数据结构 实践项目——数据结构、算法、程序设计

简介: 【项目1 - C/C++语言中函数参数传递的三种方式】   C语言提供了两种函数参数传递的方式:传值和传地址。在C++中,又拓展了引用方式。通过本项目,确认自己已经掌握了这三种方式的原理,为后续学习做好准备。   下面是希望能够交换两个整型变量的swap函数的三个版本(从课程主页中可以找到项目链接,复制后就能调试,不必费事敲代码)://(1)传值void mys

【项目1 - C/C++语言中函数参数传递的三种方式】
  C语言提供了两种函数参数传递的方式:传值和传地址。在C++中,又拓展了引用方式。通过本项目,确认自己已经掌握了这三种方式的原理,为后续学习做好准备。
  下面是希望能够交换两个整型变量的swap函数的三个版本(从课程主页中可以找到项目链接,复制后就能调试,不必费事敲代码):

//(1)传值
void myswap(int x, int y)
{
    int t;
    t=x;
    x=y;
    y=t;
}
//(2)传地址
void myswap(int *p1, int *p2)
{
    int  t;
    t=*p1;
    *p1=*p2;
    *p2=t;
}
//(3)引用作形参
void myswap(int &x, int &y)
{
    int t;
    t=x;
    x=y;
    y=t;
}

  下面是调用它们的main()函数:

int main()
{
    int a, b;
    printf("请输入待交换的两个整数:");
    scanf("%d %d", &a, &b);
    __________________;  //分三个程序,分别写上调用myswap的合适形式
    printf("调用交换函数后的结果是:%d%d\n", a, b);
    return 0;
}

  请编制三个程序,分别调用三个版本的交换函数,观察结果。发布博文,展示程序及运行结果,解释成功交换以及交换不成功的原因。请在纸上画出调用过程中各变量的变化过程。
  如果自己不能做出解释,务必找“兄弟”帮忙,拿下这座小山头。

【项目2 - 程序的多文件组织】
  学习数据结构,目标就是要编制出有相当规模的程序的。将所有的代码放在一个文件中的做法,不能适用现阶段的需求了。
  通过这个项目,确认有能力用多文件组织程序。方便以后各章,我们就某一数据结构定义算法库,并能引用算法库进行实践。
  最简单的多文件组织,一个项目中有3个文件:
  (1) .h 头文件:定义数据类型、声明自定义函数、定义宏等
  (2).cpp 源文件1:用于实现头文件中声明的自定义函数
  (3).cpp 源文件2:定义main()函数,用于调用相关函数,实现问题求解目标。
  请将例1.13中按方案3实现的程序,用多文件形式组织并运行。   
  在需要的地方,用 #include “自定义头文件”,使文件之间的内容能“合起来”完成任务。
  如果不能熟练完成,请参考《CodeBlocks中程序的多文件组织》一文
  下面是写在一个文件中的程序:

#include <stdio.h>
#define MaxStud 50      //学生人数最多为50
#define MaxCour 300     //学生成绩记录数最多为50*6
struct stud1
{
    int no;         //学号
    char name[10];  //姓名
    int bno;        //班号
};
struct stud2
{
    int no;         //学号
    int cno;        //课程编号
    int deg;        //分数
};

double studavg(struct stud2 s2[],int m,int i)   //求学号为i的学生的平均分
{
    int j,n=0;              //n为学号为i的学生选学课程数
    double sum=0;           //学号为i的学生总分
    for (j=0; j<m; j++)
        if (s2[j].no==i)    //学号为i时统计
        {
            n++;
            sum+=s2[j].deg;
        }
    return(sum/n);
}
double couravg(struct stud2 s2[],int m,int i)   //求编号为i的课程的平均分
{
    int j,n=0;              //n为编号为i的课程选修人数
    double sum=0;           //编号为i的课程总分
    for (j=0; j<m; j++)
    {
        if (s2[j].cno==i)   //课程编号为i时统计
        {
            n++;
            sum+=s2[j].deg;
        }
    }
    return(sum/n);
}
void allavg(struct stud1 s1[],int n,struct stud2 s2[],int m)    //求学生平均分和课程平均分
{
    int i,j;
    printf("学生平均分:\n");
    printf("  学号     姓名 平均分\n");
    i=0;
    while (i<n)
    {
        j=s1[i].no;
        printf("%4d %10s %g\n",s1[i].no,s1[i].name,studavg(s2,m,j));
        i++;
    }
    printf("课程平均分:\n");
    for (i=1; i<=6; i++)
        printf(" 课程%d:%g\n",i,couravg(s2,m,i));
}

int main()
{
    int n=7;        //学生记录人数
    int m=21;       //学生成绩记录数
    struct stud1 s1[MaxStud]=
    {
        {1,"张斌",9901},
        {8,"刘丽",9902},
        {34,"李英",9901},
        {20,"陈华",9902},
        {12,"王奇",9901},
        {26,"董强",9902},
        {5,"王萍",9901}
    };
    struct stud2 s2[MaxCour]=   //规定课程的编号从1到6,同一学生成绩记录连续存放
    {
        {1,1,67},
        {1,2,98},
        {1,4,65},
        {8,1,98},
        {8,3,90},
        {8,6,67},
        {34,2,56},
        {34,4,65},
        {34,6,77},
        {20,1,68},
        {20,2,92},
        {20,3,64},
        {12,4,76},
        {12,5,75},
        {12,6,78},
        {26,1,67},
        {26,5,78},
        {26,6,62},
        {5,1,94},
        {5,2,92},
        {5,6,89}
    };
    allavg(s1,n,s2,m);
    return 0;
}

