数据结构课程设计读书报告

算术表达式

一、基本理论阐述

栈是限制仅在表的一端进行插入和删除运算的线性表，通常称插入，删除的这一端为栈顶，另一端为栈底。当表中没有元素时称空栈。由上述定义，每次删除（退栈）的总是当前栈中“最新”的元素，即最后插入（进栈）的元素，而最先插入的是被放在栈的底部，要到最后才删除。也就是说，栈的修改是按后进先出的原则进行的。因此，栈又称为后进先出的线性表，简称LIFO 表。栈的基本运算有五种：置栈空，判栈空，进栈，退栈，取栈顶。

队列也是一种运算受限的线性表。它只允许在表的一端进行插入，而在另一端进行删除。允许删除的一端为队头，允许插入的一端为队尾。队列亦称作先进先出的线性表，简称FIFO表。队列的基本运算有五种：置队列空，判队列空，取队头元素，入队，出队。

A）栈

1)栈的定义:

栈：是限定仅在表尾进行插入或删除操作的线性表。

栈顶：进行插入和删除操作的那端，即表尾。

栈底：表的另一端，即表头。

2)基本操作：

①组件的添加以及事件处理

private JPanel panel1=new JPanel();

private JPanel panel2=new JPanel();

JButton button1;

JButton button2;

JButton button3;

JButton button4;

JButton button5;

JButton button6;

JButton button7;

JButton button8;

JButton button9;

JButton button10;

JButton button11;

JButton button12;

JButton button13;

JButton button14;

JButton button15;

JButton button16;

JButton button17;

JButton button18;

JButton button19;

JButton button20;

JTextField text;

StringBuilder flag=new StringBuilder();

public A(){

setBounds(400,220,250,300);

this.setResizable(false);

this.setBackground(Color.blue);

setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

this.setTitle("计算器");

add(panel1,BorderLayout.NORTH);

add(panel2,BorderLayout.CENTER);

layoutPanel1();

layoutPanel2();

}

public void layoutPanel1(){

text=new JTextField(20);

text.setEditable(false);

panel1.add(text);

}

public void layoutPanel2(){

button1=new JButton("1");

button2=new JButton("2");

button3=new JButton("3");

button4=new JButton("4");

button5=new JButton("5");

button6=new JButton("6");

button7=new JButton("7");

button8=new JButton("8");

button9=new JButton("9");

button10=new JButton("+");

button11=new JButton("-");

button12=new JButton("*");

button13=new JButton("/");

button14=new JButton("(");

button15=new JButton(")");

button16=new JButton("=");

button17=new JButton(".");

button18=new JButton("<<");

button19=new JButton("0");

button20=new JButton("C");

panel2.setLayout(new GridLayout(5,4));

panel2.add(button1);

panel2.add(button2);

panel2.add(button3);

panel2.add(button10);

panel2.add(button4);

panel2.add(button5);

panel2.add(button6);

panel2.add(button11);

panel2.add(button7);

panel2.add(button8);

panel2.add(button9);

panel2.add(button12);

panel2.add(button14);

panel2.add(button19);

panel2.add(button15);

panel2.add(button13);

panel2.add(button17);

panel2.add(button18);

panel2.add(button16);

panel2.add(button20);

button1.addActionListener(this);

button2.addActionListener(this);

button3.addActionListener(this);

button4.addActionListener(this);

button5.addActionListener(this);

button6.addActionListener(this);

button7.addActionListener(this);

button8.addActionListener(this);

button9.addActionListener(this);

button10.addActionListener(this);

button11.addActionListener(this);

button12.addActionListener(this);

button13.addActionListener(this);

button14.addActionListener(this);

button15.addActionListener(this);

button16.addActionListener(this);

button17.addActionListener(this);

button18.addActionListener(this);

button19.addActionListener(this);

button20.addActionListener(this);

}

public void actionPerformed(ActionEvent e) { if(e.getSource()==button20){

text.setText("");

}

if(e.getSource()==button1){

flag.append('1');

text.setText(flag.toString());

}if(e.getSource()==button2){

flag.append('2');

text.setText(flag.toString());

}if(e.getSource()==button3){

flag.append('3');

text.setText(flag.toString());

}if(e.getSource()==button4){

flag.append('4');

text.setText(flag.toString());

}if(e.getSource()==button5){

flag.append('5');

text.setText(flag.toString());

}if(e.getSource()==button6){

flag.append('6');

text.setText(flag.toString());

