数据结构实验教案

实验一预备实验

一、实验项目的目的和要求：

1．复习C语言指针的用法

2．复习C语言结构体的用法

3．理解时间复杂度分析的基本方法

二、实验内容：

1．用指针方式编写程序：从键盘输入N个整型数据，并存入数组，要求将N个数中最大的数与第一个数交换；将其中最小的数最后一个数交换。

基本思想：设两个指针分别指向最大数组元素和最小数组元素。再设一个移动指针从数组的第一个元素开始，依次与最大数组元素指针、最小数组元素指针的内容进行比较，作出相应的变化，一直到移动指针移到最后一个元素。

2．有N 个学生，每个学生的数据包括学号、姓名、三门课的成绩、平均分。要求从键盘依次输入N 个学生的学号、姓名、三门课的成绩，自动计算三门课的平均分数，并将N 个学生的数据输出。

基本思想：对每一名学生循环，再对三门课程循环求平均成绩

三、实验中存在的问题：

实验二线性表的基本操作

一、实验项目的和要求：

1．掌握线性表的特点

2．掌握线性表的顺序存储结构和链式存储结构的基本运算。

3．尽可能考虑算法的健壮性

4．实验报告中要写出测试数据、错误分析以及收获。

二、实验内容一：线性表两种存储结构的基本运算

1.用结构体类型描述线性表的两种存储结构

2.完成课堂上所讲的两种存储结构的基本运算

3.要求用二级菜单实现

*****************************

* 1-------顺序表 *

* 2-------链表 *

* 0-------退出 *

*****************************

请输入的选择：(0-2)：

线性表的链式存储

##############################

# 1----前插建立链表#

# 2----后插建立链表 #

# 3----访问第i个元素 #

# 4----插入 #

# 5----删除 #

# 6----求线性表的表长 #

# 0----退出 #

##############################

请输入选择(0-6)：

分析：1．使用循环建立菜单

２．使用switch语句进行选择，执行相应的子函数（每一个运算编写一个子函数）

实验内容二：超市密码存储箱系统的设计与实现

1.顾客使用箱子的流程为“投一元硬币”--------“找到一个空箱子，同时产生密码”（系

统完成）--------“打印密码，打开箱子”（系统完成）--------“取密码纸存包，并关闭箱子，入超市购物”--------“购物结束”--------“输入密码”--------“找到对应箱子并打开”（系统完成）--------“取包”。

2.现要求设计程序模拟以上系统完成的功能

①界面：在我们的模拟系统中，箱子在屏幕上被画出来，并编号，空箱为蓝色，被

使用时变成红色，再变为空后则恢复蓝色；

②通过按“1”键模拟顾客投币；

③当空箱子被顾客申请得到的同时，系统自动生成6位数密码，此密码不能与正在

被使用的任何一个箱子的密码相同。

3.设计分析

在设计时，可利用链表来组织所有的箱子，所有的箱子以结点的形式表示，结点中存放箱号、密码（满箱有，空箱无）以及指向下一个结点的指针。空箱结点放在一个链表1中，满箱结点放在另一个链表2中。

若有顾客投币（这里按下“1”键模拟），查看链表1是否为空，若为空，则显示“箱满，请稍侯！”，若非空，则取出一个结点，随机产生一个六位数密码，并将些密码和链表2中所有结点的密码相比较，若有重复，则再随机产生一个新密码，直到无重复；

