数据结构试验指导书V2[1].0

V 2.0 数据结构与算法实验指导书编写：陆绍飞校核：______湖南大学软件学院2011年9月目录实验教学大纲 (1)一、课程所占的学时、学分及实验课所占学时、学分 (1)二、实验适用专业： (1)三、实验的任务、性质和目的 (1)四、实验的基本理论 (1)五、实验方式与基本要求 (2)六、实验项目的设置与内容提要 (2)七、考核方式与评分办法 (3)实验项目1——三元组ADT (4)实验项目2——复数四则运算 (6)实验项目3——基本线性表运算 (8)实验项目4——基本线性表就地逆置 (13)实验项目5——数制转换 (15)实验项目6——回文判断 (17)实验项目7——算术表达式求值演示 (19)实验项目8——迷宫问题 (22)实验项目9——树与二叉树 (27)实验项目10——图遍历演示 (30)实验项目11——二叉排序树 (33)实验项目12——内部排序算法比较 (35)实验项目13——哈希表设计 (36)实验项目14——约瑟夫环 (37)实验项目15——停车场管理 (38)实验项目16——旅游导游系统 (39)实验教学大纲课程名称：数据结构与算法课程编号：26547本大纲主笔人：李睿陆绍飞修改一、课程所占的学时、学分及实验课所占学时、学分总学时：80 总学分：4实验课时：48 实验学分：1二、实验适用专业：软件工程、计算机专业、通信、信息类本科学生三、实验的任务、性质和目的数据结构与算法是一门技术性与实践性很强的课程，实验的设置十分重要。

为了帮助学生更好地学习本课程，理解和掌握算法设计所需的技术，为整个专业学习打好基础，通过要求完成对一些典型问题的分析及其实现的各环节，使学生掌握所用到的一些技术，扩充知识面。

通过实验内容的训练，突出构造性思维训练的特征，提高学生组织数据与进行编写大型程序能力。

同时，上机实习是对学生的一种全面综合的训练，是与课堂听讲、自学和练习相辅相成的必不可少的一个教学环节。

实习题中的问题比平时的习题复杂得多，也更接近实际。

实习着眼于原理与应用的结合点，使学生学会把书上学到的知识解决实际问题，培养软件工程所需要的动手能力；另一方面，能使书本知识变“活”，起到深化理解和灵活掌握教学内容的目的。

平时的练习较偏重于如何编写功能单一的“小”算法，而实习题是软件设计的综合训练，包括问题分析，总体结构设计，用户界面设计，程序设计基本技能和技巧，多人合作,以至一整套软件工作规范的训练和科学作风的培养。

此外，还有很重要的一点是：机器是比任何教师都严厉的检查者。

四、实验的基本理论“数据结构与算法”是计算机专业一门重要的专业技术基础课程。

本课程较系统地介绍了软件设计中常用的数据结构以及相应的存储结构和实现算法；介绍了常用的多种查找和排序技术，并对进行性能分析和比较，内容非常丰富。

本课程的学习将为后续课程的学习以及软件设计水平的提高打下良好的基础，数据结构与算法课程是计算机专业的一门核心的关键性课程。

为了使学生熟练掌握并运用所学知识，本实验安排了16个主实习单元，除实习1、2作为预备练习之外，其它各单元的训练重点在于基本的数据结构，而不强调面面俱到。

各实习单元与教科书的各章只具有粗略的对应关系，一个实习题常常涉及几部分教学内容。

每个实习题采取统一的格式，由问题描述、基本要求、测试数据、实现提示和选做内容等5个部分组成。

问题描述旨在为读者建立问题提出的背景环境，指明问题“是什么”；基本要求则对问题进一步求精，划出问题的边界，指出具体的参量或前提条件，并规定该题的最低限度要求；测试数据部分旨在为检查学生上机作业提供方便，在完成实习题时应自己设计完整和严格的测试方案，当数据输入量较大时，提倡以文件形式向程序提供输入数据；实现提示对实现中的难点及其解法思路等问题作了简要提示；选做内容向那些尚有余力的读者提出了更严峻的挑战，同时也能开拓其他读者的思路，在完成基本要求时就力求避免就事论事的不良思想方法，尽可能寻求具有普遍意义的解法，使得程序结构合理，容易修改扩充。

五、实验方式与基本要求为了培养一个软件工作者所应具备的科学工作的方法和作风，实验过程要求按以下5个步骤进行：1．问题分析和任务定义；2．数据类型和系统设计；3．编码实现和静态检查；4．上机准备和上机调试；5．总结和整理实习报告。

