數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)--編制一個(gè)演示集合的并、交和差運(yùn)算的程序

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文檔簡(jiǎn)介

1、　　實(shí)習(xí)報(bào)告　　題目：編制一個(gè)演示集合的并、交和差運(yùn)算的程序　　一、需求分析　　1. 本程序中，集合的元素限定為小寫字母字符 ['a'..'z']，集合的大小n<27。集合輸入的形式

2、為一個(gè)以"回車符"為結(jié)束標(biāo)志的字符串，串中字符順序不限，且允許出現(xiàn)重復(fù)字符或非法字符，程序應(yīng)能自動(dòng)濾去。輸出的運(yùn)算結(jié)果字符串中將不含重復(fù)字符或非法字符。　　2. 演示程序以用戶與計(jì)算機(jī)交互方式執(zhí)行，即在計(jì)算機(jī)終端上顯示"提示信息"之后，由用戶在鍵盤上輸入演示程序中規(guī)定的運(yùn)算命令；相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)(濾去輸入中的非法字符)和運(yùn)算結(jié)果顯示在其后。

3、;　　3. 程序執(zhí)行的命令包括：　　(1)構(gòu)造集合1；(2)構(gòu)造集合2；(3)求并集；(4)求交集；(5)求差集；(6)結(jié)束。　　構(gòu)造集合1和構(gòu)造集合2時(shí)，需以字符串的形式鍵入集合元素。　　4. 測(cè)試數(shù)據(jù)　　(1

4、) Setl="magazine"，Set2="paper"，　　Setl Set2="egimnprz"，　　Setl Set2="ae"，Setl-Set2="gimnz"　　(2) Setl=&quo

5、t;0120per4a6tion89"，Set2="error data"，　　Setl Set2="deinoprt"，Setl set2="aeort"，Setl-Set2="inp"　　二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p&g

6、t;　　為實(shí)現(xiàn)上述程序功能，應(yīng)以有序鏈表表示集合。為此，需要兩個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型：有序表和集合。　　1. 有序表的抽象數(shù)據(jù)類型定義為：　　ADT OrderedList　　{　　數(shù)據(jù)對(duì)象：D={ai|aiCharS

7、et，i=1,2,...,n, n 0}　　數(shù)據(jù)關(guān)系：Rl={<ai-1,ai>|ai-1,aiD,ai-1<ai,i=2,...,n}　　基本操作：　　InitList(&L)　　操作結(jié)果：構(gòu)造一個(gè)空的有

8、序表L。　　DestroyList(&L)　　初始條件：有序表L已存在。　　操作結(jié)果：銷毀有序表L。　　ListLength(L)　　初始條件：有序表L已存在。　　操作結(jié)果：返回有

9、序表L的長(zhǎng)度。　　ListEmpty(L)　　初始條件：有序表L已存在。　　操作結(jié)果：若有序表L為空表，則返回True，否則返回 False。　　GetElem(L ,pos)　　初始條件：有序表 L 已存在。

10、　　操作結(jié)果：若 1posLength(L)，則返回表中第pos個(gè)數(shù)據(jù)元素。　　LocateElem(L,e , &q)　　初始條件：有序表L已存在。　　操作結(jié)果：若有序表L中存在元素e，則q指示L中第一個(gè)值為e的元素的位置，并返回函數(shù)值TRUE，否則q指示第一個(gè)大于 e 的元素的前

11、驅(qū)的位置 , 并返回函數(shù)值 FALSE。　　Append (&L,e)　　初始條件：有序表L已存在。　　操作結(jié)果：在有序表L的未尾插入元素e。　　InsertAfter(&L,q,e)　　初始條件：有序表L已存在，

12、q指示L中一個(gè)元素。　　操作結(jié)果：在有序表L中q指示的元素之后插入元素e。　　ListTraverse(q,visit())　　初始條件：有序表L已存在，q指示L中一個(gè)元素。　　操作結(jié)果：依次對(duì)L中q指示的元素開(kāi)始的每個(gè)元素調(diào)用函數(shù)visit()。

