数据结构课程设计题目.doc

数据结构课程设计大纲学院：计算机科学与技术学院专业：计算机应用、信息应用 时间：19、20周 学分：2一、课程设计的目的和任务1、提高对数据逻辑结构的特点以及存储表示方式的认识，培养在具体应用中选择合适的数据结构和存储结构的能力；2、熟悉软件开发的基本过程，初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等阶段的基本任务和技能方法；3、培养学生的算法设计和算法分析能力，提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力；4.训练用系统的观点和软件开发一般规范进行软件开发，培养软件工作者所应具备的科学的工作方法、作风和相互合作的精神。二、课程设计的主要内容与要求1. 课程设计选题（每人一个题目，共计14题）1 文章编辑功能：输入一页文字，程序可以统计出文字、数字、空格的个数。静态存储一页文章，每行最多不超过80个字符，共N行；要求（1）分别统计出其中英文字母数和空格数及整篇文章总字数；（2）统计某一字符串在文章中出现的次数，并输出该次数；（3）删除某一子串，并将后面的字符前移。存储结构使用线性表，分别用几个子函数实现相应的功能；输入数据的形式和范围：可以输入大写、小写的英文字母、任何数字及标点符号。输出形式：（1）分行输出用户输入的各行字符；（2）分4行输出全部字母数、数字个数、空格个数、文章总字数（3）输出删除某一字符串后的文章；2、 迷宫问题1)问题描述迷宫求解是实验心理学中的一个经典问题，心理学家把一只老鼠从一个无顶盖的大盒子的入口处赶进迷宫，迷宫中设置很多隔壁，对前进方向形成了多处障碍，心理学家在迷宫的唯一出口处放置了一块奶酪，吸引老鼠在迷宫中寻找通路以到达出口。例如，图2所示为一个迷宫示意图，其中双边矩形表示迷宫，1代表有障碍，0代表无障碍。012345678901111111111入口(1, 1)出口(6, 8) 图1 迷宫示意图，其中1代表有障碍，0代表无障碍前进的方向有八个，分别是上、下、左、右、左上、左下、右上、右下110111011112110101111131010000011410111011115110011000161011001101711111111112) 基本要求(1) 设计数据结构存储迷宫；(2) 设计存储结构保存从入口到出口的通路；(3) 设计算法完成迷宫问题的求解；(4) 分析算法的时间复杂度。3) 设计思想可以采用回溯法实现该问题的求解。回溯法是一种不断试探及时纠正错误的搜索方法。从入口出发，按某一方向向前探索，若能走通（未走过的），即某处可以到达，则到达新点，否则试探下一方向；若所有的方向均没有通路，则沿原路返回前一点，换下一个方向再继续试探，直到所有可能的通路都搜索到，或找到一条通路，或无路可走又返回到入口点。在求解过程中，为了保证在任何位置上都能沿原路退回，需要一个后进先出的栈来保存从入口到当前位置的路径。可以将迷宫定义成一个二维数组，则每个点有8个试探方向，如当前点的坐标是(x, y)，与其相邻的8个点的坐标都可根据与该点的相邻方位而得到，规定试探顺序为顺时针方向，将这8个方向的坐标增量放在一个结构数组move8中，在move数组中，每个元素由两个域组成：x表示横坐标增量，y表示纵坐标增量。这样会很方便地求出从某点(x，y)按某一方向 v (0v7) 到达新点（i，j）的坐标：i=x+movev.x ； j=y+movev.y。算法用伪代码描述如下：1. 栈初始化；2. 将入口点坐标(x , y)及该点的方向d（设为-1）入栈；3. 当栈不空时循环执行下述操作：3.1 (x , y , d)=栈顶元素出栈；3.2 求出下一个要试探的方向d+ ;3.3 沿顺时针试探每一个方向，执行下述操作： 3.3.1 如果方向d可走，则3.3.1.1 将(x , y , d)入栈；3.3.1.2 求新点坐标(i, j)；3.3.1.3 将新点(i , j)切换为当前点(x , y)；3.3.1.4 若(x, y)是终点，则算法结束； 否则，重置d=0；3.3.2 否则，试探下一个方向d+；3顺序结构、动态链表结构下的一元多项式的加法、减法、乘法的实现。 设有一元多项式Am(x)和Bn(x). Am(x)=A0+A1x1+A2x2+A3x3+ +Amxm Bn(x)=B0+B1x1+B2x2+B3x3+ +Bnxn 请实现求M(x)= Am(x)+Bn(x)、M(x)= Am(x)-Bn(x)和M(x)= Am(x)Bn(x)。