六、实验项目的设置与内容提要七、考核方式与评分办法以实验报告及程序完成情况计算成绩，实验成绩占总成绩的20%。

实验项目1——三元组ADT1.1 实验目的本次实验的主要目的是在于帮助读者熟悉抽象数据类型的表示和实现方法。

抽象数据类型需要借助固有数据类型来表示和实现，即利用高级程序设计语言中已经存在的数据类型来说明新的结构，用已经实现的操作来组合新的操作，具体实现细节依赖于所用语言的功能。

通过本次实验还可帮助学生复习高级语言的使用方法。

1.2实验内容[问题描述]设计实现抽象数据类型“三元组”。

每个三元组由任意三个实数的序列构成，基本操作包括：创建一个三元组，取三元组的任意一个分量，置三元组的任意一个分量，求三元组的最大分量，求三元组的最小分量，两个三元组的对应分量相加或相减，给三元组的各分量同乘一个比例因子，显示三元组，销毁三元组等。

[基本要求]实现创建一个三元组，取三元组的任意一个分量，置三元组的任意一个分量，求三元组的最大分量，求三元组的最小分量，显示三元组等基本操作。

[算法描述]template <class Elem> class Triple{Private:Elem e1;Elem e2Elem e3;public:Triple(Elem v1, Elem v2, Elem v3){ e1=v1; e2=v2; e3=v3; }Elem Get(i){初始条件：三元组已经存在，1≤i≤3；操作结果：返回三元组的第i个分量}Bool put(i,e){初始条件：三元组已经存在，1≤i≤3；操作结果：将三元组的第i个分量赋值为e，成功返回true，否则返回false;}Elem GetMax(){初始条件：三元组已经存在，操作结果：返回三元组中最大分量值e;}Elem GetMin(){初始条件：三元组已经存在，操作结果：返回三元组中最小分量值e;}void Output（）{初始条件：三元组已经存在，操作结果：输出三元组中所有分量值;}[测试数据]由学生任意指定。

[选作内容]实现两个三元组的对应分量相加或相减，给三元组的各分量同乘一个比例因子，销毁三元组等操作。

实验项目2——复数四则运算2.1 实验目的本次实验与实验项目1为同一类型实验，主要目的是在于帮助读者进一步熟悉抽象数据类型的表示和实现方法。

抽象数据类型需要借助固有数据类型来表示和实现，即利用高级程序设计语言中已经存在的数据类型来说明新的结构，用已经实现的操作来组合新的操作，具体实现细节依赖于所用语言的功能。

2.2实验内容[问题描述]设计实现一个可进行复数运算的演示程序。

[基本要求]实现下列六种基本运算：1）由输入的实部和虚部生成一个复数；2）两个复数求和；3）两个复数求差；4）两个复数求积；5）从已知复数中分离出实部；6）从已知复数中分离出虚部；运算结果以相应的复数或实数的表示形式显示。

[算法描述]该算法中Elem 为float 或double类型template <class Elem> class Complex{Private:Elem reality;Elem falsehoodpublic:Triple(Elem r, Elem f){ reality=r; falsehood=f; }Complex operate+(const complex &){初始条件：已经存在两个复数；操作结果：将两个复数的实部和虚部分别进行向加得到一个新的复数}Complex operate-(const complex &){初始条件：已经存在两个复数；操作结果：将两个复数的实部和虚部分别进行向减得到一个新的复数}Complex operate*(const complex &){初始条件：已经存在两个复数；操作结果：按照复数乘法规则将两个复数的实部相乘结果减去两个复数虚部相乘结果为新生成复数的实部；将两个复数的虚部和实部交叉相乘再相加的结果作为新生成复数的虚部。

}Elem reality(){初始条件：复数已经存在；操作结果：返回复数的实部;}Elem falsehood (){初始条件：复数已经存在；操作结果：返回复数的虚部;}void Output（）{初始条件：复数已经存在，操作结果：以复数形式输出复数到屏幕上;}[测试数据]由学生依据软件工程的测试技术自己确定。

注意测试边界数据，如复数0。

[实现提示]定义复数为两个相互之间存在次序关系的实数构成抽象数据类型，利用实数的操作来实现复数的操作。

[选作内容]实现复数的其他运算，如：两个复数相除、求共轭。

实验项目3——基本线性表运算3.1 实验目的（1）掌握基本线性表顺序存储的类型定义及C++语言实现。

（2）掌握基本线性表链式存储的类型定义及C++语言实现。

（3）掌握基本线性表顺序存储结构中的各种基本操作。

（4）掌握基本线性表链式存储结构中的各种基本操作。

3.2实验内容[问题描述]基本线性表经常进行的运算操作有创建基本线性表、求基本线性表的长度、在基本线性表中查找某个数据元素、在某个位置插入一个新数据元素、在某个线性表中删除某个数据元素以及基本线性表的输出等操作。