【项目3 - 体验复杂度】
  (1)两种排序算法的运行时间
  排序是计算机科学中的一个基本问题,产生了很多种适合不同情况下适用的算法,也一直作为算法研究的热点。本项目提供两种排序算法,复杂度为O(n2)的选择排序selectsort,和复杂度为O(nlogn)的快速排序quicksort,在main函数中加入了对运行时间的统计。
  请阅读后附的程序1和程序2,利用一个将近10万条数据的文件作为输入数据运行程序,感受两种算法在运行时间上的差异。

(2)汉诺塔
  有一个印度的古老传说:在世界中心贝拿勒斯(在印度北部)的圣庙里,一块黄铜板上插着三根宝石针。印度教的主神梵天在创造世界的时候,在其中一根针上从下到上地穿好了由大到小的64片金片,这就是所谓的汉诺塔。不论白天黑夜,总有一个僧侣在按照下面的法则移动这些金片:一次只移动一片,不管在哪根针上,小片必须在大片上面。僧侣们预言,当所有的金片都从梵天穿好的那根针上移到另外一根针上时,世界就将在一声霹雳中消灭,而梵塔、庙宇和众生也都将同归于尽。
  可以算法出,当盘子数为n个时,需要移动的次数是f(n)=2n1。n=64时,假如每秒钟移一次,共需要18446744073709551615秒。一个平年365天有31536000秒,闰年366天有31622400秒,平均每年31556952秒,移完这些金片需要5845.54亿年以上,而地球存在至今不过45亿年,太阳系的预期寿命据说也就是数百亿年。真的过了5845.54亿年,不说太阳系和银河系,至少地球上的一切生命,连同梵塔、庙宇等,都早已经灰飞烟灭。据此,2n从数量级上看大得不得了。
  用递归算法求解汉诺塔问题,其复杂度可以求得为O(2n),是指数级的算法。请到课程主页下载程序运行一下,体验盘子数discCount为4、8、16、20、24时在时间耗费上的差异,你能忍受多大的discCount。
  源程序见附后的程序3。

附:项目3的程序1——复杂度是O(n2)的选择排序程序 运行中需要的数据文件

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#define MAXNUM 100000
void selectsort(int a[], int n)
{
        int i, j, k, tmp;
        for(i = 0; i < n-1; i++)
        {
                k = i;
                for(j = i+1; j < n; j++)
                {
                        if(a[j] < a[k])
                                k = j;
                }
                if(k != j)
                {
                        tmp = a[i];
                        a[i] = a[k];
                        a[k] = tmp;
                }
        }
}

int main()
{
    int x[MAXNUM];
    int n = 0;
    double t1,t2;
    FILE *fp;
    fp = fopen("numbers.txt", "r");
    if(fp==NULL)
    {
        printf("打开文件错!请下载文件,并将之复制到与源程序文件同一文件夹下。\n");
        exit(1);
    }
    while(fscanf(fp, "%d", &x[n])!=EOF)
        n++;
    printf("数据量:%d, 开始排序....", n);
    t1=time(0);
    selectsort(x, n);
    t2=time(0);
    printf("用时 %d 秒!", (int)(t2-t1));
    fclose(fp);
    return 0;
}

附:项目3的程序2——复杂度为O(nlogn)的快速排序程序 运行中需要的数据文件

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#define MAXNUM 100000
void quicksort(int data[],int first,int last)
{
    int i, j, t, base;
    if (first>last)
        return;
    base=data[first]; 
    i=first;
    j=last;
    while(i!=j) 
    {
        while(data[j]>=base && i<j) 
            j--;
        while(data[i]<=base && i<j) 
            i++;
        /*交换两个数*/
        if(i<j)
        {
            t=data[i];
            data[i]=data[j];
            data[j]=t;
        }
    }
    data[first]=data[i]; 
    data[i]=base; 
    quicksort(data,first,i-1);
    quicksort(data,i+1,last); 
}

int main()
{
    int x[MAXNUM];
    int n = 0;
    double t1,t2;
    FILE *fp;
    fp = fopen("numbers.txt", "r");
    if(fp==NULL)
    {
        printf("打开文件错!请下载文件,并将之复制到与源程序文件同一文件夹下。\n");
        exit(1);
    }    
    while(fscanf(fp, "%d", &x[n])!=EOF)
        n++;
    printf("数据量:%d, 开始排序....", n);
    t1=time(0);
    quicksort(x, 0, n-1);
    t2=time(0);
    printf("用时 %d 秒!", (int)(t2-t1));
    fclose(fp);
    return 0;
}

附:项目3的程序3——汉诺塔程序

#include <stdio.h>
#define discCount 4
long move(int, char, char,char);
int main()
{
    long count;
    count=move(discCount,'A','B','C');
    printf("%d个盘子需要移动%ld次\n", discCount, count);
    return 0;
}

long move(int n, char A, char B,char C)
{
    long c1,c2;
    if(n==1)
        return 1;
    else
    {
        c1=move(n-1,A,C,B);
        c2=move(n-1,B,A,C);
        return c1+c2+1;
    }
}
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