20172310《程序设计与数据结构》(下)实验二：二叉树实验报告

报告封面

课程：《软件结构与数据结构》

班级： 1723

姓名： 仇夏

学号：20172310

实验教师：王志强老师

实验日期：2018年11月7日-2018年11月日

必修选修： 必修

实验二-1-实现二叉树

实验要求内容

参考教材p212,完成链树LinkedBinaryTree的实现(getRight,contains,toString,preorder,postorder)

用JUnit或自己编写驱动类对自己实现的LinkedBinaryTree进行测试，提交测试代码运行截图，要全屏，包含自己的学号信息

课下把代码推送到代码托管平台

实验过程及结果

链树LinkedBinaryTree其实课本上已经有基本的框架代码了，要自己编写的就是getRight,contains,toString,preorder,postorder这些代码。

getRight和getLeft编写的时候其实时遇到了一些问题，最后换了上述的写法。

实验二树-2-中序先序序列构造二叉树

实验要求内容

基于LinkedBinaryTree，实现基于(中序，先序)序列构造唯一一棵二㕚树的功能，比如给出中序HDIBEMJNAFCKGL和后序ABDHIEJMNCFGKL,构造出附图中的树

用JUnit或自己编写驱动类对自己实现的功能进行测试，提交测试代码运行截图，要全屏，包含自己的学号信息

课下把代码推送到代码托管平台

实验过程及结果

(我现在觉得自己的脑子快要气死了，现在是11月19号，我在写实验三的博客时，以实验二的博客作为模板，结果直接在上面对实验1和2进行了更改，还没有发现什么不对，直接保存了，而且还没有备份。我的人生，一片灰暗，啊啊啊啊啊ε＝ε＝ε＝(#>д

先来看中序和后序遍历构造出一棵树的思路。

结果：

实验二 树-3-决策树

实验要求内容

自己设计并实现一颗决策树

提交测试代码运行截图，要全屏，包含自己的学号信息

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实验过程及结果

实验三是仿照背部疼痛诊断器来写的，只要看懂了背部疼痛诊断器就很好写

实验二 树-4-表达式树

实验要求内容

输入中缀表达式，使用树将中缀表达式转换为后缀表达式，并输出后缀表达式和计算结果(如果没有用树，则为0分)

提交测试代码运行截图，要全屏，包含自己的学号信息

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实验过程及结果

在课本第十章编写了一个表达式树的类，其中的思路就是操作数一个栈，操作符一个栈来构造一棵二叉树。这个实验的思路就是一样利用表达式树的原理，

将输入的中缀表达式读取构建一棵二叉树，想要变成后缀表达式，其实就是将这颗二叉树后序遍历输出。

关键代码为：

ExpressionTree operand1,operand2;

char operator;

String tempToken;

Scanner parser = new Scanner(expression);

while(parser.hasNext()){

tempToken = parser.next();

operator=tempToken.charAt(0);

if ((operator == '+') || (operator == '-') || (operator=='*') ||

(operator == '/')){

if (ope.empty())

ope.push(tempToken);//当储存符号的栈为空时，直接进栈

else{

String a =ope.peek()+"";

if (((a.equals("+"))||(a.equals("-")))&&((operator=='*')||(operator=='/')))

ope.push(tempToken);//当得到的符号的优先级大于栈顶元素时，直接进栈

else {

String s = String.valueOf(ope.pop());

char temp = s.charAt(0);

operand1 = getOperand(treeExpression);

operand2 = getOperand(treeExpression);

treeExpression.push(new ExpressionTree

(new ExpressionTreeOp(1, temp, 0), operand2, operand1));

ope.push(operator);

}//当得到的符号的优先级小于栈顶元素或者优先级相同时时，数字栈出来两个运算数，形成新的树进栈

}

}

else

treeExpression.push(new ExpressionTree(new ExpressionTreeOp

(2,' ',Integer.parseInt(tempToken)), null, null));

}

while(!ope.empty()){

String a = String.valueOf(ope.pop());

operator = a.charAt(0);

operand1 = getOperand(treeExpression);

operand2 = getOperand(treeExpression);

treeExpression.push(new ExpressionTree

(new ExpressionTreeOp(1, operator, 0), operand2, operand1));

}

return treeExpression.peek();

}

public String getTree()

{

return (treeExpression.peek()).printTree();

}

public int getResult(){

return treeExpression.peek().evaluateTree();

}

public String PostOrder(){

Iterator iterator = treeExpression.peek().iteratorPostOrder();

String result="";

for (;iterator.hasNext();)

result +=iterator.next()+" ";

return result;

}

实验二 树-5-二叉查找树

实验要求内容

完成PP11.3,对于二叉查找树的链表实现，请实现removeMax、findMin和findMax等操作。

提交测试代码运行截图，要全屏，包含自己的学号信息

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实验过程及结果

public T removeMin() throws EmptyCollectionException

{

T result = null;

if (isEmpty())

throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");

else

{

//如果根元素没有左孩子，根就是最小的元素，根元素变为原根元素的右孩子

if (root.left == null)

{

result = root.element;

root = root.right;