13、　　}ADT OrderedList　　2. 集合的抽象數(shù)據(jù)類型定義為：　　ADT Set{　　數(shù)據(jù)對(duì)象：D={ai|ai為小寫英文字母且互不相同，i=l,2,...,n,0n26}　　數(shù)據(jù)關(guān)系：R1={}</

14、p>　　基本操作：Createset(&T,Str)　　初始條件：Str為字符串。　　操作結(jié)果：生成一個(gè)由Str中小寫字母構(gòu)成的集合T。　　Destroyset(&T)　　初始條件：集合T已存在。<

15、p>　　操作結(jié)果：銷毀集合T的結(jié)構(gòu)。　　Union(&T,SL S2)　　初始條件：集合S1和S2存在。　　操作結(jié)果：生成一個(gè)由Sl和S2的并集構(gòu)成的集合T。　　Intersection(&T,SL S2)

16、　初始條件：集合Sl和S2存在。　　操作結(jié)果：生成一個(gè)由Sl和S2的交集構(gòu)成的集合T。　　Difference(&T,S1,S2)　　初始條件：集合S1和S2存在。　　操作結(jié)果：生成一個(gè)由S1和S2的差集構(gòu)成的集合T。

17、Printset(T)　　初始條件：集合T已存在。　　操作結(jié)果：按字母次序順序顯示集合T的全部元素。　　}ADT Set　　三、概要設(shè)計(jì)　　1. 本程序包

18、含四個(gè)模塊　　1) 主程序模塊　　void main(){　　初始化：　　do{　　接受命令；&l

19、t;/b>　　處理命令；　　}while("命令"!="退出")　　2) 集合單元模塊實(shí)現(xiàn)集合的抽象數(shù)據(jù)類型；　　3) 有序表單元模塊實(shí)現(xiàn)有序表的抽象數(shù)據(jù)類型；

20、　　4) 結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)單元模塊定義有序表的結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。　　各模塊之間的調(diào)用關(guān)系如下：　　四、詳細(xì)設(shè)計(jì)　　(一) 元素類型、結(jié)點(diǎn)類型和指針類型　　（1）typedef char ElemType; /*元素類型*/&

21、lt;/p>　?。?）typedef struct NodeType{　　ElemType data; 　　NodeType *next;　　}NodeType,LinkType; /*結(jié)點(diǎn)類型,指針類型*/　?。?）status Make

22、Node(LinkType &p,ElemType e)　　{ 　　/* 分配由p指向的數(shù)據(jù)元素為e、后繼為"空"的結(jié)點(diǎn),并返回 TRUE,擴(kuò)若分配失敗,則返回FALSE*/　　p=(LinkType)malloc(sizeof(NodeType)

23、;　　if(!p) return FALSE;　　p->data=e;　　p->next =NULL;　　return TRUE;　　}

24、?。?）void FreeNode(LinkType &p)　　{　　/* 釋放 p 所指結(jié)點(diǎn)*/　　}　?。?）LinkType Copy(LinkType p)

25、　　{　　/*復(fù)制生成和指針 p 所指結(jié)點(diǎn)有同值元素的新結(jié)點(diǎn)并返回,若分配空間失敗,則返回空指針。新結(jié)點(diǎn)的指針域?yàn)镹ULL */　　s=(LinkType)malloc(sizeof(NodeType))　　if(!s) return NULL;</p

26、>　　s->data=p->data;　　s->next =NULL;　　return s;　　}　?。?）ElemType Elem(LinkTyp

27、e p)　　{　　/*若指針p!=NULL,則返回p所指結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)元素,否則返回'#'*/　　}　?。?）LinkType SuccNode(LinkType p)</p&g

28、t;　　{　　/*若指針p!=NULL,則返回指向p所指結(jié)點(diǎn)的后繼元素的指針,否則返回NULL*/　　}　　（二）根據(jù)有序表的基本操作的特點(diǎn)，有序表采用有序鏈表實(shí)現(xiàn)。鏈表設(shè)頭、尾兩個(gè)指針和表長(zhǎng)數(shù)據(jù)域，并附設(shè)頭結(jié)點(diǎn)，

