数据结构 实践项目——数据结构、算法、程序设计

【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 和 %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*6struct 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)=2n−1。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 100000void 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 100000void 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 4long 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;    }}