}if(e.getSource()==button7){

flag.append('7');

text.setText(flag.toString()); }if(e.getSource()==button8){

flag.append('8');

text.setText(flag.toString()); }if(e.getSource()==button9){

flag.append('9');

text.setText(flag.toString()); }if(e.getSource()==button10){ flag.append('+');

text.setText(flag.toString()); }if(e.getSource()==button11){ flag.append('-');

text.setText(flag.toString()); }if(e.getSource()==button12){ flag.append('*');

text.setText(flag.toString()); }if(e.getSource()==button13){ flag.append('/');

text.setText(flag.toString()); }if(e.getSource()==button14){ flag.append('(');

text.setText(flag.toString()); }if(e.getSource()==button15){ flag.append(')');

text.setText(flag.toString()); }if(e.getSource()==button17){ flag.append('.');

text.setText(flag.toString());

}if(e.getSource()==button18){

flag.delete(flag.length()-1,flag.length());

text.setText(flag.toString());

}if(e.getSource()==button19){

flag.append('0');

text.setText(flag.toString());

}if(e.getSource()==button20){

flag.delete(0,flag.length());

text.setText("0");

}if(e.getSource()==button16){

B t=new B();

String a=t.calString(flag.toString());

text.setText(a);

}

}

}

②栈的实现

InitStack(&S)

操作结果：构造一个空栈S。

DestroyStack(&S)

初始条件：栈S已存在。

操作结果：栈S被销毁。

ClearStack(&S)

初始条件：栈S已存在。

操作结果：将S清为空栈。

StackEmpty(S)

初始条件：栈S已存在。

操作结果：若栈S为空栈，则返回TRUE，否则FALE。

StackLength(S)

初始条件：栈S已存在。

操作结果：返回S的元素个数，即栈的长度。

GetTop(S, &e)

初始条件：栈S已存在且非空。

操作结果：用e返回S的栈顶元素。

Push(&S, e)

初始条件：栈S已存在。

操作结果：插入元素e为新的栈顶元素。

Pop(&S, &e)

初始条件：栈S已存在且非空。

操作结果：删除S的栈顶元素，并用e返回其值。

} ADT Stack

3)分类:

1顺序栈

顺序栈的类型定义

#define StackSize 100 //假定预分配的栈空间最多为100个元素

typedef char DataType;//假定栈元素的数据类型为字符

typedef struct{

DataType data[StackSize];

int top;

}SeqStack;

2链栈

链栈是没有附加头结点的运算受限的单链表。栈顶指针就是链表的头指针。

创建链表（头插法，尾插法）

二、课程设计过程中的应用与实践

（1）、设计一个程序，求解算术表达式

问题描述：以字符序列的形式从键盘输入语法正确的、不含变量的整数表达式，实现对算术四则混合运算表达式的求值。

要求：自己设计界面，使用适当的数据结构对运算符、操作作数进行处理。

(2)功能模块及数据结构描述

OperatorStack；data=newchar[100];字符栈，存放字符

OpreaStack；data=newdouble[100];数字栈，存放数字

Gettop()为取栈顶元素

Pop()出栈

Push()入栈

Isempty()判断栈是否为空

public Calculator()对计算器进行界面设置

public String toBehindExpress()将中序表达式转换成后序表达式

publicint priorityLevel(char ch)进行优先级比较

publicdouble getResult(String express)利用后序表达式进行求值

publicclass CalculatorTest主函数

（3）主要算法流程描述

首先创建两个栈，一个栈存放字符，一个栈存放数字，这个程序使用java做的，首先，我设计了一个计算器的界面，在里面添加各个数字和运算符，我把写在text上面的字符串当成是中序表达式，第一步求的时候，我是将中序表达式转换成后序表达式，在这里，用到了字符栈，然后利用后序表达式进行求解运算，这时了数字栈。

（5）实验与总结

在做此实验时，虽然在之前对数据结构关于栈的部分进行了充分的复习，并且充

分的阅读课外资料，但还是遇到了一些问题。

比如：输入的操作数和运算符由于是字符串类型的，在原设计中实现的操作都是对个位数实现的。所以在考虑多位数的输入时困惑了，刚开始我准备利用字符串拆分，对每个数字，进行拆分，但是最终没有成功，最后再别人的提点下，我想到用树来解决，遇到数字，直接进入字符串，最红得到解决。在这次试验中，遇到的问题还有很多，但是通过自己的查阅和别人的提点，最终做出来了，我会更加努力，争取最好。

校园导游

一．基本理念阐述

图

图是由一个顶点集 V 和一个弧集 VR构成的数据结构。 Graph = (V, VR )