29、頭結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)域沒(méi)有實(shí)在意義。　　typedef struct　　{　　LinkType head,tail; /*分別指向線性鏈表的頭結(jié)點(diǎn)和尾結(jié)點(diǎn)*/　　Int size; /*指示鏈表當(dāng)前的長(zhǎng)度*/<p

30、>　　}OrderedList; /*有序鏈表類型*/　　1. 有序鏈表的基本操作定義如下：　?。?）bool InitList(OrderedList &L);　　//構(gòu)造一個(gè)帶頭結(jié)點(diǎn)的空的有序鏈表L,并返回TRUE;　　//若分配空間失敗,則令L.he

31、ad為NULL,并返回FALSE;　?。?）void DestroyList(OrderedList &L);　　// 擴(kuò)銷毀有序鏈表 L　?。?）bool ListEmpty(OrderedList L);　　// 若L不存在或?yàn)?quot;空表"

32、，則返回TRUE，否則返回FALSE　?。?）int ListLength(OrderedList L);　　// 返回鏈表的長(zhǎng)度　?。?）LinkType GetElemPos(OrderedList L，tnt pos);　　// 若L存在且0<pos&l

33、t;L.size+1，則返回指向第pos個(gè)元素的指針，否則返回 NULL　?。?）bool LocateElem(OrderedList L ,ElemType e ,LinkType &q);　　//若有序鏈表L存在且表中存在元素e,則q指示L中第一個(gè)值為 e的結(jié)點(diǎn)的位置，并返回TRUE；否則q指示第一個(gè)大于e的元素的前驅(qū)的位置，并返回FAL

34、SE　?。?）void Append(OrderedList &L, LinkType s);　　//在已存在的有序鏈表L的末尾插入指針s所指結(jié)點(diǎn)　?。?）void InsertAfter(OrderList &L, LinkType q, LinkType s);&l

35、t;p>　　//已存在的有序鏈表L中q所指示的結(jié)點(diǎn)之后插入指針s所指結(jié)點(diǎn)　?。?）void ListTraverse(LinkType p,status(* visit)(LinkType q));　　//從p(p!=NULL)指示的結(jié)點(diǎn)開(kāi)始，依次對(duì)每個(gè)結(jié)點(diǎn)調(diào)用函數(shù)visit　　2. 其中部分操作的偽碼算

36、法如下:　?。?）bool InitiList(OrderedList &L)　　{　　if(MakeNode(head,"))　　{ //頭結(jié)點(diǎn)的虛設(shè)元素為空格符"<p&

37、gt;　　L.tail =L.head; L.size =0; return TRUE;　　}　　else　　{ L.head =NULL ;return FALSE ;}　　}//Init

38、List　?。?）void DestroyList(OrderedList &L)　　{　　p=L.head;　　while(p){q=p; p=SuccNode(p); FreeNode

39、(q);}　　L.head =L.tail =NULL ;　　}//DestroyList　?。?）LinkType GetElemPos(OrderedList L, int pos)　　{

40、　　if(!L.head||pos<1||pos>L.size) return NULL;　　else if(pos==L.size) return L.tail;　　else{　　p=L.head->next;&

41、lt;b>　　k=1;　　while(p&&k<pos){ p=SuccNode(p); k++;}　　return p;　　}　　}//GetEl

42、emPos;　?。?）status LocateElem(OrderedList L, ElemType e,LinkType &p)　　{　　if(L.head)　　{</p&g

43、t;　　pre=L.head; p=pre->next;　　//pre指向*p的前驅(qū),p指向第一個(gè)元素結(jié)點(diǎn)　　white( p&&P->data<e)　　{　　pre=p; p=

44、SuccNode( p);　　}　　if(p&&p->data==e) return TRUE;　　else{p=pre; return FALSE;}　　}</p&g

45、t;　　else return FALSE;　　}//LocateElem　　（5）void Append(OrderedList &L, LinkType s)　　{　　if(L.head &

46、;&s)　　{　　if(L.tail!=L.head) L.tail->next =s;　　else L.head->next=s;　　L.tail =s; L.size++;<p&

47、gt;　　}　　} //Append　?。?）void InsertAfter(OrderList &L,LinkType q,LinkType s)　　{　　if(L.head&am

