武汉理工大学数据结构课程设计

课 程 设 计

题 目 链式简单选择排序 学 院 计算机科学与技术学院

专 业 班 级 姓 名 LDSD 指导教师

耿 枫

2013 年 7 月 2 日

课程设计任务书

学生姓名： LDSD 专业班级：

指导教师：耿枫工作单位：计算机科学与技术学院

题目:链式简单选择排序

初始条件：

试写一个程序，以单链表作为存储结构，实现简单选择排序。

1、课程设计报告中应有你的算法的时间复杂度分析；

2、测试用例自己设计。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

课程设计报告按学校规定格式用A4纸打印（书写），并应包含如下内容：

1、问题描述

简述题目要解决的问题是什么。

2、设计

存储结构设计、主要算法设计（用类C语言或用框图描述）、测试用例设计；

3、调试报告

调试过程中遇到的问题是如何解决的；对设计和编码的讨论和分析。

4、经验和体会（包括对算法改进的设想）

5、附源程序清单和运行结果。源程序要加注释。如果题目规定了测试数据，则运行结果要包含这些测试数据和运行输出，

6、设计报告、程序不得相互抄袭和拷贝；若有雷同，则所有雷同者成绩均为0分。

时间安排：

1、第20周（6月29日至7月3日）完成。

2、7月3 日8：00到计算中心检查程序、交课程设计报告、源程序（CD盘）。

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

1．课程设计问题描述及开发工具........................................... - 4 -

1.1 课程设计问题描述................................................ - 4 -

1.2 开发工具........................................................ - 4 - 2．程序设计............................................................. - 4 -

2.1思想描述......................................................... - 4 -

2.2存储结构设计..................................................... - 6 -

2.3 主要算法设计.................................................... - 6 -

2.3.1 链表的创建................................................. - 6 -

2.3.2随机数据产生函数........................................... - 7 -

2.3.3链式简单排序............................................... - 8 -

2.3.4词法分析................................................... - 9 - 3．程序调试过程问题与改正............................................... - 9 - 4．运行结果及说明...................................................... - 10 -

4.1以随机方式创建链表.............................................. - 10 -

4.2 用户自己写入数据............................................... - 11 -

4.3 比较三组不同输入数据的排序..................................... - 11 - 5．时间复杂度分析...................................................... - 13 - 6．经验与体会.......................................................... - 14 - 7．课程设计源程序...................................................... - 14 -

链式简单选择排序

链式简单选择排序主要涉及到数据结构中链表和排序两个知识点，其中，链表的知识又涉及创建、插入、遍历等。为了获得测试用例，还需掌握随机数产生方法以及文本文件读写的相关操作。所以，课程设计是很考验我们综合能力的，通过学习，可以进一步提升我们的软件开发能力。

1．课程设计问题描述及开发工具

1.1 课程设计问题描述

试编写一个程序，以单链表作为存储结构，实现对待排序表中的数据的简单选择排序，用多组测试例子对程序进行测试，并输出排序结果。

1.2 开发工具

本课程设计需要安装有支持标准C/C++的Visual C++编译器（VC6.0或更高版本）的计算机一台。

2．程序设计

2.1思想描述

为解决问题，首先要建立一组测试用例，本程序提供两中产生数据的方法，在交互界面下，用户可自行选择。一种是直接通过计算机利用rand（）函数产生随机数并写入文件；另一种则是由用户自己向文件中输入数据。其次要建立一个单链表，将该文件中的数据（设置为float类型）逐个存储在建立的单链表中。最后，依次对单链表中的结点数据进行简单选择排序，其中排序分为从大到小排序和从小到大排序两种方式，同样可在交互界面下，由用户自行选择。排序后，输出排序结果和运行时间，为保证结果正确性，还要做对结果进行检查。整个人机交互过程中，为保证用户输入指令的合法性，还要对输入数据进行词法分析。

