数据结构停车场问题实验报告

数据结构停车场问题实验报告实验报告：数据结构停车场问题
1. 引言
停车场问题是计算机科学中的一个经典问题，涉及到车辆的进入、停留和离开等操作。

本实验旨在通过使用数据结构，设计并实现一个停车场管理系统，实现车辆的进入、停留和离开等功能，并对系统进行性能分析。

2. 实验目标
本实验的主要目标是设计和实现一个停车场管理系统，具体包括以下功能：
- 车辆进入：记录车辆的进入时间和车牌号码，并将车辆停放到空闲的停车位上。

- 车辆离开：根据车牌号码找到对应的车辆，并计算停留时间和停车费用。

- 停车位管理：实现对停车位的管理，包括停车位的分配和释放。

3. 设计思路
本实验使用链表数据结构来实现停车场管理系统。

具体设计思路如下：
- 定义一个停车位结构体，包括停车位号码和车辆信息。

- 定义一个链表结构体，用于存储停车位的信息。

- 实现车辆进入功能：在链表中找到第一个空闲的停车位，将车辆信息存储在该停车位中。

- 实现车辆离开功能：根据车牌号码在链表中找到对应的停车位，计算停留时间和停车费用，并释放该停车位。

- 实现停车位管理功能：根据需要，动态分配和释放停车位。

4. 实验过程
4.1 数据结构设计
根据设计思路，我们首先定义了停车位结构体和链表结构体，具体定义如下：```c
// 停车位结构体
typedef struct {
int parkingSpotNumber; // 停车位号码
char licensePlate[20]; // 车牌号码
time_t enterTime; // 进入时间
} ParkingSpot;
// 链表节点结构体
typedef struct Node {
ParkingSpot data; // 数据域
struct Node* next; // 指针域
} Node;
// 链表结构体
typedef struct {
Node* head; // 头节点指针
int length; // 链表长度
} LinkedList;
```
4.2 车辆进入功能实现
车辆进入功能实现的主要步骤如下：
- 遍历链表，找到第一个空闲的停车位。

- 将车辆信息存储在该停车位中。

- 更新链表长度。

以下是车辆进入功能的伪代码实现：
```c
void enterParkingLot(LinkedList* list, char* licensePlate) { Node* p = list->head;
while (p->next != NULL) {
p = p->next;
}
ParkingSpot newCar;
newCar.parkingSpotNumber = list->length + 1;
strcpy(newCar.licensePlate, licensePlate);
newCar.enterTime = time(NULL);
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
newNode->data = newCar;
newNode->next = NULL;
p->next = newNode;
list->length++;
}
```
4.3 车辆离开功能实现
车辆离开功能实现的主要步骤如下：
- 根据车牌号码在链表中找到对应的停车位。

- 计算停留时间和停车费用。

- 释放该停车位。

- 更新链表长度。

以下是车辆离开功能的伪代码实现：
```c
void leaveParkingLot(LinkedList* list, char* licensePlate) {
Node* p = list->head->next;
Node* pre = list->head;
while (p != NULL) {
if (strcmp(p->data.licensePlate, licensePlate) == 0) {
time_t leaveTime = time(NULL);
double stayTime = difftime(leaveTime, p->data.enterTime); double parkingFee = calculateParkingFee(stayTime);
printf("停车时间：%.2f 小时\n", stayTime); printf("停车费用：%.2f 元\n", parkingFee); pre->next = p->next;
free(p);
list->length--;
break;
}
pre = p;
p = p->next;
}
}
```
4.4 停车位管理功能实现
停车位管理功能实现的主要步骤如下：
- 根据需要，动态分配和释放停车位。

以下是停车位管理功能的伪代码实现：
```c
void manageParkingSpot(LinkedList* list, int num) { if (num > list->length) {
int i;
for (i = list->length + 1; i <= num; i++) {
ParkingSpot emptySpot;
emptySpot.parkingSpotNumber = i;
strcpy(emptySpot.licensePlate, "空闲");
emptySpot.enterTime = 0;
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node)); newNode->data = emptySpot;
newNode->next = NULL;
Node* p = list->head;
while (p->next != NULL) {
p = p->next;
}
p->next = newNode;
list->length++;
}
} else if (num < list->length) {
Node* p = list->head->next;
Node* pre = list->head;
while (p != NULL) {
if (p->data.parkingSpotNumber > num) {
pre->next = p->next;
free(p);
p = pre->next;
list->length--;
} else {
pre = p;
p = p->next;
}
}
}
}
```
5. 性能分析
为了分析停车场管理系统的性能，我们进行了以下实验：
- 测试了不同规模（不同停车位数量）下的车辆进入和离开操作的时间消耗。

- 统计了不同规模下的系统空间占用情况。

根据实验结果，我们可以得出以下结论：
- 车辆进入和离开操作的时间消耗与停车位数量成正比关系。

- 系统空间占用与停车位数量成正比关系。

6. 结论
本实验成功设计并实现了一个基于链表数据结构的停车场管理系统，实现了车辆的进入、停留和离开等功能，并进行了性能分析。

实验结果表明，该系统在不同规模下具有良好的时间和空间性能。

7. 参考文献
[1] Weiss, M. A. (2013). Data Structures and Algorithm Analysis in C++. Pearson Education.
[2] Horowitz, E., Sahni, S., & Anderson-Freed, S. (2008). Fundamentals of Data Structures in C++. Silicon Press.。