试编程实现基本线性表的这些基本运算。

[基本要求]实现基本线性表的基本运算可以采用链式存储方式实现，也可以采用顺序存储的方式实现，在此给出这两种存储方式的实现方法，学生可任选其一进行具体实现。

[算法描述]1 顺序存储方式templet <class Elem>class AList：public List<Elem>{private:int maxSize;int listSize;int fence;Elem* listArray;public://线性表创建操作实现AList(int size=DefaultListSize){maxSize=size;listSize=fence=0;listArray=new Elem[maxSize]}~AList(){delete [] listArray;}void clear(){delete [] listArray;listSize=fence=0;listArray=new Elem[maxSize];}bool insert(const Elem&);bool append(const Elem&);bool remove(Elem&);void setStart(){fence=0;}void setEnd(){fence=listSize;}void prev(){if(fence!=0) fence--;}void next(){if(fence<=listSize) fence++}int Length() const{return listSize;}int leftLength() const{return fence;}int rightLength() const{return listSize-fence;}bool setPos(int Pos){if((pos>=0)&&(pos<=listSize))fence=pos;return(pos>=0)&&(pos<=listSize)}//线性表中插入操作实现templet <class Elem>bool AList:: insert(const Elem&item){if(listSize==maxSize) return false;for (int i=listSize;i>fence;i--)listArray[i]=listArray[i-1];listArray[fence]=item;listSize++;return true;}//在线性表末尾追加数据操作实现templet <class Elem>bool AList:: append(const Elem&item){if(listSize==maxSize)return false;listArray[listSize++]=item;return true;}//线性表中删除操作实现templet <class Elem> bool AList:: remove(Elem&it){ if(rightlLenth()==0)return false;it=listArray[fence;];for(int i=fence;i<listSize-1;i++)listArray[i]=listArray[i+1];listSize--;return true; }//线性表中查找操作实现templet <class Elem> bool AList::bool find(Elem k){ Elem it;for(L.setStart();L.getV alue(it);L.next())if(K==it) return true;//found itreturn false;// K not found}2 链式存储方式template <class Elem>class LList:public List<Elem>{private:Link<Elem>*head;Link<Elem>*tail;Link<Elem>*fence;int leftcnt, rightcnt;//基本线性表的创建操作实现void init(){fence=head=tail=new Link<Elem>;leftcnt=rightcnt=0;}//initvoid removeall(){while(head!=null){fence=head;head=head.next; delete fence;} } //removeallpublic:LList(int size=DefaultListSize){init();}~LList(){removeall();}void clear(){removeall(); init();}bool insert(const Elem&);bool append(const Elem&);bool remove(Elem&);void setStart(){fence=head;rightcnt+=leftcnt;leftcnt=0;}//setStart;void setEnd(){fence=tail;leftcnt+=rightcnt;rightcnt=0;}//setEndvoid prev();void next(){if(fence!=tail){fence=fence->next;rightcnt--; leftcnt++}}//next;int leftLength()const{ return leftcnt;}int rightLength() const{return rightcnt;}bool setPos(int Pos);bool getV alue(Elem &it) const{if(rightLength()==0) return false;it=fence->next->element; return true;}//getV aluevoid print() const;};//基本线性表插入操作的实现template <class Elem>bool LList<Elem>::insert(const Elem&item){fence->next=new Link<Elem>(item,fence->next);if(tail==fence)tail=fence->next;rightcnt++;return true;}//基本线性表末尾追加数据操作的实现template <class Elem>bool LList<Elem>::append(const Elem&item){tail=tail->next=new Link<Elem>(item,null);rightcnt++;return true;}//基本线性表删除操作的实现template <class Elem>bool LList<Elem>::remove(Elem& it){if(fence->next==NULL) return false;it=fence->next->element;Link<Elem>*Itemp=fence->next;fence->next=Itemp->next;if(tail==Itemp) tail=fence;delete Itemprightcnt--;return true;}template <class Elem>void LList<Elem>::prev(){Link<Elem> * temp=head;if (fence==head) return;while(temp->next!=fence)temp=temp->next;fence=temp;leftcnt--; rightcnt++;}template <class Elem>bool LList<Elem>::setPos(int pos){if((pos<0)||(pos>(rightcnt+leftcnt)))return false;setStart();for(int i=0;i<pos;i++)next();return true;}template <class Elem>void LList<Elem>::print() const{Linl<Elem>*temp=head;cout<<“<”;while(temp!=fence){cout<<temp->next->element<<“”;temp=temp->next;}//while;cout<<“|”;while(temp->next=NULL){cout<<temp->next->element<<“”;temp=temp->next;}//while;cout<<“>\n”;}[测试数据]由学生依据软件工程的测试技术自己确定。