要求： 1) 首先判定多项式是否稀疏2) 分别采用顺序和动态存储结构实现；3) 结果M(x)中无重复阶项和无零系数项；4) 要求输出结果的升幂和降幂两种排列情况4集合运算1)问题描述使用链表来表示集合，完成集合的合并，求交集等操作。2) 基本要求（1）用链表表示两个集合（2）对两个集合分别从小到大排序（3）两个集合合并成另一个新集合，如数值相同，合并为一个数据项（4）求出两个集合的交集建立一个新的集合。5 二叉排序树的建立、插入、删除操作的实现 分别用顺序和二叉链表作存储结构 1） 回车(n)为输入结束标志,输入数列L，生成一棵二叉排序树T；2） 对二叉排序树T作中序遍历，输出结果；3） 输入元素x,查找二叉排序树T,若存在含x的结点,则删除该结点,并作中序遍历(执行操作2)；否则输出信息“无x”；6算术表达式求值演示 要求见严蔚敏习题集P992.57 对直接插入排序、折半插入排序、希尔排序、冒泡排序、快速排序、简单选择排序、堆排序、归并排序算法、基数排序进行比较，并分析其排序性能。1) 问题描述 对各种排序方法（直接插入排序、希尔排序、起泡排序、快速排序、直接选择排序、堆排序和归并排序）的时间性能进行比较。2) 基本要求(1) 设计并实现上述各种排序算法；(2) 产生正序和逆序的初始排列分别调用上述排序算法，并比较时间性能；(3) 产生随机的初始排列分别调用上述排序算法，并比较时间性能。3) 设计思想上述各种排序方法都是基于比较的内排序，其时间主要消耗在排序过程中进行的记录的比较次数和移动次数，因此，统计在相同数据状态下不同排序算法的比较次数和移动次数，即可实现比较各种排序算法的目的。直接插入排序、起泡排序、直接选择排序在教材中已经实现，请仿照教材中的方法在其他排序算法中的适当位置插入计数器统计元素的比较次数和移动次数。8 最短路径和关键路径问题对一个AOE网求其从源点出发到其余各点的最短路径和源点到汇点的关键路径并输出关键活动。 9、哈夫曼编码1) 问题描述设某编码系统共有n个字符，使用频率分别为w1, w2, , wn，设计一个不等长的编码方案，使得该编码系统的空间效率最好。2) 基本要求(1) 设计数据结构；(2) 设计编码算法；(3) 分析时间复杂度和空间复杂度。3) 设计思想 利用Huffman编码树求得最佳的编码方案。根据哈夫曼算法，建立哈夫曼树时，可以将哈夫曼树定义为一个结构型的一维数组HuffTree，保存哈夫曼树中各结点的信息，每个结点包括：权值、左孩子、右孩子、双亲，如图6所示。由于哈夫曼树中共有2n-1个结点，并且进行n-1次合并操作，所以该数组的长度为2n-1。weight lchild rchild parent 图2 哈夫曼树的结点结构 构造哈夫曼树的伪代码如下：1. 数组huffTree初始化，所有元素结点的双亲、左右孩子都置为-1； 2. 数组huffTree的前n个元素的权值置给定权值wn； 3. 进行n-1次合并 3.1 在二叉树集合中选取两个权值最小的根结点，其下标分别为i1, i2； 3.2 将二叉树i1、i2合并为一棵新的二叉树k；在哈夫曼树中，设左分支为0，右分支为1，从根结点出发，遍历整棵哈夫曼树，求得各个叶子结点所表示字符的哈夫曼编码。10 停车场管理1)问题描述设停车场内只有一个可停放n辆汽车的狭长通道，且只有一个大门可供汽车进出。汽车在停车场内按车辆到达时间的先后顺序，依次由北向南排列（大门在最南端，最先到达的第一辆车停放在车场的最北端），若车场内已停满n辆汽车，则后来的汽车只能在门外的便道上等候，一旦有车开走，则排在便道上的第一辆车即可开入；当停车场内某辆车要离开时，在它之后开入的车辆必须先退出车场为它让路，待该辆车开出大门外，其它车辆再按原次序进入车场，每辆停放在车场的车在它离开停车场时必须按它停留的时间长短交纳费用。试为停车场编制按上述要求进行管理的模拟程序。2)基本要求以栈模拟停车场，以队列模拟车场外的便道，按照从终端读入的输入数据序列进行模拟管理。每一组输入数据包括三个数据项：汽车“到达”或“离去”信息、汽车牌照号码及到达或离去的时刻，对每一组输入数据进行操作后的输出数据为：若是车辆到达，则输出汽车在停车场内或便道上的停车位置；若是车离去；则输出汽车在停车场内停留的时间和应交纳的费用（在便道上停留的时间不收费）。栈以顺序结构实现，队列以链表实现。3)测试数据设n=2,输入数据为：（A，1，5），（A，2，10），（D，1，15），（A，3， 20）， （A，4，25），（A，5，30），（D，2，35），（D，4，40），（E，0，0）。