48、p;&q&&s)　　{　　s->next=q->next; q->next =s;　　if(L.tail ==q) L.tail =s;　　L.size++;</b&g

49、t;　　}　　}//InsertAfter　?。?）void ListTraverse(LinkType p, status (*visit)(LinkType q))　　{

50、　　while(p){ visit(p); p=SuccNode(p);}　　}//ListTraverse　?。ㄈ┘蟂et利用有序鏈表類型OrderedList來(lái)實(shí)現(xiàn),定義為有序集 OrderedSet;　　typedef OrderedList OrderedSet;

51、;　　集合類型的基本操作的類C偽碼描述如下:　?。?）void Createset(OderedSet &T,char *s)　　{//生成由串s中小寫字母構(gòu)成的集合T,IsLower是小寫字母判別函數(shù)　　if(InitList(T); //構(gòu)造空集T&

52、lt;p>　　for(i=l; i<=length(s); i++)　　if(islower(s[I])&&!LocateElem(T,s[I],p))　　//過(guò)濾重復(fù)元素并按字母次序大小插入　　if(MakeNode(q,s[i]))InsertAfter(T,p,q);</

53、p>　　}// Createset　?。?）void Destroyset(OrderedSet &T)　　{ //銷毀集合T的結(jié)構(gòu)　　DestroyList(T);　　}//DestroyList<p&

54、gt;　?。?）void Union(OrderedSet &T,OrderedSet S1, OrderedSet S2)　　{//求已建成的集合Sl和S2的并集T,即:S1.head!=NULL且S2.head!=NULL　　if(InitList(T){　　pl=GetEiemPos(Sl,1

55、);　　p2=GetElemPos(S2,l);　　while(pl&&p2)　　{　　cl=Elem(pl); c2=Elem(p2);　　if(cl<=c2)<

56、;/p>　　{　　Append(T,Copy(pl);　　pl=SuccNode(pl);　　if(cl==c2) p2=SuccNode(p2);　　}</p&

57、gt;　　else　　{ Append(T,Copy(p2)); p2=SuccNode(p2); }　　while(pl)　　{ Append( T,Copy(pl)); pl=SuccNode(pl);}&

58、lt;/p>　　while(p2)　　{Append(T,Copy(p2)); p2=SuccNode(p2);}　　}　　}//Union<

59、;p>　　（4）votd Intersection(OrderedSet &T,OrderedSet S1; OrderedSet S2)　　{　　//求集合 Sl 和 S2 的交集 T　　if(!InitList(T)) T.head =NULL;<

60、/p>　　else{　　pl=GetElemPos(S1,1);　　p2=GetElemPos(S2,l);　　while(pl&&p2){　　c1=Elem(p1);

61、　　c2=Elem(p2);　　if(cl<c2) pl=SuccNode(pl);　　else if(cl>c2) p2=SuccNode(p2);　　else{ //cl==c2　　Append(T,Copy(pl));</p&

62、gt;　　pl=SuccNode(pl);　　p2=SuccNode(p2);　　}//else　　}//while　　}// else

63、　　}//Intersection　?。?）void Difference(OrderedSet &T,OrderedSet S1,OrderedSet S2)　　{//求集合Sl和S2的差集T　　if(!InitList(T)) T.head =NULL;<

64、;/p>　　else {　　pl =GetElemPos(S1,l);p2=GetElemPos(S2,1);　　while(pl&&p2)　　{　　c

65、l=Elem(pl);c2=Elem(p2);　　if(cl<c2){　　Append(T,Copy(pl));　　pl=SuccNode(pl)　　else if(cl>c2) p2=SuccNode(p2);　　e

66、lse // Cl ==c2　　{pl =SuccNode(p1);p2=SuccNode(p2);}　　}//while　　while(pl)　　{<

67、/p>　　Apend(T,Copy(pl));　　p =SuccNode(pl);　　}　　}//else　　}//Difference<

68、p>　?。?）void WriteSetElem(LinkType p)　　{//顯示集合的一個(gè)元素　　pramtk'Jh WriteElem(Elem(p));　　}//WriteSetElem　?。?）votd Printset(OrderedSet T

