HIT-哈工大数据结构-作业5（C++）

文件说明

文件名	数据生成.cpp	test.cpp	BST.h	BST.cpp
文件内容	用于生成测试数据的程序	折半查找和测试主程序	BST类声明	BST类实现

1．设计 BST 的左右链存储结构，并实现 BST 插入（建立）、删除、查找和排序算法。

设计的BST类

#pragma once
#include<fstream>
using namespace std;
#include<string>
#define max 10000typedef struct celltype {int data;celltype* lchild, * rchild;
}BSTNode;//存储结构
typedef BSTNode* BSTREE;
class BST {
public:BST(string filename);//输入文件名构建查找树int bst_insert(BSTREE &T,int k);//插入函数BSTREE bst_search(int k, int& len);//查找int delete_(BSTREE &BT);//辅助删除函数，用于处理继承节点void bst_delete(BSTREE& BT,int k);//删除函数void visit(BSTREE T);//访问节点函数void bst_sort(BSTREE BT);//排序，实质上就是中序遍历void search_cost();//计算平均查找长度查找，只适用于特定数据序列类型public:BSTREE T;//二叉查找树double len_s;//平均查找成功次数double len_f;//平均查找失败长度int f_data[max];//用于保存文件输入流的数据int total;//总结点数
};

插入和建立：

BST::BST(string filename)//输入文件名构建查找树
{ifstream ifs(filename, ios::in);//以读方式打开图文件if (!ifs.is_open()){cout << "文件打开失败" << endl;return;}int num;//输入流承载体int i = 0;total = 0;while (ifs >> num) {//读取文件进数组f_data[i++] = num;}for (int j = 0; j < i; j++)bst_insert(T, f_data[j]);//逐个插入
}int BST::bst_insert(BSTREE &BT,int k)//插入函数
{if (BT == NULL) {//根节点为空BT = new BSTNode;BT->data = k;BT->lchild = NULL;BT->rchild = NULL;total++;return 1;//创建成功，返回1}else if (k == BT->data)return 0;//存在相同关键字，插入失败else if (k < BT->data)//左小return bst_insert(BT->lchild, k);else//右大return bst_insert(BT->rchild, k);
}

查找

BSTREE BST::bst_search(int k, int& len)//查找
{BSTREE p = T;while (p) {len++;if (k == p->data) {cout<< "找到元素:" << p->data <<endl;return p;//找到直接返回}if (k > p->data)p = p->rchild;elsep = p->lchild;}if (p == NULL)cout << "没找到该元素" <<k<< endl;return p;//查找失败返回空
}

删除

int BST::delete_(BSTREE &BT)//辅助删除函数，用于处理继承节点
{//目的是找到中序遍历，ABC,用A中最后一个元素或C中第一个元素替换掉Bint tmp;//这里是找到右边的最小节点if (BT->lchild == NULL) {//没有左子树，是最小的节点tmp = BT->data;BT = BT->rchild;//替换return tmp;}//T就是最小else return delete_(BT->lchild);//有左子树，一直往左下找
}//因为是多重递归，要用return才能返回值到最开始调用函数中void BST::bst_delete(BSTREE& BT,int k)//删除函数
{if (BT != NULL) {if (k < BT->data)bst_delete(BT->lchild, k);//一直往下查找else if (k > BT->data)//不能直接用search，因为返回的是局部变量，如果返回引用的话，又会导致头节点变化bst_delete(BT->rchild, k);else//找到待删除节点if (BT->rchild == NULL) {//右子树为空cout << "成功删除元素：" << BT->data << endl;BT = BT->lchild;total--;}else if (BT->lchild == NULL) {//左子树为空cout << "成功删除元素：" << BT->data << endl;BT = BT->rchild;total--;}else {cout << "成功删除元素：" << BT->data << endl;BT->data = delete_(BT->rchild);total--;}}
}

排序

void BST::visit(BSTREE BT)//访问节点函数
{cout << BT->data << " ";
}void BST::bst_sort(BSTREE BT)//排序，实质上就是中序遍历
{int i = 0;if (BT != NULL) {bst_sort(BT->lchild);visit(BT);bst_sort(BT->rchild);}
}

统计查找长度

void BST::search_cost()//只适用于特定数据序列类型
{int s = 0;//查找成功节点个数int sl = 0;//查找成功总长度int f = 0;//查找失败节点个数int fl = 0;//查找失败总长度for (int i = 0; i <= 2048; ++i) {if (i % 2) {//奇数s++;bst_search(i, sl);}else {f++;bst_search(i, fl);}}len_s = (double)sl / s;len_f = (double)fl / f;cout << "查找成功的平均查找长度为：" << len_s << endl;cout << "查找失败的平均查找长度为：" << len_f << endl;}