选择排序基本思想是:通过n-i次关键字比较，从n-i+1（i=1,2,...,n-1)个记录中选取关

键字最大或最小的记录作为有序序列中第i个记录。以此方法循环下去，直到排序完成。

程序总流程图如上所示

2.2存储结构设计

本课程设计要求使用线性表的链式存储结构来存储待排序的数据，定义一个结点类型，它包括两个域：存储数据元素信息的数据域，存储后继元素地址的指针域。

单链表结构体的定义如下：

struct elem

{

float data;

elem *next;

};

值域data以float型存储所要排序的数据，指针域next以指针型存储了指向下一个结点的地址。

2.3 主要算法设计

本程序中的几个较为核心的算法有：创建链表函数void creat_self(elem *&head)，随机数函数void rand_data(int n,int w)，简单选择排序void sort(elem *head,int cho)，词法分析函数int ana(char a[],int i,int j)。现依次用c++语言描述他们的具体算法。

2.3.1 链表的创建

在文件data.txt中，已经保存了要排序的数据，通过读取文件，可以为每个结点写入数据。创建的这个单链表是带头结点的，在遍历它的时候当注意这点，一般情况下，文件是可以打开的，但如果文件无法打开，则输出提示信息并退出函数。

void creat_self(elem *&head)

//把文件中的数据读出，并建立一个头指针为head的单链表,保存这些数据

{

int c=0;

elem *p2;

ifstream fin("data.txt");

if(!fin) cout<<"文件打开失败！"<

else

{

head=new elem;

elem *p1=head;

head->next;

for(int i=0;fin;i++)

{

elem *p=new elem;

fin>>p->data;

p->next=p1->next;

p1->next=p;

p2=p1;

p1=p;

}

p2->next=NULL; //读入的最后一个数无效，故舍去。

fin.close();

}

}

2.3.2随机数据产生函数

该函数用到的是伪随机数rand（），并由参数n和w限制个数和分布范围。其实可以把语句fout<< rand()%w<<" ";改写成fout<< float(rand()%w)/33*31<<" ";这样的形式，获得

大致分布在0—w范围内的随机小数。

void rand_data(int n,int w)

//产生n个分布在0—w范围内的随机数，并写入文件datatxt中

{

ofstream fout("data.txt");

if(!fout) cout<<"文件打开失败！"<

else

{

if(w>0)

for(int i=0;i

{

fout<

else if(w<0)

for(int i=0;i

{

fout<<0-float(rand()%abs(w))<<" ";

}

}

fout.close();

}

2.3.3链式简单排序

基本实现思想是：从链表的当前结点（由p指向）开始依次往下检索，找到在指定结点之后所有结点中最小（最大）的那个结点，把地址保存在p2中，完成一轮循环后，把p2所指向的结点数据与p所指向的结点数据进行交换。然后使得p=p->next，即进入外层循环，直到循环到最后一个结点为止。这里还用到了一个函数clock（），它包含在头文件time.h中，用来计算程序的运行时间，有利于我们更直观地了解程序的效率。函数实现代码如下：

void sort(elem *head,int cho)

//选择排序算法，参数cho决定排序方式

{

clock_t start,end;

float temp;

elem *p2; //始终指向待排数据的最大（小）值

start=clock();

for(elem *p=head->next;p!=NULL;p=p->next)

{

p2=p;

for(elem *p1=p->next;p1!=NULL;p1=p1->next)

{

if(p2->data>p1->data&&cho==0)

p2=p1;

else if(p2->datadata&&cho==1)

p2=p1;

}

temp=p2->data; //通过中间变量交换数据，完成一轮排序，筛选出一个最值。

p2->data=p->data;

p->data=temp;

}

end=clock();

cout<<"算法用时为"<<(double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC<<"秒"<

//计算算法执行时间

}

2.3.4词法分析

在实际输入过程中，用户可能输入非法字符，所以这里需要对数据进行分析，一旦输入不合法，就要提示用户重新输入，否则，本程序可能会崩溃。a[]保存输入的字符，i，j 是程序允许的指令。基本思想为：获取用户输入的字符串a[]，把a[0]和i，j比较，若比较成功，并且a[1]为‘\0’时，返回1，否则，返回0。

int ana(char a[],int i,int j)