}

//如果根有左孩子

else

{

BinaryTreeNode parent = root;

BinaryTreeNode current = root.left;

while (current.left != null)

{

parent = current;

current = current.left;

}

result = current.element;

parent.left = current.right;

}

modCount--;

}

return result;

}

public T removeMax() throws EmptyCollectionException

{

T result = null;

if (isEmpty())

throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");

else

{

//如果没有右孩子

if (root.right == null)

{

result = root.element;

root = root.left;

}

//如果有右孩子

else

{

BinaryTreeNode parent = root;

BinaryTreeNode current = root.right;

while (current.right != null)

{

parent = current;

current = current.right;

}

result = current.element;

parent.right = current.left;

}

modCount--;

}

return result;

}

public T findMin() throws EmptyCollectionException

{

T result = null;

if (isEmpty())

throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");

else

{

if (root.left == null)

{

result = root.element;

}

else

{

BinaryTreeNode parent = root;

BinaryTreeNode current = root.left;

while (current.left != null)

{

parent = current;

current = current.left;

}

result = current.element;

}

}

return result;

}

public T findMax() throws EmptyCollectionException

{

T result = null;

if (isEmpty())

throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");

else {

if (root.right == null)

{

result = root.element;

}

else

{

BinaryTreeNode parent = root;

BinaryTreeNode current = root.right;

while (current.right != null)

{

parent = current;

current = current.right;

}

result = current.element;

}

}

return result;

}

实验二 树-6-红黑树分析

实验要求内容

参考http://www.cnblogs.com/rocedu/p/7483915.html对Java中的红黑树(TreeMap，HashMap)进行源码分析，并在实验报告中体现分析结果。

(C:\Program Files\Java\jdk-11.0.1\lib\src\java.base\java\util)

实验过程及结果

Java中红黑树的分析：

TreeMap 是什么？

TreeMap 是一个有序的key-value集合，它是通过红黑树实现的。

TreeMap 继承于AbstractMap，所以它是一个Map，即一个key-value集合。

TreeMap 实现了NavigableMap接口，意味着它支持一系列的导航方法。比如返回有序的key集合。

TreeMap 实现了Cloneable接口，意味着它能被克隆。

TreeMap 实现了java.io.Serializable接口，意味着它支持序列化。

TreeMap基于红黑树(Red-Black tree)实现。该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。

TreeMap的基本操作 containsKey、get、put 和 remove 的时间复杂度是 log(n) 。

另外，TreeMap是非同步的。 它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fastl的。

这是大多数参考资料上给出的关于TreeMap的简介，但是里面还涉及到了很多的其他的有关概念，所以不太好理解,我也翻看了一些资料，在上面点击就可以查看。关于代码的理解可以看一下Java 集合系列12之 TreeMap详细介绍(源码解析)和使用示例

HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。

HashMap 继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。

HashMap 的实现不是同步的，这意味着它不是线程安全的。它的key、value都可以为null。此外，HashMap中的映射不是有序的。

HashMap 的实例有两个参数影响其性能：“初始容量” 和 “加载因子”。容量 是哈希表中桶的数量，初始容量 只是哈希表在创建时的容量。加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 rehash 操作(即重建内部数据结构)，从而哈希表将具有大约两倍的桶数。

通常，默认加载因子是 0.75, 这是在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销，但同时也增加了查询成本(在大多数 HashMap 类的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了这一点)。在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子，以便最大限度地减少 rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子，则不会发生 rehash 操作。

HashMap和TreeMap最本质的区别：

HashMap通过hashcode方法对其内容进行快速查找，而 TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序，如果你需要得到一个有序的结果你就应该使用TreeMap，因为HashMap中元素的排列顺序是不固定的。

实验过程中遇到的问题和解决过程

问题一：在实验二—2中，想要用迭代的方式继续处理左右子树，但是估计是参数写错了，于是出现了这样的错误。

问题一的解决方案：形参的编写一定要仔细，不然就很可能得不到正确的结果。肉眼难以找出自己的思路错误，于是进行了代码调试。

问题二：在实验二 树-4-表达式树中写的方法最开始是对于“/”操作符的放入是有问题的，就像：

所以判断是下面这段代码放入操作符的时候出现了问题。

if (((ope.peek().equals("+"))||(ope.peek().equals("-")))&&((operator=='*')||(operator=='/')))

ope.push(tempToken);

于是进行调试

问题二的解决方法：其实这个问题我之前一直都没有想明白，多亏了我机智聪明的队友，他又对代码进行了思考和调试，在他的指导下，我才发现错误的地方是

其他(感悟、思考等)

这次的实验有简单的也有困难的，发现自己有时候的思路真的挺奇葩的。对于第六个那种纯看文字学习的实验我有些转不动脑子，平常自学其实都用的是纸质课本，可以在上面勾勾画画，但看电脑我的思维就很容易跑偏，所以看了好几遍第六个实验，看来以后还是要多克服克服这种思维不集中的问题，提高一下学习的效率。还有要感谢一下队友的帮助，不然问题都还解决不了。

参考资料