大二下小学期《数据结构》课程设计报告1

题目一: 基本查找算法比较
1) 对以下 3 种基本的查找算法的性能进行比较：顺序查找，二叉查找树，哈希。算法
包含两步：第一步：从文件中读取数据建查找表；第二步从文件中读取查找关键字
静态查找。
2) 待查找记录的个数不小于 n ( n<=1000000)，关键字key 互不相同，取值范围0-109；
查询操作的次数为m(m=100000)，每次查询的关键字随机生成，取值范围0-109.
3) 比较的指标为关键字的比较次数（包含建立查找表和查找操作）、内存空间和实际
运行时间。至少用5 组不同的数据作比较，至少包含完全正序(n=10000)、完全逆
序(n=10000)及随机(n=10000、100000，1000000)情况。
4) 为提高比较的可信度，待查找数据和查询关键字数据的生成及排序等预处理要设计
成一个独立功能，并将结果数据保留在data.in 文件中，格式如下：第1 行，用空
格分隔的两个非负整数，分别表示n 和m；接下来的n 行，每行一个非负整数，表
示待查询数据；接下来的m 行，每行一个非负整数，表示查询的关键字。
5) 每次查询都输出到结果文件 data.out 中，一共m 行。每行包含对应的查询关键字的
查询结果。查询结果：成功输出“Yes”, 不成功输出“No”。
6) 哈希的散列函数建议使用 key mod P，P 是大于n 的质数，注意内存限制；冲突
消解建议使用简单的线性探查法。当然，有能力的同学可以自己设计哈希函数，使
用统计结果较好的冲突消解方法，如平方探测法。

7) 对结果作简单分析，包括对各组数据得出结果波动大小的解释。

我的解答：

由题目分析得，设计2个程序，其中一个来产生随机数据和key，另外一个程序用来进行对数据的分析。由于rand（）函数只能产生0~32767之间的随机数，但是题目要求随机数的范围会很大，怎么才能生成很大的随机数，又不破坏均匀性？我采用的方法是按位随机，每次产生0~9之间的随机数，做为9位数的其中一位，然后生成9次，组合起来就是一个9位的随机数。

对于线性分析，在全局定义一个很大的数组，每次程序将数据读入到数组中，用一个2重循环进行分析。对于二叉树查找，首先构造二叉排序树，然后在对每个key进行查找。对于哈希算法，我才用拉链法，取质数10007进行哈希。

如何得到每种方法的比较次数？我才用设置全局量（long long ），在3种方法的查询函数中，在有比较的时候，全局量自加一，然后在屏幕上输出程序运行完成后的各个次数，对其进行分析。

//============================================================================// Name        : creat_rand.cpp// Author      : menglei// Version     : 2013.8.13  20:19// Copyright   : Your copyright notice// Description : 此程序产生5组随机的数据//============================================================================#include <iostream>#include <fstream>using namespace std;int min_rand(){//返回一个0到9的随机数//srand((unsigned)time(NULL));return rand()%10;}int myRand(int bit){//hit表示多少位，返回一个在int范围内bit位的一个随机数int randdata = 0;while(bit--){randdata = 10*randdata +min_rand();}return randdata;}int main() {/*如何产生一个很大范围的随机数？ *采用按位结合法和丢弃法结合 *每位随机0到9,---按位结合 超过范围的数字就丢弃掉----丢弃法*/ofstream fout1("data1_in.txt");fout1<<"10000"<<" "<<"100000"<<endl;//有序的10000个数字，前面的表示n和mfor(int i=0;i<10000;i++){fout1<<i<<endl;}//产生100000个keyfor(int i=0;i<100000;i++){fout1<<myRand(9)<<endl;}fout1.close();cout<<"finish_data1_in.txt"<<endl;ofstream fout2("data2_in.txt");//逆序fout2<<"10000"<<" "<<"100000"<<endl;for(int i=10000;i>0;i--){fout2<<i<<endl;}for(int i=0;i<100000;i++){fout2<<myRand(9)<<endl;}fout2.close();cout<<"finish_data2_in.txt"<<endl;ofstream fout3("data3_in.txt");//随机10000三种fout3<<"10000"<<" "<<"100000"<<endl;for(int i=0;i<10000;i++){fout3<<myRand(9)<<endl;}for(int i=0;i<100000;i++){fout3<<myRand(9)<<endl;}fout3.close();cout<<"finish_data3_in.txt"<<endl;ofstream fout4("data4_in.txt");//随机100000三种fout4<<"100000"<<" "<<"100000"<<endl;for(int i=0;i<100000;i++){fout4<<myRand(9)<<endl;}for(int i=0;i<100000;i++){fout4<<myRand(9)<<endl;}fout4.close();cout<<"finish_data4_in.txt"<<endl;ofstream fout5("data5_in.txt");//随机1000000三种fout5<<"1000000"<<" "<<"100000"<<endl;for(int i=0;i<1000000;i++){fout5<<myRand(9)<<endl;}for(int i=0;i<100000;i++){fout5<<myRand(9)<<endl;}fout5.close();cout<<"finish_data5_in.txt"<<endl;return 0;}