//词法分析，检验用户的输入是否合法

{

if((a[0]=='0'+i||a[0]=='0'+j)&&(a[1]=='\0'))

return 1;

else

return 0;

}

3．程序调试过程问题与改正

在本课程设计的程序调试过程中，出现错误提示如下：

（1）--------------------Configuration: test - Win32 Debug--------------------

Compiling...

test.cpp

E:\c++安装\MyProjects\课设\test.cpp(17) : error C2628: 'elem' followed by 'void' is illegal (did you forget a ';'?)

执行cl.exe 时出错.

分析：原来，在定义完结构体以后，没有在括号外面打上“，”，结构体的定义与函数体的格式有点相似，但是函数体后面不用加“，”，这些都是细节上的东西，不要把二者混淆了。

（2）有一次的调试结果如图所示：

分析：可以看出，本来是要由计算机自动产生3个随机数，结果链表保存了4个数，

并且第四个数明显是错误的。通过分析文件读写过程，发现最后一次保存到链表的数据实

际上是无效的。通过改正creat_self(elem *&head)函数，即删除链表最后一个结点，问题

解决。

（3）--------------------Configuration: test - Win32 Debug--------------------

Compiling...

test.cpp

E:\c++安装\MyProjects\课设\test.cpp(113) : error C2065: 'flag' : undeclared identifier

执行cl.exe 时出错。

分析：在void check(elem *head,int cho)函数中，定义了一个flag变量，用于标示运行

状态，但却提示flag未定义，原来，flag被定义在了while语句中，走出while语句后，

就不在其作用域内里。把flag定义在函数开头位置，问题解决。

4．运行结果及说明

4.1以随机方式创建链表

输入n为100，分布范围w为200，产生100个随机数，建立一个链表。输出的结

果如下：

4.2 用户自己写入数据

用户把数据手动输入到文件data.txt中。

4.3 比较三组不同输入数据的排序

（1）3000个数据从小到大排序结果如下：

（2）500个数据从小到大的排序结果：

（3）2000个数据从大到小排序结果如下：

4.4结果分析

（1）这里使用的数据也可以是小数，负数，但字符等是不允许的。

（2）在void creat(elem *&head) 函数中，head必须是一个指针的引用，否则，通过函数建立的链表头指针无法传递。

（3）用例一是产生3000个分布在0—4444间的随机数，并按照从小到大的顺序排序，可以看到，用时为0.047秒，排序后的数据经过check（elem *head）函数的检查，结果正确。用例二是对500组负数排序，因为数据较少，故用时极短，系统显示的用时为0秒。用例三是对2000组分布在0—6666范围的数据排序，用时0.031秒。对同样一组数据而言，排序的时间可能不同，但差距都很小。

5．时间复杂度分析

链式简单选择排序void sort(elem *head,int cho)时间复杂度为o（n*n)；随机数产生函数void rand_data(int n,int w)，创建函数，检查函数void check(elem *head,int cho)，打印函数void print(elem *head)时间复杂度均为o（n）。

6．经验与体会

省略

7．课程设计源程序

/*

链式简单选择排序程序

武汉理工大学

LDSD

2013年7月2日

*/

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

struct elem

{

float data;

elem *next;

};

void rand_data(int n,int w)

//产生n个分布在0—w范围内的随机数，并写入文件datatxt中{

ofstream fout("data.txt");

if(!fout) cout<<"文件打开失败！"<

else

{

if(w>0)

for(int i=0;i

{

fout<

}

else if(w<0)

for(int i=0;i

{

fout<<0-float(rand()%abs(w))<<" ";

}

}

fout.close();

}

int ana(char a[],int i,int j)

//词法分析，检验用户的输入是否合法

{

if((a[0]=='0'+i||a[0]=='0'+j)&&(a[1]=='\0'))

return 1;

else

return 0;

}

void creat_self(elem *&head)