其中，VR＝{| v,w∈V 且 P(v,w)} ，表示从 v 到 w 的一条弧，并称 v 为弧尾，w 为弧头。谓词 P(v,w) 定义了弧的意义或信息。由于“弧”是有方向的，因此称由顶点集和弧集构成的图为有向图。由顶点集和边集构成的图称作无向图。图的存储结构：图的数组(邻接矩阵)存储表示，图的邻接表存储表示。图的遍历：深度优先搜索遍历，广度优先搜索遍历。生成树和最小生成树：构造网的一棵最小生成树：普里姆算法，克鲁斯卡尔算法。检查有向图中是否存在回路的方法之一，是对有向图进行拓扑排序。最短路径：求单源最短路径：迪杰斯特拉算法。求所有顶点对之间的最短路径：弗洛伊德算法。

B）弗洛伊德算法

1）弗洛伊德算法思想

对于从v i到v j的弧，进行n次试探：首先考虑路径v i,v0,v j是否存在，如果存在，则比较v i,v j 和v i,v0,v j的路径长度，取较短者为从v i到v j的中间顶点的序号不大于0的最短路径。在路径上再增加一个顶点v1，依此类推，在经过n次比较后，最后求得的必是从顶点v i到顶点v j 的最短路径。

2）图

求最短路径有两种情况，一种是单源最短路径问题，即对于给定的有向网络G=(V,E)及单个源点v，求从v到G的其余各顶点的最短路径。这时候就需要用Dijkstra算法。Dijkstra 算法主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。基本思想：设置一个集合S存放已经找到最短路径的顶点，S的初始状态只包含源点v，对vi∈V-S，假设从源点v到vi的有向边为最短路径。以后每求得一条最短路径v, …, vk，就将vk加入集合S 中，并将路径v, …, vk , vi与原来的最短路径相比较，取路径长度较小者为最短路径。重复上述过程，直到集合V中全部顶点加入到集合S中。另一种是所有顶点对之间的最短路

径问题，即对于给定的有向网络G=(V,E)，要对G中任意两个顶点v，w（v!=w），找出v到w的最短路径。这时候就需要用Floyd算法。Floyd算法的核心思想是通过一个图的权值矩阵求出它的每两点间的最短路径矩阵。基本思想：对于从vi到vj的弧，进行n次试探：首先考虑路径vi,v0,vj是否存在，如果存在，则比较vi,vj和vi,v0,vj的路径长度，取较短者为从vi到vj的中间顶点的序号不大于0的最短路径。在路径上再增加一个顶点v1，依此类推，在经过n次比较后，最后求得的必是从顶点vi到顶点vj的最短路径。这是一种简便算法，其实也可以每次以一个顶点为源点，调用Dijkstra算法n次来解决。但我认为Floyd 算法此时更简单。

二、课程设计过程中的应用与实践

一、设计一个校园导游程序，为来访的客人提供信息查询服务。

要求：（1）设计学校的校园平面图，所含景点不少于10个，以图中顶点表示校内各景点，存放景点名称、代号、简介等信息，以边表示路径，存放路径长度等相关信息。

（2）为来访客人提供图中任意景点相关信息的查询；

（3）为来访客人提供从校门口到图中任意景点的问路查询；

（4）为来访客人提供图中任意景点间的问路查询；（此项选作）

(2)功能模块及数据结构描述

问题分析：

1.首先在学校平面图中选取20个景点，抽象成一个无向带权图。以顶点表示景点，边上的权值表示两地的距离；

2.编写程序要实现两点功能：

1)景点查询：根据用户指定的景点输出景点编号信息。。

2)最短路径查询：根据用户指定的始点和终点输出相应路径及最短距离。

3、程序运行时，只要用户输入起点和终点信息，就能成功查询

全局变量：

●arcs[Maxnum][Maxnum]边的值，即表示两地的距离

●ShortestPath_DIJ(AMGraph G,int start,int end)表示两点间的最短距离

●Path[start][end]用于表示终点直接前驱结点

●GetLocation(AMGraph G , int v)表示所求景点位置信息

●Stack利用栈Stack输出景点

（3）主要算法流程描述

先选择20个景点，然后给各个经典编号，写出这20个景点之间的权值，如下strcpy(G.vexs[0],"黑龙江大学正门");strcpy(G.vexs[1],"主楼");

strcpy(G.vexs[2],"汇文楼"); strcpy(G.vexs[3],"音乐厅");

strcpy(G.vexs[4],"艺术楼");strcpy(G.vexs[5],"体育馆");

strcpy(G.vexs[6],"图书馆");strcpy(G.vexs[7],"三号楼");

strcpy(G.vexs[8],"博文楼"); strcpy(G.vexs[9],"实验楼");

strcpy(G.vexs[10],"二号楼");strcpy(G.vexs[11],"阳光讲坛");

strcpy(G.vexs[12],"A区食堂");strcpy(G.vexs[13],"B区综合楼");

strcpy(G.vexs[14],"C区食堂");strcpy(G.vexs[15],"C区游泳馆");

strcpy(G.vexs[16],"留学生公寓");strcpy(G.vexs[17],"联通广场");

strcpy(G.vexs[18],"网球场"); strcpy(G.vexs[19],"池塘");