每一组输入数据包括三个数据项：汽车“到达”或“离去”信息、汽车牌照号码及到达或离去的时刻，其中，A表示到达；D表示离去，E表示输入结束。4)实现提示需另设一个栈，临时停放为给要离去的汽车让路而从停车场退出来的汽车，也用顺序存储结构实现。输入数据按到达或离去的时刻有序。栈中每个元素表示一辆汽车，包含两个数据项：汽车的牌照号码和进入停车场的时刻。11 哈希表设计1)问题描述针对某个集体中人名设计一个哈希表，使得平均查找长度不超过R，并完成相应的建表和查表程序。2)基本要求假设人名为中国人姓名的汉语拼音形式。待填入哈希表的人名共有30个，取平均查找长度的上限为2。哈希函数用除留余数法构造，用线性探测再散列法或链地址法处理冲突。3)测试数据取读者周围较熟悉的30个人名。 12简单个人电话号码查询系统1) 问题描述人们在日常生活中经常需要查找某个人或某个单位的电话号码，本实验将实现一个简单的个人电话号码查询系统，根据用户输入的信息（例如姓名等）进行快速查询。2) 基本要求(1) 在外存上，用文件保存电话号码信息；(2) 在内存中，设计数据结构存储电话号码信息；(3) 提供查询功能：根据姓名实现快速查询；(4) 提供其他维护功能：例如插入、删除、修改等；(5) 按电话号码进行排序。3) 设计思想 由于需要管理的电话号码信息较多，而且要在程序运行结束后仍然保存电话号码信息，所以电话号码信息采用文件的形式存放到外存中。在系统运行时，需要将电话号码信息从文件调入内存来进行查找等操作，为了接收文件中的内容，要有一个数据结构与之对应，可以设计如下结构类型的数组来接收数据： const int max=10; struct TeleNumber string name; /姓名 string phoneNumber; /固定电话号码 string mobileNumber; /移动电话号码 string email; /电子邮箱 Telemax;为了实现对电话号码的快速查询，可以将上述结构数组排序，以便应用折半查找，但是，在数组中实现插入和删除操作的代价较高。如果记录需频繁进行插入或删除操作，可以考虑采用二叉排序树组织电话号码信息，则查找和维护都能获得较高的时间性能。更复杂地，需要考虑该二叉排序树是否平衡，如何使之达到平衡。13 医院选址问题1)问题描述n个村庄之间的交通图可以用有向网图来表示，图中边上的权值表示从村庄i到村庄j的道路长度。现在要从这n个村庄中选择一个村庄新建一所医院，问这所医院应建在哪个村庄，才能使所有的村庄离医院都比较近？2) 基本要求(1) 建立模型，设计存储结构；(2) 设计算法完成问题求解；(3) 分析算法的时间复杂度。3) 设计思想医院选址问题实际是求有向图中心点的问题。首先定义顶点的偏心度。设图G=（V，E），对任一顶点k，称E(k)=maxd(i, k)（iV）为顶点k的偏心度。显然，偏心度最小的顶点即为图G的中心点。如图7(a)所示是一个带权有向图，其各顶点的偏心度如图(b)所示。abcde1253214顶点偏心度a b 6b 8d 5e 7 (a) (b) 图3 带权有向图及各顶点的偏心度医院选址问题的算法用伪代码描述如下：1对加权有向图，调用迪杰斯特拉算法，求每对顶点间最短路径长度的矩阵；2对最短路径长度矩阵的每列求大值，即得到各顶点的偏心度；3具有最小偏心度的顶点即为所求。14 、校园导游程序 1)问题描述用无向网表示你所在学校的校园景点平面图，图中顶点表示主要景点，存放景点的编号、名称、简介等信息，图中的边表示景点间的道路，存放路径长度等信息。要求能够回答有关景点介绍、游览路径等问题。2)基本要求（1） 查询各景点的相关信息；（2） 查询图中任意两个景点间的最短路径。（3） 查询图中任意两个景点间的所有路径。（4） 增加、删除、更新有关景点和道路的信息。2、课程设计调研 根据具体题目要求，由学生查阅相应的参考书目，以设计小组(选同一题目的人)为单位进行需求分析，初步明确所选用的逻辑结构和存储结构。3、课程设计方案制定根据讨论，明确解决问题的基本算法，完成每个部分的算法设计说明（可以是描述算法的流程图）和每个程序中使用的存储结构设计说明。 4、课程设计报告的要求课程设计报告：保存在word 文档中，文件以班级+姓名起名，如: 1003张三.doc 。按照课程设计的具体要求建立功能模块，每个模块要求按照如下几个内容认真完成；其中包括:a)需求分析：在该部分中叙述，每个模块的功能要求b)概要设计在此说明每个部分的算法设计说明（可以是描述算法的流程图），每个程序中使用的存储结构设计说明（如果指定存储结构请写出该存储结构的定义。c）详细设计各个