数据结构实践——置换-选择算法模拟

本文是针对[数据结构基础系列(10)：外部排序]中的实践项目。

【项目 】置换-选择算法模拟
　　编写程序，模拟置换-选择算法生成初始归并段的过程。
　　设大文件中的记录共有18个: 15 4 97 64 17 32 108 44 76 9 39 82 56 31 80 73 255 68
　　内存工作区可以容纳5个记录，输出产生的归并段文件。
　　在模拟中，输入文件数据和输出的归并段数据均直接置在内存中即可。

参考解答

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#define MaxSize 50          //每个文件最多记录数
#define MAXKEY 32767        //最大关键字值∞
#define W 5                 //内存工作区可容纳的记录个数
typedef int LoserTree[W];   //败者树是完全二叉树且不含叶子,可采用顺序存储结构
typedef int InfoType;       //定义其他数据项的类型
typedef int KeyType;        //定义关键字类型为整型
typedef struct              //记录类型
{
    KeyType key;            //关键字项
    InfoType otherinfo;     //其他数据项,具体类型在主程中定义
} RecType;
typedef struct
{
    RecType rec;            //存放记录
    int rnum;               //所属归并段的段号
} WorkAreaType;
typedef WorkAreaType WorkArea[W];               //内存工作区,容量为W
typedef struct
{
    RecType recs[MaxSize];  //存放文件中的数据项
    int length;             //存放文件中实际记录个数
    int currec;             //存放当前位置
} FileType;                 //文件类型
FileType Fi;                //定义输入文件,为全局变量
FileType Fo;                //定义输出文件,为全局变量
void initial()              //输入输出文件初始化
{
    int n=19,i;
    KeyType a[]= {15,4,97,64,17,32,108,44,76,9,39,82,56,31,80,73,255,68,MAXKEY};
    for (i=0; i<n; i++)
        Fi.recs[i].key=a[i];
    Fi.length=n;
    Fi.currec=-1;
    Fo.currec=-1;
    Fo.length=0;
}
void Select_MiniMax(LoserTree ls, WorkArea wa,int q)
//从wa[q]起到败者树的根比较选择最小记录,并由q指示它所在的归并段
{
    int p,s,t;
    for (t=(W+q)/2,p=ls[t]; t>0; t=t/2,p=ls[t])
        if ((wa[p].rnum<wa[q].rnum) || (wa[p].rnum==wa[q].rnum && wa[p].rec.key<wa[q].rec.key))
        {
            s=q;
            q=ls[t];        //q指示新的胜者
            ls[t]=s;
        }
    ls[0]=q;
}
void Construct_Loser(LoserTree ls,WorkArea wa)
//输入W个记录到内存工作区wa,建败者树ls,选最小的记录并由s指示其在wa中的位置
{
    int i;
    for(i=0; i<W; i++)
        wa[i].rnum=wa[i].rec.key=ls[i]=0;       //工作区初始化
    for(i=W-1; i>=0; i--)
    {
        Fi.currec++;                            //从输入文件读入一个记录
        wa[i].rec=Fi.recs[Fi.currec];
        wa[i].rnum=1;                           //其段号为1
        Select_MiniMax(ls,wa,i);                //调整败者
    }
}
void get_run(LoserTree ls,WorkArea wa,int rc,int &rmax)
//求得一个初始归并段
{
    int q;
    KeyType minimax;                //当前最小关键字
    while (wa[ls[0]].rnum==rc)      //选得的当前最小记录属当前段时
    {
        q=ls[0];                    //q指示当前最小记录在wa中的位置
        minimax=wa[q].rec.key;
        Fo.currec++;                //将刚选得的当前最小记录写入输出文件
        Fo.length++;
        Fo.recs[Fo.currec]=wa[q].rec;
        Fi.currec++;                //从输入文件读入下一记录
        wa[q].rec=Fi.recs[Fi.currec];
        if (Fi.currec>=Fi.length-1) //输入文件结束,虚设记录(属rmax+1段)
        {
            wa[q].rnum=rmax+1;
            wa[q].rec.key=MAXKEY;
        }
        else                        //输入文件非空时
        {
            if(wa[q].rec.key<minimax)
            {
                rmax=rc+1;          //新读入的记录属下一段
                wa[q].rnum=rmax;
            }
            else                    //新读入的记录属当前段
                wa[q].rnum=rc;
        }
        Select_MiniMax(ls,wa,q);    //选择新的当前最小记录
    }
}
void Replace_Selection(LoserTree ls,WorkArea wa)
//在败者树ls和内存工作区wa上用置换－选择排序求初始归并段
{
    int rc,rmax;
    RecType j;                          //j作为一个关键字最大记录,作为一个输出段结束标志
    j.key=MAXKEY;
    Construct_Loser(ls,wa);             //初建败者树
    rc=1;                               //rc指示当前生成的初始归并段的段号
    rmax=1;                             //rmax指示wa中关键字所属初始归并段的最大段号
    while(rc<=rmax)                     //rc=rmax+1标志输入文件的置换－选择排序已完成
    {
        get_run(ls,wa,rc,rmax);         //求得一个初始归并段
        Fo.currec++;                    //将段结束标志写入输出文件
        Fo.recs[Fo.currec]=j;
        Fo.length++;
        rc=wa[ls[0]].rnum;              //设置下一段的段号
    }
}

int main()
{
    int i=0,rno=1;
    initial();
    LoserTree ls;
    WorkArea wa;
    printf("大文件的记录为:\n  ");
    while (Fi.recs[i].key!=MAXKEY)
    {
        printf("%d ",Fi.recs[i].key);
        i++;
    }
    printf("\n");
    Replace_Selection(ls,wa);       //用置换-选择排序求初始归并段
    printf("产生的归并段文件的记录如下:\n");
    printf("  归并段%d:",rno);     //输出所有的归并段
    for (i=0; i<Fo.length; i++)
        if (Fo.recs[i].key==MAXKEY)
        {
            printf("∞");
            if (i<Fo.length-1)
            {
                rno++;
                printf("\n  归并段%d:",rno);
            }
        }
        else
            printf("%d ",Fo.recs[i].key);
    printf("\n  共产生%d个归并段文件\n",rno);
    return 0;
}