将密码信息写入此结点，并将其插入链表2；将此箱的颜色改为红色。

4.密码箱的存储结构类型定义

typedef struct node

{ int num;/*箱子的号码*/

int password;/*箱子的密码（满箱有，空箱无）*/

struct node *next;/*指向下个结点的指针*/

}Node,*LinkList；

分析：１．初始化，建立一个代表空箱子链表，建立一个只有头结点的实箱子链表．

２．如果想要存包时，就在空箱子链表中进行查找，如果为空，代表箱子已满，否则从空箱子链表中删除一个结点，并给它赋值，将该结点插入到实箱子链

表中．

３．如果想要取包时，就输入密码，在实箱子链表中进行匹配，如果成功，就从实箱子链表中删除相应的结点，插入到空箱子链表中．

４．另外还需要的函数有：随意产生密码函数，匹配密码函数

实验内容三：员工通讯录管理系统

1.为某个单位建立一个员工通讯录管理系统，可以方便地查询每一个员工的办公室电话

号码、手机号码及电子邮箱。

2.现要求设计程序模拟以上系统完成的功能

其功能包括通讯录链表的建立、员工通讯信息的查询、修改、插入与删除以及整个通讯录表的输出。

3.设计分析

在本设计中，整个通讯录可以采用顺序表或链表方式存储。采用前者，可以提高查询速度；采用后者，可以提高插入与删除记录的效率。

4.员工通讯信息的结构类型定义和通讯录链表的结点类型

typedef struct

{ char num[5];/*员工编号*/

char name[8];/*员工姓名*/

char phone[9];/*办公室电话号码*/

char call[12];/*手机号码*/

}DataType；/*员工通讯信息的结构类型*/

typedef struct node

{ DataType data;/*结点的数据域*/

struct node *next;/*结点的指针域*/

}ListNode,*LinkList；/*通讯录链表的结构类型*/

分析：１．建立一个可循环的菜单

２．使用switch语句，调用子函数实现以下功能

针对每一位员工作为一个结点建立链表．

在该链表上进行查找、插入、删除、修改及输入／出。

实验内容四：运动会记分子系统或学生成绩管理子系统

1.参加运动会的N个学校编号为1~N。比赛分成M个男子项目和W个女子项目，每

个项目取前3名，得分分别为5，3，2。写一个程序产生各种成绩单和得分报表。

2.完成功能包括如下：

①产生一总成绩表，包括：学校编号名、男子团体总分、女子团体总分、团体总分

存储结构要求用线性表的顺序存储。

②实验报告中要写出测试数据、错误分析以及收获。

③若选择学生成绩管理子系统，可仿照运动会记分子系统完成相关的插入、删除、查找

及各种统计工作。

分析：１．分析顺序表中每个元素的结构（数组元素是一个结构体）

２．建立顺序表

３．在顺序表进行插入、删除、查找

４．进行统计

实验中存在的问题：

实验三栈和队列的应用

一、实验目的和要求：

1．掌握栈和队列的概念和特点

2．掌握栈和队列在顺序和链式存储结构下的插入、删除算法

3．认真分析项目实例中的内容，将相关程序在计算机上运行实现

二、实验内容一：表达式求值问题

1．求一个数学表达式的值：用户输入一个包含正整数、括号和四则运算符（“+”、“—”、“*”、“/”）的算术表达式，计算其结果。

2．设计分析

首先置操作数栈为空栈，表达式起始符“#”为运算符栈底元素；依次读入表达式中

每个字符，若是操数则进操作数栈，若是操作符则和操作符栈顶的运算符进行比较

优先权后作相应的操作，直到整个表达式求值完毕（即操作符栈顶元素和当前读入

的字符均为“#”）

3．结点结构类型描述如下

typedef struct

{

char *base,*top;

int stacksize;

}sqstack;

分析：１．判断输入的字符是否为数值

2.比较判断运算符的优先级

3.何时结束循环，不再运算

实验内容二：迷宫求解问题

1.迷宫是一个m行n列的矩阵，其中0表示无障碍，1表示有障碍。设入口为（1，1），

出口为（m,n），即从入口出发，顺某一方向向前探索，若能走通，则继续往前走；

否则沿原路退回，换一个方向再继续探索，直到出口为止。

2.迷宫的功能

要求随机生成一个m行n列的矩阵，为了操作方便可以在矩阵外围生成一圏障碍，设置东南西北四个方向，采用链栈进行操作。最后迷宫如不是通路给出“此迷宫元解”，如是通路要求输出所走过的路径。

3．结点结构类型描述如下

typedef struct node

{ int row;

int col;

struct node *next;

};

分析：１．建立迷宫，使用二维数组，第一行／列，最后一行／列均初始化为０代表墙不通，这样使其内部的元素均有四个方向进行统一判断，其余元素进行随机产生０代表不通，１代表通．