G.arcs[0][1]=10;G.arcs[0][5]=50;G.arcs[0][18]=70;G.arcs[1][0]=10;G.arcs[5][0]=50 ;G.arcs[18][0]=70;

G.arcs[1][5]=30;G.arcs[1][10]=60;G.arcs[1][18]=50;G.arcs[5][1]=30;G.arcs[10][1]= 60;G.arcs[18][1]=50;

G.arcs[2][3]=260;G.arcs[2][9]=320;G.arcs[2][13]=380;G.arcs[13][2]=380;G.arcs[9][

2]=320;G.arcs[2][11]=250;G.arcs[2][6]=220;G.arcs[3][2]=260;G.arcs[11][2]=250;G.arcs[6][2 ]=220;

G.arcs[3][11]=20;G.arcs[11][3]=20;G.arcs[4][15]=80;G.arcs[4][16]=100;G.arcs[4][1

4]=150;G.arcs[15][4]=80;G.arcs[16][4]=100;G.arcs[14][4]=150;

G.arcs[5][10]=140;G.arcs[10][5]=140;G.arcs[6][17]=30;G.arcs[6][11]=40;G.arcs[6][

9]=240;G.arcs[17][6]=30;G.arcs[11][6]=40;G.arcs[9][6]=240;

G.arcs[7][13]=270;G.arcs[7][15]=200;G.arcs[13][7]=270;G.arcs[15][7]=200;G.arcs[

8][9]=80;G.arcs[8][12]=60;G.arcs[9][8]=80;G.arcs[12][8]=60;

G.arcs[9][19]=40;G.arcs[9][12]=50;G.arcs[9][17]=220;

G.arcs[19][9]=40;G.arcs[12][9]=50;G.arcs[17][9]=220;

G.arcs[10][18]=100;G.arcs[10][17]=10;G.arcs[18][10]=100;G.arcs[17][10]=10;

G.arcs[12][19]=50;G.arcs[12][13]=140;G.arcs[19][12]=50;G.arcs[13][12]=140;

G.arcs[14][15]=150;G.arcs[14][16]=30;G.arcs[15][14]=150;G.arcs[16][14]=30;

G.arcs[15][16]=100; G.arcs[16][15]=100;G.arcs[17][19]=170;G.arcs[19][17]=170;

用弗洛伊德算法最短路径，因为如果用直接前驱输出，顺序会变反，所以我利用了一个栈，将输出的放在栈里面，那么输出的话，就是按照正确顺序了

运行时，会出现

在这里面，已经给出了地点，只要我们输入相应编号，直接搜索就行，比如

这样就可以完成查询了。

（4）实验总结

(5)实验及总结

在做这个实验之前，我认真地复习了图这一章，但在编写的过程中还是遇到了一些问题。

其一，在求最短路径的问题上，我考虑了很久，对于迪杰斯特拉算法不是十分掌握，因此我选择了相对于我更好理解的弗洛伊德算法。在通读了几遍书看了不少

资料之后，让我对弗洛伊德算法有了更深刻的理解。

其二，在输出的时候，如果单纯应用算法中的终点直接前驱输出，最后输出的顺序和所要得到的相反，我想了很久也不知道应该怎么做，最后想到了栈的作用的后进先出，所以我想，把数字中的数先放进栈里面，然后输出，这样就好了，这是我最骄傲的，因为这是我自己好不容易才想到的

其三，在调试的过程中，我发现有时输出的最短路径是错误的，在进行不断的调试后，我觉得可能是我画的图不准确，观察完我所画的校园导游图之后，我把权值改的更符合实际，结果就没再出现错误。

最后：读书工程心得总结

在我完成读书工程的过程中，我对栈与队列结构的应用和图结构及其应用两个题目进行深入的分析探讨和总结，使我更深刻的学懂了其相关内容。通过在编写程序的过程中，使我了解并掌握数据结构与算法的设计方法，在自己不断的探索中也具备了初步的独立分析和设计能力，使我初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等基本方法和技能，学会了综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力。在与同学的探讨中，也使我们共同进步。这次的读书工程对我的数据结构及C 语言、java有个综合性的学习，让我对他们了解的更加透彻。并且大大加深了我的我的专业的学习热情。我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。在阅读部分参考书目的过程中，让我对数据结构有了更多的兴趣，不断地完善和学习，使我受益匪浅，在完成本次读书工程和课程设计之后，我也将会继续努力学习，不断地汲取知识，不断地完善自我！