数据结构课程实验报告

课程实验报告课程名称：数据结构

专业班级：信息安全1302班

学号：

姓名：

指导教师：

报告日期：2015年5月14日

计算机科学与技术学院

目录

1 课程实验概述 (1)

2 实验一基于顺序结构的线性表实现 (2)

2.1 问题描述 (2)

2.2 系统设计 (2)

2.3 系统实现 (2)

2.4 效率分析 (11)

3 实验二基于链式结构的线性表实现 (12)

3.1 问题描述 (12)

3.2 系统设计 (12)

3.3 系统实现 (12)

3.4 效率分析 (20)

4 实验三基于二叉链表的二叉树实现 (22)

4.1 问题描述 (22)

4.2 系统设计 (22)

4.3 系统实现 (22)

4.4 效率分析 (32)

5 实验总结与评价 (35)

6 附录程序代码 (37)

1 课程实验概述

本次课程实验总共分为三个实验：基于顺序结构的线性表实现；基于链式结构的线性表实现；基于二叉链表的二叉树实现。三个实验均以C语言实现并要求提供能够实现功能的演示系统，物理结构与元素类型自定。

通过课程实验加深对线性表以及二叉树数据结构和算法的理解。在编程过程中通过亲自实践形成良好的代码风格，在调试程序过程中能够发现很多C语言基础问题以及固有的错误观点，进一步提升编程能力。实验报告中也包括很多有益的东西，比如：基于数据结构的系统划分方法；递归算法设计方法和技巧；对于有天然递归属性的问题如何构造非递归算法。对实验报告格式的严格要求也会为今后撰写论文打下坚实的基础。另外更重要的一点是，从开始设计、编程、到撰写报告的整个过程，是对分析问题、解决问题的综合能力的锻炼。虽然本次的三个实验均是比较经典的数据结构，要实现其功能不是非常难，但是依然需要细心、耐心，尤其是在调试程序和撰写报告工程中。与此同时，和同学的交流以及老师的交流也是非常重要的一个环节。在交流过程中能够发现自身的问题、开阔思路。当然，交流并不意味着抄袭。独立完成整个课程实验才能有所收获。

总之，本次实验旨在巩固课堂所学的知识，提高编程能力，提高分析解决问题的能力。

2 实验一基于顺序结构的线性表实现

2.1 问题描述

线性表有两类存储结构：顺序结构和链式结构。实验一将通过顺序存储结构实现线性表的基本操作。

要求：

1)提供一个实现功能的演示系统

2)具体物理结构和数据元素类型自行选定

2.2 系统设计

1）背景

运行环境：Windows

程序语言：C语言

开发环境：CodeBlocks

2）功能描述

基于顺序存储结构，实现线性表的基本的，常见的运算：表的构造、表的销毁、表的重置、空表的查看、获取表的长度、获取数据元素、获取前驱、后继、查找数据元素、插入数据元素、删除数据元素及输出线性表。

2.3 系统实现

1）顺序表的动态分配存储结构以及部分全程量

#define LIST_INIT_SIZE 100 //线性表存储空间的初始分配量

#define LISTINCREMENT 10 //线性表存储空间的分配增量

typedef struct{

int *elem; //存储空间基址

int length; //表长

int listsize; //分配的存储容量

}SqList;

2）相关函数说明以及基本算法思想

status IntiaList(SqList * L);

status DestroyList(SqList * L);

status ClearList(SqList *L);

status ListEmpty(SqList L);

int ListLength(SqList L);

status GetElem(SqList L,int i,ElemType * e);

status LocateElem(SqList L,ElemType e);

status PriorElem(SqList L,ElemType cur,ElemType * pre_e);

status NextElem(SqList L,ElemType cur,ElemType * next_e);

status ListInsert(SqList * L,int i,ElemType e);

status ListDelete(SqList * L,int i,ElemType * e);

status ListTrabverse(SqList L);

int InitList(SqList *L)

//功能描述：构造一个空线性表L。

//算法思想：申请存储数据元素空间，然后表长置0，存储容量置为LIST_INIT_SIZE

status Destroylist(SqList *L)