69、)　　{//顯示集合的全部元素　　p=GetElemPos(T,1);　　printf('[']);　　if(p){　　WriteElem(Elem(p);

70、　　p=SuccNode(p);　　}　　ListTraverse(p,WriteSetElem());　　Prtntf(')]');　　}//Printset<p&

71、gt;　?。ㄋ模?主函數(shù)和其他函數(shù)的偽碼算法　?。?）void main()　　{// 主函數(shù)　　Initialization(); //初始化　　do{

72、;　　ReadCommand(cmd);//讀入一個(gè)操作命令符　　Interpret(cmd); //解釋執(zhí)行操作命令符　　}while(cmd!='q'&&cmd!='Q') ;　　}//main&l

73、t;p>　?。?）void Initialization()　　{//系統(tǒng)初始化　　clrscr(); //清除在屏幕上方顯示操作命令清單　　//Makesetl--------l　　//Maltesed--------2&l

74、t;/p>　　//Union-----------U　　//Intersaction-----I　　//Difference------d　　//Quit--------------q　　//在屏幕下方顯示操作命令提示框;

75、　　Createset(Set1,"); Createset(Set2,");　　}//Initialization　?。?）Printset(Set1); Printset(Setl);　　//構(gòu)造并顯示空集Set1和Set2空集

76、　?。?）void ReadCommand(char cmd)　　{ //讀入操作命令符,顯示鍵入操作命令符的提示信息;　　do (cmd=getch())　　while (cmd['1','2','u', 'U', 'i',

77、9;I','d','D,'q','Q']) ;　　}　?。?）void Interpret (char cmd)　　{// 解釋執(zhí)行操作命令cmd　　switch(cmd

78、)　　{　　case 'l': //顯示以串的形式鍵入集合元素的提示信息;　　scanf('讀入集合元素到串變量',v);　　Createset(Set1,v);<p&g

79、t;　　Printset(Setl); //構(gòu)造并顯示有序集Setl　　Break;　　case '2': //顯示以串的形式鍵入集合元素的提示信息;　　scanf('讀入集合元素到串變量',v);

80、　　Createset(Set2,v);　　Printset(Set2); //構(gòu)造并顯示有序集Set2　　Break;　　case 'U':　　case

81、9;u':　　Union(Set3,Set1,Set2); //求有序集Set1和Set2的并集Set3　　Printset(Set3); //顯示并集 Set3　　DestroyList(Set3);//銷毀并集Set3

82、　　Break;　　case 'i':　　case 'I':　　Intersection(Set3,Set1,Set2); //求有序集Setl和Set2的交集Set3

83、;　　Printset(Set3);　　Destroy(set3);　　break;　　case 'd':　　case 'D'

84、;:　　Difference(Set3,Set1,Set2);//求集合Setl和Set2的差集Set3　　Printset(Set3); DestroyList(Set3);　　}//switch　　}//Int

85、erpret　　5. 函數(shù)的調(diào)用關(guān)系圖反映了演示程序的層次結(jié)構(gòu) :　　五、程序調(diào)試與運(yùn)行　　1. 本程序的運(yùn)行環(huán)境為XP下的仿真DOS系統(tǒng)，執(zhí)行文件為 SetDemo.exe　　2. 進(jìn)入演示程序后即顯示文本方式的用戶界面;</

86、p>　　************************　　* Makesetl--------------l *　　* Maltesed--------------2 *　　* Union-----------------U *

87、　　* Intersaction-----------I *　　* Difference------------d *　　* Quit--------------------q *　　************************　　Enter a oper

88、ation code E 1,2,u ,J, d OR q：　　3. 進(jìn)入"構(gòu)造集合1<Makesetl>"和"構(gòu)造集合2<Makeset2>"的命令后，即提示鍵入集合元素串，結(jié)束符為"回車符"。　　4. 接受其他命令后即執(zhí)行相應(yīng)運(yùn)算和顯示相應(yīng)結(jié)果。

89、　　六、測(cè)試結(jié)果　　執(zhí)行命令1　　鍵入magazine后，構(gòu)造集合Setl[a,e,g,i,m,z]　　執(zhí)行命令2　　鍵入paper后，構(gòu)

