************约瑟夫环*****************************\n"）;

printf（"\n"）;

printf（"[1]约瑟夫环问题的阐述\n"）;

printf（"[2]按要求求解约瑟夫环\n"）;

printf（"[0]退出\n"）;

printf（"**************************欢迎使用！

****************************\n"）;

}

/*主函数模块*/

intmain（）{

intn,m,x;

LNode*ppHead=NULL;

menu（）;

for（;;）{

printf（"\n请选择要执行的操作：

"）;

scanf（"%d",&x）;

system（"cls"）;

switch（x）{

case1:

printf（"****************************************************************\n"）;

printf（"约瑟夫环:

\n"）;

printf（"编号为1,2,3,4…,n的n个人按顺时针方向围坐一圈,每人持有一个密\n"）;

printf（"码（正整数）.一开始任选一个正整数作为报数的上限值m,从第一个人开始\n"）;

printf（"按顺时针方向自1开始顺序报数,报到m时停止.报m的人出列，将他的密码\n"）;

printf（"m作为新的m值,从他在顺时针方向上的下一人开始重新从1报数,如此下去,\n"）;

printf（"直到所有人全部出列为止.编程打印出列顺序.\n"）;

printf（"****************************************************************\n"）;

main（）;

break;

case2:

printf（"\n请输入总人数n：

"）;

scanf（"%d",&n）;

printf（"请输入开始上限数m：

"）;

scanf（"%d",&m）;

createList（&ppHead,n）;

printf（"\n"）;

printf（"出队顺序：

\n"）;

jose（ppHead,m）;

printf（"\n约瑟夫环游戏结束!

\n"）;

main（）;

break;

case0:

exit（0）;

default:

system（"cls"）;

printf（"\n您选择的操作有误，请重新选择...\n\n\n"）;

main（）;

}

}

return0;

}

。

五、程序调试与测试

1.调用模块时，结点结构的调用与其他模块产生冲突，导致每一行都出现两次错误，加入子函数的声明后错误消失。

2.刚开始时曾忽略了一些变量参数的标识"&"和“*”，使调试程序时费时不少。

今后应重视确定参数的变量和赋值属性的区分和标识。

3.本次课程设计采用数据抽象的程序设计方法，将程序划分为三个层次结构：

元素节点、单向循环链表，主控制模块。

思路较为清晰，实现调用顺利。

经过本次实验，使我对数据结构这门课程有了进一步的了解，每一个程序经过需求分析、概要设计、详细设计之后，思路即清晰呈现，程序也很快就出来了，最后经过调试、运行又有新的体验。

<测试用例>

这是一个使用循环链表的经典问题。

本程序开始运行界面如下：

选择1进入约瑟夫环问题阐述。

①选择2，输入下列数据测试：

请输入总人数n：

7

请输入开始上限数m：

20；

请依次输入每个人的密码：

3172484

出队顺序：

6147235

②继续选择2，输入下列数据测试：

请输入总人数n：

5

请输入开始上限数m：

30

请依次输入每个人的密码：

34567

出队顺序：

53124

③继续选择2，输入下列数据测试：

请输入总人数n：

8

请输入开始上限数m：

14

请依次输入每个人的密码：

345678910

出队顺序：

67283514

测试完成，选择0退出。

课程设计任务分工情况说明

自我完成

课程设计自我评价

我的这次数据结构课程设计的题目是:

《约瑟夫环》,通过对该题目的设计,我加深了对数据结构及存储结构的理解,进一步地理解和掌握了课本中所学的各种数据结构，尤其是对单循环链表上基本运算的实现,学会了如何把学到的知识用于解决实际问题,锻炼了自己动手的能力。

通过这次数据结构课程设计，我感受最深的就是对于循环链表的使用，可以说对循环链表有了比以前更进一步的认识，以前只是一知半解的，如果只给个题目自己根本不能把程序完整地编写出来，所以这次课程设计最大的收获就在于对循环链表有了一定的理解，包括其中的一系列操作，如建立一个循环链表，删除链表中的一个结点，增加一个结点等。

在调试程序的时候我也有所体会，虽然约瑟夫环问题不是很难，但调试的时候还是会出现很多错误，因此我们不能认为容易就不认真对待。

在以后的学习中，要能不断发现问题，提出问题，解决问题，从不足之处出发，在不断学习中提高自己。

课程设计时间虽很短暂，但其间的内容是很充实的，在其中我学习到了很多平时书本中无法学到的东西，积累了经验，锻炼了自己分析问题，解决问题的能力，并学会了如何将所学的各课知识融会，组织起来进行学习，总而言之这段时间我学到很多，受益匪浅。

自评等级

优

指导教师评定意见等级