//把文件中的数据读出，并建立一个头指针为head的单链表,保存这些数据{

int c=0;

elem *p2;

ifstream fin("data.txt");

if(!fin) cout<<"文件打开失败！"<

else

{

head=new elem;

elem *p1=head;

head->next;

for(int i=0;fin;i++)

{

elem *p=new elem;

fin>>p->data;

p->next=p1->next;

p1->next=p;

p2=p1;

p1=p;

}

p2->next=NULL; //读入的最后一个数无效，故舍去。

fin.close();

}

}

void print(elem *head)

//遍历链表，在屏幕上显示每个结点中的数据

{

head=head->next;

while(head!=NULL)

{

cout<data<<' ';

head=head->next;

}

}

void sort(elem *head,int cho)

//选择排序算法，参数cho决定排序方式

{

clock_t start,end;

float temp;

elem *p2; //始终指向待排数据的最大（小）值

start=clock();

for(elem *p=head->next;p!=NULL;p=p->next)

{

p2=p;

for(elem *p1=p->next;p1!=NULL;p1=p1->next)

{

if(p2->data>p1->data&&cho==0)

p2=p1;

else if(p2->datadata&&cho==1)

p2=p1;

}

temp=p2->data; //通过中间变量交换数据，完成一轮排序，筛选出一个最值。

p2->data=p->data;

p->data=temp;

}

end=clock();

cout<<"算法用时为"<<(double)(end-start)/CLOCKS_PER_SEC<<"秒"<

//计算算法执行时间

}

void check(elem *head,int cho)

//通过对相邻数据大小进行比较，判断排序算法结果是否正确

{

int flag=1;

head=head->next;

if(head)

{

while(head->next!=NULL)

{

if(head->data>head->next->data&&cho==0)

{

cout<<"你的排序算法有误，因为发现了顺序错误的地方。"<

flag=0;

break;

}

if(head->datanext->data&&cho==1)

{

cout<<"你的排序算法有误，因为发现了顺序错误的地方。"<

flag=0;

break;

}

head=head->next;

}

if(flag)

cout<<"经过对排序后的数据分析，你的排序结果正确！"<

}

}

void creat(elem *&head)

//数据产生方式人机交互模块

{

char cho[10],n1[10];

int w,n;

do{

cout<<"通过系统产生随机数请选择1，自己写入文件请选择0。"<

cin>>cho;

}

while(!ana(cho,1,0));

if(cho[0]=='1')

{

cout<<"系统会自动产生浮点数，请输入数据的个数N和分布范围W（数据分布在0-W区间）。"<

do

{

cin>>n>>w;

if(w==0)

cout<<"范围w值不能为0,请重新输入！"<

}

while(w==0);

rand_data(n,w);

creat_self(head);

}

else

{

cout<<"请把数据写入到data.txt文件中，数据之间以空格间隔。"<

cout<<"不要输入字符，否则，字符后的数据将被忽略。";

cout<

cin>>n1;

creat_self(head);

}

}

void main()

{

char cho[10];

system("color F0"); //为使输出窗口视觉效果更佳，这里设置背景色为亮白色（F)，前景色为黑色（0）。

elem *head=NULL;

cout<<"=========================================================="<

cout<<" 欢迎使用链式选择排序系统！"<

cout<<"=========================================================="<

creat(head);

do

{

cout<<"查看当前（未排序）链表中的数据吗?查看请选择1，跳过请选择0。"<

cin>>cho;

}

while(!ana(cho,1,0));

if(cho[0]=='1')

print(head);cout<

do

{

cout<<"请选择排序方式：从大到小选择1，从小到大选择0。"<

cin>>cho;

}

while(!ana(cho,1,0));

cout<

cout<<"————————————————————————————————————————"<

sort(head,cho[0]-'0');

print(head);

cout<

cout<<"————————————————————————————————————————"<

check(head,cho[0]-'0');

}

武汉理工大学《数据结构》课程设计说明书

本科生课程设计成绩评定表

班级：姓名：学号：

及格（60-69分）、60分以下为不及格

指导教师签名：

201 年月日