90、造集合Set2[a.e,p,r]　　執(zhí)行命令d　　構(gòu)造集合Setl和Set2的并集[a,e,g,i,m,p ,r,z]　　執(zhí)行命令I(lǐng)　　構(gòu)造集合 Setl 和 Set2 的交集 [a,e]<

91、/p>　　執(zhí)行命令d　　構(gòu)造集合 Setl 和 Set2 的差集[gim]；　　七、設(shè)計(jì)結(jié)果分析　　1. 由于對(duì)集合的三種運(yùn)算的算法推敲不足,在有序鏈表類型的早期版本未設(shè)置尾指針和Append操作,導(dǎo)致算法低效

92、。　　2. 剛開(kāi)始時(shí)曾忽略了一些變量參數(shù)的標(biāo)識(shí)"&"，使調(diào)試程序時(shí)費(fèi)時(shí)不少。今后應(yīng)重視確定參數(shù)的變量和賦值屬性的區(qū)分和標(biāo)識(shí)。　　3. 本程序的模塊劃分比較合理,且盡可能將指針的操作封裝在結(jié)點(diǎn)和鏈表的兩個(gè)模塊中，致使集合模塊的調(diào)試比較順利。反之，如此劃分的模塊并非完全合理，因?yàn)樵趯?shí)現(xiàn)集合操作的編碼中仍然需要判別指針是否為空。按理

93、，兩個(gè)鏈表的并、交和差的操作也應(yīng)封裝在鏈表的模塊中，而在集合的模塊中，只要進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用即可。　　4. 算法的時(shí)空分析　　l)由于有序表采用帶頭結(jié)點(diǎn)的有序單鏈表，并增設(shè)尾指針和表的長(zhǎng)度兩個(gè)標(biāo)識(shí)，各種操作的算法時(shí)間復(fù)雜度比較合理。InitList,ListEmpty,Listlength,Append和InsertAfter以及確定鏈表中第一個(gè)結(jié)點(diǎn)和之后一

94、個(gè)結(jié)點(diǎn)的位置都是O(l)，DestroyList，LocateElem和TraverseList及確定鏈表中間結(jié)點(diǎn)的位置等則是O(n)的，n為鏈表長(zhǎng)度。　　2)基于有序鏈表實(shí)現(xiàn)的有序集的各種運(yùn)算和操作的時(shí)間復(fù)雜度分析如下：構(gòu)造有序集算法Createset 讀入n個(gè)元素，逐個(gè)用 LocateElem判定不在當(dāng)前集合中及確定插入位置后，才用InsertAfter 插入到有序集中,所以時(shí)間復(fù)雜度是O(

95、n2)。　　求并集算法Union利用集合的"有序性"將兩個(gè)集合的m+n個(gè)元素不重復(fù)地依次利用Append插入到當(dāng)前并集的末尾，故可在O(m+n) 時(shí)間內(nèi)完成。　　可對(duì)求交集算法Intersection和求差集算法Difference作類似地分析，它們也是O(m+n)。　　銷毀集合算法Destr

96、oyset和顯示集合算法Printset都是對(duì)每個(gè)元素調(diào)用一個(gè)O(1)的函數(shù)，因此都是O(n)。　　除了構(gòu)造有序集算法CreateSet用一個(gè)串變量讀入n個(gè)元素，需要O(n)的輔助空間外，其余算法使用的輔助空間與元素個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)，即是O(0)。　　5. 本實(shí)習(xí)作業(yè)采用數(shù)據(jù)抽象的程序設(shè)計(jì)方法，將程序劃分為四個(gè)層次結(jié)構(gòu)；元素結(jié)點(diǎn)、有序鏈表、有序集和主控模塊。使得

97、設(shè)計(jì)時(shí)思路清晰，實(shí)現(xiàn)時(shí)調(diào)試順利。各模塊具有較好的可重用性。確實(shí)得到了一次良好的程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練。　　八、附錄源程序文件名清單　　Node.H //元素結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)單元。　　List.H //有序鏈表實(shí)現(xiàn)單元　　Orderset.H //有序集實(shí)現(xiàn)單元

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