//功能描述：销毁已存在的线性表L。

//算法思想：存储空间基址置空，长度置0，当前存储容量置0

status ClearList(SqList *L)

//功能描述：重置已存在的线性表L。

//算法思想：长度置0

status ListEmpty(SqList L)

//功能描述：若线性表L为空表，返回1，否则返回0。

//算法思想：如果线性表的当前长度为0，则返回1，否则返回0

int ListLength(SqList L)

//功能描述：返回线性表L中数据元素的个数。

//算法思想：若线性表存在，则返回L.length

status GetElem(SqList L,int i,int *e)

//功能描述：用e返回线性表L中第i个元素的值。

//算法思想：将L中第i个数据元素放到e中并返回

status LocateElem(SqList L,int e)

//功能描述：返回线性表L中数据元素e的位序；若线性表中不存在数据元素e，

则返回值为0。

//算法思想：用一个for循环比较e和线性表中的数据元素，如果存在元素与e 相等，返回元素位置，否则返回0

status PriorElem(SqList L,ElemType cur,ElemType * pre_e)

//功能描述：若pre_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回他的前驱，否则操作失败，pre_e无定义。

//算法思想：定位元素，然后返回他前面的那个元素

status NextElem(SqList L,ElemType cur,ElemType * next_e);

//功能描述：功能描述：若next_e是L的数据元素，且不是第一个，则用next_e 返回他的前驱，否则操作失败，next_e无定义。

//算法思想：定位元素，然后返回他后面的那个元素

status ListInsert(SqList *L,int i,int e)

//功能描述：在元素ai之前插入新元素e。

//算法思想：在线性表中找到第i个数据元素，将它以及后面的元素后移，再在第i个元素赋值为e数据元素，并且表长加1

status ListDelete(SqList *L,int i,int *e)

//功能描述：删除线性表L中第i个数据元素。

//算法思想：在线性表中找到第i个数据元素，将其放到e中，并将后面的数据元素前移，表长减1

status ListTrabverse(SqList L)

//功能描述：输出线性表L。

//算法思想：若线性表存在，则用for循环输出线性表

3）部分算法流程图

插入函数流程图

删除函数流程图

4）部分运行截图

图1 界面

1<=i<=length+1

从第i+1个元素都左移

一位，表长减1 返 回

*e =L->elem[i-1];

开 始

N

Y

图2 列出线性表内容

图3 插入元素

图4 查找元素在线性表中的位置

图5 线性表的长度

图6 前驱

图7 后继

图8 得到某位置的元素

图9 置空

2.4 效率分析

status ListInsert(SqList *L,int i,int e)

算法时间主要花费在移动元素上，与元素个数和插入位置有关，假设在任一位置上插入是等概率的，则平均需要移动一半的元素，表长为n，算法的时间复杂度为O(n)。

status ListDelete(SqList *L,int i,int *e)

算法时间主要花费在移动元素上，与元素个数和删除位置有关，假设在任一位置上删除是等概率的，则平均需要移动一半的元素，表长为n，算法的时间复杂度为O(n)。

status LocateElem(SqList L,int e)

算法时间主要花费在寻找符合条件的元素的那个for循环上，花费的时间与元素的位置有关，表长为n，算法时间复杂度为O（n）。

status ListTrabverse(SqList L)

算法时间几乎全部花在遍历上，与表长有关，算法的时间复杂度为O（n）。status PriorElem(SqList L,ElemType cur,ElemType * pre_e) 算法时间主要花费在定位上，花费的时间与元素的位置有关，表长为n，算法时间复杂度为O（n）。

status NextElem(SqList L,ElemType cur,ElemType * next_e) 算法时间主要花费在定位上，花费的时间与元素的位置有关，表长为n，算法时间复杂度为O（n）。

其余函数的算法时间复杂度均为O（c）

3 实验二基于链式结构的线性表实现

3.1 问题描述

线性表有两类存储结构：顺序结构和链式结构。实验二将通过链式结构实现线性表的基本操作。

要求：

3)提供一个实现功能的演示系统

4)具体物理结构和数据元素类型自行选定

3.2 系统设计

1）背景

运行环境：Windows

程序语言：C语言

开发环境：CodeBlocks

2）功能描述

基于链式结构，实现线性表的基本的，常见的运算：表的构造、表的销毁、表的重置、空表的查看、获取表的长度、获取数据元素、获取前驱、后继、查找数据元素、插入数据元素、删除数据元素及输出线性表。