//============================================================================// Name        : temp1.cpp// Author      : menglei// Version     :// Copyright   : Your copyright notice// Description : 数据的分析//============================================================================#include <iostream>#include <fstream>#include <cstdlib>using namespace std;class node{public:node(int value):value(value),left(NULL),right(NULL){};//构造函数node(){right = NULL;left =NULL;value = -1;}node*getleft(){return left;}node*getright(){return right;}int getvalue(){return value;}void setvalue(int t){value = t;}void setleft(node * l){left = l;}void setright(node * r){right = r;}node *right;node *left;int value;};class searchTree{public:searchTree(int i){init(i);}void init(int);void deleteTree(node*);void insert (node * ,int);bool find(node *,int,long long & );node getRoot(){return root;}void midOder(node *);private:node root;};void searchTree::init(int a){root.left = NULL;root.right = NULL;root.value = a;}void searchTree::deleteTree(node * a){if(a != NULL){deleteTree(a->getleft());deleteTree(a->getright());delete a;}}void searchTree::insert(node *n,int i){node * pointer = NULL;if(n == NULL){init(i);return ;}else pointer = n;while(1){if(pointer->getvalue() == i) return ;//要插入的节点value和根节点的value相同则返回else if(pointer->getvalue() >i){if(pointer->getleft() == NULL){ //左侧无节点了，插入pointer->left = new node(i);return ;}elsepointer = pointer->left;}else{if(pointer->getright() == NULL){pointer->right = new node(i);return;}elsepointer = pointer->right;}}}void searchTree::midOder(node *t){if(t != NULL){midOder(t->getleft());cout<<t->getvalue()<<" ";midOder(t->getright());}}bool searchTree::find(node *t,int v,long long &y){//find node value equal to 'v' in tree whose root named 't'if(t == NULL){y++;return false; }if(t->getvalue() == v){y++; return true;}if(t->getvalue() > v){y++;return find(t->left,v,y);}if(t->getvalue() < v){y++;return find(t->right, v,y);}}int data_array[1000001];   //all scorplong long x,y,z;//x表示顺序查找次数，y表示二叉树，z表示哈希法void shunxu(){int n,m;   int t;ifstream fin3("data_in.txt");ofstream fout3("shunxu_out.txt");fin3>>n>>m;cout<<"n和m的值分别为："<<n<<" "<<m<<endl;//for(int i=0;i<n;i++){fin3>>data_array[i];}//顺序查找,m*n   all "NO" ?bool flag = false;for(int i=0;i<m;i++){fin3>>t;for(int j=0;j<n;j++){x++;if(t == data_array[j]){flag = true;//找到了就跳出循环break;}}if(flag)fout3<<"YES"<<endl;elsefout3<<"No"<<endl;flag = false;}fin3.close();fout3.close();cout<<"shunxu_finished"<<endl;}void tree(){int n,m;   int t;ifstream fin3("data_in.txt");ofstream fout3("tree_out.txt");fin3>>n>>m;cout<<"n和m的值分别为："<<n<<" "<<m<<endl;////二叉树查找searchTree tree(t);node * tempNode = &tree.getRoot();for(int i=1;i<n;i++){fin3>>t;tree.insert(tempNode,t);}bool flag;for(int i=0;i<m;i++){fin3>>t;flag = tree.find(tempNode,t,y);if(flag)fout3<<"YES"<<endl;elsefout3<<"NO"<<endl;}fin3.close();fout3.close();//tree.midOder(tempNode);cout<<"tree_finished"<<endl;}struct cnode{cnode(){}cnode(int n){value = n;next = NULL;}int value;struct cnode *next;};struct cnode nodearray[10007];void haxi(){int n,m,t,haxi;ifstream fin3("data_in.txt");ofstream fout3("haxi_out.txt");fin3>>n>>m;cout<<"n和m的值分别为："<<n<<" "<<m<<endl;//struct cnode *temp_cnode,*t_cnode;for(int i=0;i<n;i++){//构建哈希表（拉链法）fin3>>t;haxi = t % 10007;     //10007，为比10000大的质数temp_cnode = new cnode(t);t_cnode = nodearray[haxi].next;nodearray[haxi].next = temp_cnode;temp_cnode->next = t_cnode;}for(int i=0;i<m;i++){//查找哈希表bool flag = false;fin3>>t;haxi = t % 10007;temp_cnode = nodearray[haxi].next;while(temp_cnode != NULL){z = z + 1;if(temp_cnode->value == t){flag = true;break;}temp_cnode = temp_cnode->next;}if(flag)fout3<<"YES"<<endl;elsefout3<<"NO"<<endl;}fin3.close();fout3.close();cout<<"haxi_finished"<<endl;}int main() {//每次分析一组数据，每组数据的文件标为data_in.txt 。输出文件为3种//分别为shunxu_out.txt  tree_out.txt   haxi_out.txtshunxu();tree();haxi();cout<<"3种方法的比较次数分别为："<<endl;cout<<x<<"  "<<y<<"  "<<z;return 0;}

测试结果：

第一组：（正序）

顺序查找所需时间为：10

二叉排序树查找时间为：4

哈希表法所用查找时间为：1

3种方法的比较次数分别为：

999998882  847624131  99917

第二组：（逆序）

顺序查找所需时间为：9

二叉排序树查找时间为：3

哈希表法所用查找时间为：1

3种方法的比较次数分别为：

999995463  264858  99926

第三组：（随机10000）

顺序查找所需时间为：9

二叉排序树查找时间为：2

哈希表法所用查找时间为：1

3种方法的比较次数分别为：

999985668  1741928  100014

第四组：（随机100000）

顺序查找所需时间为：82

二叉排序树查找时间为：2

哈希表法所用查找时间为：1

3种方法的比较次数分别为：

9999602349  2324639  998328

第五组：（随机1000000）

顺序查找所需时间为：871

二叉排序树查找时间为：5

哈希表法所用查找时间为：3

3种方法的比较次数分别为：

99945005255  2838781  9985419

ps，第一个交的