２．确定入口，出口的坐标．

３．判断该元素是否可通（元素值等于１，一方面代表通，另一方面未走过）．

４．标记每一个走过的元素，将其元素值加１．

５．元素的四个方向用０－３表示，下一个方向的坐标可以从当前坐标及方向就可以确定．

三、实验中存在的问题：

实验四二叉树两种存储结构的应用

一、实验目的和要求：

1．掌握二叉树的遍历思想及二叉树的存储实现。

2．掌握二叉树的基本操作：建立二叉树、二叉树的遍历

3．选择一种形式完成二叉树的显示

4．掌握二叉树的常见算法的程序实现

5．实验报告中要写出测试数据、错误分析以及收获

二、实验内容一：二叉树的建立及相关算法的实现

1．完成的功能包括如下几点：

①编程实现建立一棵二叉树，然后对其进行先序、中序和后序遍历。

分析：将要输入的二叉树按照其对应的完全二叉树的顺序输入，若当前位置不存在

结点则输入@

②显示二叉树

③求二叉树的高度及二叉树的叶子个数等等

④在主函数中设计一个简单的菜单，分别调试上述算法

实验内容二：哈夫曼编码/译码系统

1．要求编写一程序模拟传输过程，实现在发送前将要发送的字符信息进行编码，然后进行发送，接收后将传来的数据进行译码，即将信息还原成发送前的字符信息。

2．设计分析

在本例中的算法主要有：哈夫曼树的建立；哈夫曼编码的生成；对编码信息的翻译。

要求设置发送者和接收者两个功能。

发送者的功能包括：

①输入待传送的字符信息；②统计字符信息中出现的字符类数和各字符出现的次数

（频率）；③根据字符的种类数和各字符出现的次数建立哈夫曼树；④利用以上哈

夫曼树求出各字符的哈夫曼编码；⑤将字符信息转换成对应的编码信息进行传送。

接收者的功能包括：

①接收发送者传送来的编码信息；②利用上述哈夫曼树对编码进行翻译，即将编码

信息还原成发送前的字符信息。

3．结点的类型定义

①哈夫曼树的存储结构类型定义为：

typedef struct

{

char data; /*编码对应的字符*/

int weight; /*结点的权值*/

int lchild,rchild,parent;/*左右孩子及双亲的下标*/ }HTNode;

②哈夫曼编码的存储结构类型定义为：

typedef struct

{

char bits[N]; /*存放哈夫曼编码的字符数组*/

int start; /*记录编码的起始位置，因为每种字符的编码长度不同*/ }HCode;

三、实验中存在的问题：

实验五图子系统

一、实验目的和要求：

１．掌握图的存储思想及其存储实现

２．掌握图的深度、广度优先遍历算法思想及其程序实现

３．掌握图的常见应用算法的思想及其程序实现

二、实验内容一：图的遍历问题

1．键盘输入以下结点数据：太原、成都、北京、上海、天津、大连、河北。建立一个有向图或无向图（自定）的邻接表并输出该邻接表

2．在图的邻接表的基础上计算各顶点的度，并输出

3．以有向图的邻接表为基础实现输出它的拓扑排序序列

4．采用邻接表存储实现无向图的深度优先遍历

5．采用邻接表存储实现无向图的广度优先遍历

6．采用邻接矩阵存储实现无向图的最小生成树的 PRIM 算法

7．在主函数中设计一个简单的菜单，分别调试上述算法

实验内容二：所有顶点对的最短路径

1．设置4个村庄之间的交通，村庄之间的距离用各边上的权值来表示。现在要求从这

4个村庄中选择一个村庄建一所医院，问这所医院应建在哪个村庄，才能使离医院最远的村庄到医院最近。

2．设计分析

用有向加权图表示的交通图中，有向边表示第i个村庄和第j个村庄之间有道路，边上的权表示这条道路的长度。该问题的实质是求解任意两顶点间的最短路径问题。即求出每个顶点到其他顶点的最短路径的最大值，最大值最小的顶点作为医院所在村庄。

3．结构类型定义

typedef char vextype;/*顶点数据类型*/

typedef int edgetype;/*边数据类型*/

typedef struct

{

vextype vex[maxsize];

edgetype arc[maxsize][maxsize];

int vexnum,arcnum;