3.3 系统实现

1）链式表的动态分配存储结构以及部分全程量

#define LIST_INIT_SIZE 100 //线性表存储空间的初始分配量

#define LISTINCREMENT 10 //线性表存储空间的分配增量

typedef struct Node{ //链式表（链式结构）的定义

ElemType elem;

struct Node *next;

}List,*SqList;

2）相关函数说明以及基本算法思想

status IntiaList(SqList * L);

status DestroyList(SqList * L);

status ClearList(SqList *L);

status ListEmpty(SqList L);

int ListLength(SqList L);

status GetElem(SqList L,int i,ElemType * e);

status LocateElem(SqList L,ElemType e);

status PriorElem(SqList L,ElemType cur,ElemType * pre_e);

status NextElem(SqList L,ElemType cur,ElemType * next_e);

status ListInsert(SqList * L,int i,ElemType e);

status ListDelete(SqList * L,int i,ElemType e);

status ListTrabverse(SqList L);

status InitList(SqList *L)

//功能描述：构造一个空线性表L。

//算法思想：申请存储数据元素空间，然后表长置0，存储容量置为LIST_INIT_SIZE

status Destroylist(LinkList *L)

//功能描述：毁已存在的线性表L。

//算法思想：用循环释放每一个结点，然后将*L置空

status ClearList(SqList *L)

//功能描述：重置已存在的线性表L。

//算法思想：长度置0

Status ListEmpty(LinkList L)

//功能描述：若线性表L为空表，返回1，否则返回0。

//算法思想：如果线性表L的指针域为空，则返回1，否则返回0

int ListLength(LinkList L)

//功能描述：若线性表存在，则返回线性表L中数据元素的个数。

//算法思想：构建线性表以及其他操作中，均将线性表表头结点的数据域作为线性表长度计数操作，所以将直接返回表头结点数据域的元素。

status GetElem(LinkList *L,int i)

//功能描述：返回线性表L中第i个元素的值。

//算法思想：用while循环到第i个元素，若存在则把第i个元素放到e中，并返回，否则返回0

status LocateElem(LinkList L,int e)

//功能描述：返回线性表L中数据元素e的位序；若线性表中不存在数据元素e，则返回值为0.

//算法思想：用一个for循环和比较e与线性表中的数据元素，如果有相等的元素，则该函数返回元素位置，否则返回0

status PriorElem(SqList L,ElemType cur,ElemType * pre_e)

//功能描述：若pre_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回他的前驱，否则操作失败，pre_e无定义。

//算法思想：定位元素，然后返回他前面的那个元素

status NextElem(SqList L,ElemType cur,ElemType * next_e);

//功能描述：功能描述：若next_e是L的数据元素，且不是第一个，则用next_e 返回他的前驱，否则操作失败，next_e无定义。

//算法思想：定位元素，然后返回他后面的那个元素

status ListInsert(LinkList *L,int i,int e)

//功能描述：在元素ai之前插入新元素e。

//算法思想：用while循环在线性表中找到第i个数据元素，若找到，则创建一个新的存储空间s，其数据域为额e，然后将s的指针域指向p的指针域指向的结点，再将p的指针域指向s，返回1，否则，返回0

status ListDelete(LinkList *L,int i,int *e)

//功能描述：删除线性表L中第i个数据元素。

//算法思想：用while循环在线性表中找到第i-1个数据元素，若找到，将这个结点p的下一个结点q的数据域放到e中，并将p的指针域指向q的指针域指向的的结点，并返回被删除的数据，否则，返回0

status ListTrabverse(LinkList L)

//功能描述：输出线性表L。

//算法思想：用for循环，输出线性表中的所有元素

3）部分算法流程图

插入结点流程图

删除结点流程图4）部分运行截图

图1 查看线性表

图2 查找元素

图3 插入元素