编程珠玑（2）第十三章学习笔记

本章题目是搜索。研究的题目是这样的：在没有其他相关数据的情况下，如何存储一组数组？这个问题虽然很小，但却能引发在数据结构实现中出现的许多关键问题。

除了直接调用Ｃ＋＋的模板库，作者提出了自己实现接口的四种解决方案。库的作用。Ｃ＋＋标准模板库提供了一个实现起来很容易，并且维护和扩展也比较简单的通用解决方案。当遇到设计数据结构的问题时，我们的第一反应是寻求解决问题的通用工具。但本章中，专用的代码可以充分利用特定问题的性质，大大提高运行速度。

 

我们希望存储的整数是第十二章中产生的随机数，并按顺序存储。

方案一：

线性结构实现。我们知道线性结构有两种实现方式：数组和链表。数组的优点是查询比较方便，缺点是插入和删除需要大量的数据移动；链表恰好相反。

方案二：

二分搜索树实现。大量节省了插入时间。

方案三：

位图实现。位图结构可以节省大量的空间。

方案四：

“数组箱”实现。“数组箱”结合了链表和位向量的优点，有点儿类似散列。

下面是这四种方案实现的代码：

 

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>using namespace std;#define MAX 200#define MAXAMOUNT 50#define RAND_MAX 10000#define BITSPERWORD 32#define MASK 0x1F#define SHIFT 5int bigrand()  {      return rand()*RAND_MAX+rand();  }    int randint(int l, int u)  {      return l+rand()%(u-l+1);  }  //方法一：线性表之数组实现class IntegerSetArray {public:IntegerSetArray(){n = 0;x = new int[1+MAXAMOUNT];x[0] = MAX;}void insert(int t){int i, j;for(i=0; x[i]<t;i++);if(x[i] == t)return;for(j=n; j>=i; j--)x[j+1] = x[j];x[i] = t;this->n++;}int size(){return this->n;}void report(){int i;for(i=0; i<n; i++){printf("%d ", x[i]);}printf("\n");}void genknuth(int m, int n)  {  int i;  for(i=0; i<n; i++){  if(bigrand() % (n-i) < m){  insert(i);m--;  }  }    }private:int n;int *x;};//方法一：线性表之链表实现class IntegerSetList{private:int n;struct node{int val;node *next;node(int v, node *p){val = v;this->next = p;}};node *head;node *sentinel;public:IntegerSetList(){this->sentinel = this->head = new node(MAX, NULL);n = 0;}void insert(int t){this->head = rinsert(t, head);}node *rinsert(int t, node *p){if(p->val < t)p->next = rinsert(t, p->next);else if(p->val > t){p = new node(t, p);n++;}return p;}void report(){node *p;for(p = head; p!=sentinel; p=p->next){printf("%d ", p->val);}printf("\n");}void genknuth(int m, int n)  {  int i;  for(i=0; i<n; i++){  if(bigrand() % (n-i) < m){  insert(i);m--;  }  }    }};//方法二：二分搜索树实现class IntegerBST{private:int n;struct node{int val;node *left, *right;node(int v){val = v;left = right = NULL;};};node *root;public:IntegerBST(){this->root = NULL;n = 0;}void insert(int t){root = rinsert(root, t);}node *rinsert(node *p, int t){if(p == NULL){p = new node(t);n++;}if(p->val < t)p->right = rinsert(p->right, t);else if(p->val > t)p->left = rinsert(p->left, t);return p;}void report(){traverse(this->root);printf("\n");}void traverse(node *p){if(p == NULL)return;traverse(p->left);printf("%d ", p->val);traverse(p->right);}void genknuth(int m, int n)  {  int i;  for(i=0; i<n; i++){  if(bigrand() % (n-i) < m){  insert(i);m--;  }  }    }};//方法三：位图向量实现class IntegerBitVector{private:int n;int *x;public:IntegerBitVector(){x = new int[1+MAX>>5];for(int i=0; i<MAX; i++){clear(i);}n = 0;}void insert(int t){if(test(t))return;set(t);n++;}void report(){int i = 0;for(i=0; i<MAXAMOUNT; i++){if(test(i)){printf("%d ", i);}}}void set(int i){x[i>>SHIFT] |= (1<<(i & MASK));}void clear(int i){x[i>>SHIFT] &= ~(1<<(i & MASK));}int test(int i){return x[i>>SHIFT] & (1<<(i & MASK));}void genknuth(int m, int n)  {  int i;  for(i=0; i<n; i++){  if(bigrand() % (n-i) < m){  insert(i);m--;  }  }    }};//方法四：结合链表和位向量的优点的箱数组实现class IntegerSetBins{private:int n, bins;struct node{int val;node *next;node(int v, node *p){val = v;next = p;};};node **bin, *sentinel;public:IntegerSetBins(){bins = MAXAMOUNT;n = 0;bin = new node*[bins];sentinel = new node(MAX, NULL);for(int i=0; i<bins; i++){bin[i] = sentinel;}}void insert(int t){int i;i = t/(1+MAX/bins);bin[i] = rinsert(t, bin[i]);}node *rinsert(int t, node *p){if(p->val < t)p->next = rinsert(t, p->next);else if(p->val > t){p = new node(t, p);n++;}return p;}void report(){int i, j;for(i=0; i<bins; i++){for(node *p=bin[i]; p!=sentinel; p=p->next){printf("%d ", p->val);}}printf("\n");}void genknuth(int m, int n)  {  int i;  for(i=0; i<n; i++){  if(bigrand() % (n-i) < m){  insert(i);m--;  }  }    }};int main(){int m, n;IntegerSetArray isa = IntegerSetArray();IntegerSetList isl = IntegerSetList();IntegerBST ibst = IntegerBST();IntegerSetBins isb = IntegerSetBins();IntegerBitVector ibv = IntegerBitVector();printf("Input m and n:\n");scanf("%d%d", &m, &n);isa.genknuth(m, n);isa.report();isl.genknuth(m, n);isl.report();ibst.genknuth(m, n);ibst.report();isb.genknuth(m, n);isb.report();ibv.genknuth(m, n);ibv.report();return 0;}