}Mgraph;

三、实验中存在的问题：

实验六数据结构综合性实验

一、实验目的和要求：

掌握小型系统开发方法，提高学生综合开发能力。根据实际问题，设计方案，综合运用课程知识，完成《学生成绩管理系统》或《数据结构算法演示系统》的设计、编程与调试工作。

二、实验内容一：

分析、调研数据结构课程所学的算法（功能模块）或学生成绩管理的相关功能模块，采用结构化设计思想、模块分解的规则构成一个易使用的小型管理系统。

具体要求见《数据结构实验》课程设计

实验内容二：手机短信中电话号码和手机号码的识别与提取

1.在使用手机收发短信时，收到的短信内容中常会包含对方发来的电话号码或手机号

码，为了方便用户能直接提取其中的号码并存入到其手机的通讯录中，现要求开发手机系统软件中的一个子功能，实现从手机短信内容中识别和提取电话号码（7位或8位）和手机号码(11位)，并将其存入通讯录中。

2.设计分析

要从手机短信的内容中识别电话号码或手机号码，必须从短信的第一个字符开始查找，找到第一个数值型字符（‘0’～‘9’），然后依次判断其后的字符，若其后有连续的6个或7个数值型字符，则将其识别成电话号码并提取，若其后有连续的10个数值型字符，则将其识别成手机号码并提取。继续向后搜索直到整个短信查找完毕。

3.存储结构类型定义

①短信的存储结构类型定义

typedef struct

{

char word[200];/*短信内容*/

int length; /*短信长度*/

}Message;

②通讯录中记录的存储结构类型的定义

typedef struct

{

char name[8]; /*姓名*/

char phone[11]; /*电话号码或手机号码*/

}Note;

实验内容三：药店的药品销售统计系统

1.设计一系统，实现医药公司定期对各药品的销售记录进行统计，并按药品编号、单价、销售量或销售额做出排序。

2.设计分析

在设计中，首先从数据文件读出各药品的信息记录，存储在顺序表中。各药品的信息包括：药品编号、药品名称、单价、销售量、销售额。其中药品编号共4位，采用字母和数字混合编号，如：B125，前一位为大写字母，后三位为数字。

3.存储结构类型定义

①药品信息的存储结构类型定义

typedef struct node

{

char num[4];/*药品编号*/

char name[10]; /*药品名称*/

float price;/*单价*/

int count; /*销售量*/

float sale; /*销售额*/

}DataType;

②存储药品信息的顺序表的定义

typedef struct

{

DataType r[maxsize];

int length;

}sequenList;

实验内容四：电视大赛观众投票及排名系统

1.在很多电视大赛中，通常当选手表演结束后，现场观众通过手中的按键对参赛选手进行投票，然后对选手获得的票数进行统计，从高到低进行降序排列，从而自动产生冠军、亚军和季军。现要求编写一程序模拟实现上述系统的功能。

2.设计分析

在本系统中，首先输入参赛选手的人数（范围为1-9个），然后根据人数通过malloc函数来开辟存放选手信息的顺序表。将选手的编号和姓名依次存入顺序表单元中，观众通过按键进行投票，按“1”表示为1号选手投票，按“2”表示为2号选手投票，依次类推。以按“0”作为投票结束标志。投票结束后进行排序。

3. 存储结构类型定义

①选手信息的存储结构类型定义

typedef struct node

{

char name[8]; /*选手姓名*/

int num;/*选手编号*/

int score; /*选手得分*/

int tax; /*选手名次*/

}Node;

②开辟空间用于构造存放选手信息的顺序表R：R=(Node *)malloc(n*sizeof(Node));其中n 为参赛选手的人数，在此采用动态空间分配，而不是在开始时直接开辟静态数组，这样是为了避免空间的不足造成浪费。

在投票时，按“1”为1号选手投票的实现：

Scanf(“%c”,&k); /*观众按键*/

R［K-48］.score= R［K-48］.score+1;

若观众输入的是“1”，则“1”-48即为ASCII-48=1，因此可以实现对1号选手的票数加1，即R［1］=R［1］+1。其他选手类似。