建立、插入、查找、删除、排序：

使用数据：（生成源程序下面有）

测试代码：

int main(void) {//测试BST——————————————————BST T1("input1.txt");cout<<"初始总节点数为" << T1.total << endl;int len = 0;T1.bst_search(2047, len);//查2047T1.bst_delete(T1.T,5);//先删5cout << "删除5后总节点数为" << T1.total << endl;int i = 0;T1.bst_search(5,i);//再找5T1.bst_insert(T1.T, 4);//再插入4cout << T1.total << endl;cout << "插入4后总节点数为" << T1.total << endl;T1.bst_sort(T1.T);//T1.search_cost();
}

测试结果：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-23axrooo-1677332245602)(2022120067-刘虹志-作业5.assets/1.png)]

2．实现折半查找算法。

代码：

int Bin_Search(int a[], int n, int key, int& len) {//折半查找int low = 0, high = n, mid;//这里直接传入BST类中的f_data数组就行了while (low <= high) {mid = (low + high) / 2;len++;if (a[mid] == key)return mid;//返回数组下标else if (a[mid] > key)high = mid - 1;elselow = mid + 1;}return -1;
}

**3．实验比较：设计并产生实验测试数据，考察比较两种查找方法的时间性能，并与理论结果进行比较。以下具体做法可作为参考： **

（1）第 1 组测试数据： n=1024 个已排序的整数序列（如 0 至 2048 之间的奇数）；第 2 组测试数据：第 1 组测试数据的随机序列。

生成测试数据：

#include<iostream>
#include<fstream>
#include<cstdlib>
#include <time.h>
using namespace std;
#define max 2048//生成0到2048的奇数序列
int main() {ofstream ofs1("input1.txt");int data[max];int total = 0;for (int i = 0; i <= max; ++i) {if (i % 2) {//第一组。有序奇数序列data[total++] = i;ofs1 << i << " ";//用空格、制表符、或者换行来分割数据，方便输入流读取}}ofs1.close();//第二组。无序奇数序列，把data打乱再输出就行了ofstream ofs2("input2.txt");srand((int)time(NULL));//随机数种子for (int i = 0; i < total; i++) {int index = rand() % total;swap(data[i], data[index]);}while (total--) {ofs2 << data[total] << " ";}ofs2.close();
}

输出结果：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5scLLRdd-1677332245602)(2022120067-刘虹志-作业5.assets/IL%RVW92PBRB{CFR[0M94_W.png)]

**（2）以上述两组测试数据作为输入，分别建立 BST 查找结构。 **

建立代码

 BST T1("input1.txt");BST T2("input2.txt");

文件存放位置

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-exVtMA9D-1677332245603)(2022120067-刘虹志-作业5.assets/图片1.png)]

**（3）编写程序计算所建的两棵 BST 的查找成功和查找失败的平均查找长度（主要是改造 Search 算法，对“比较”进行计数），并与理论结果比较。 **

n=1024 个已排序的整数序列测试代码;

 BST T1("input1.txt");T1.search_cost();

实验结果：

n=1024 个已排序的整数序列

实际结果为

查找成功的平均查找长度为：512.5
查找失败的平均查找长度为：512.999

与理论结果相符合

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZpSqMkrK-1677332245603)(2022120067-刘虹志-作业5.assets/图片2.png)]

n=1024 个随机的整数序列测试代码;

 BST T2("input2.txt");T2.search_cost();

实验结果：

n=1024 个随机的整数序列

实际结果为

查找成功的平均查找长度为：11.8633
查找失败的平均查找长度为：12.8507

与理论结果相符合

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YnqhBnc8-1677332245604)(2022120067-刘虹志-作业5.assets/[DW6%XYG}22C]EH4ZDQH7ST.png)]

（4）分别以上述 BST 查找结构的中序遍历序列作为折半查找算法的输入，编写程序分别计算折半查找的查找成功和查找失败的平均查找长度，并与理论结果比较。

中序遍历测试代码：

 BST T1("input1.txt");cout <<endl<< "T1的中序序列" << endl;T1.bst_sort(T1.T);BST T2("input2.txt");cout << endl << "T2的中序序列" << endl;T2.bst_sort(T2.T);

结果：二者的中序序列完全相同

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2w0qMpIm-1677332245604)(2022120067-刘虹志-作业5.assets/3.png)]

前面已经证明顺序和乱序整数序列的中序输出一样，这里就只用计算一次平均查找长度

折半查找计算长度代码;

 BST T1("input1.txt");int sl = 0;//查找成功总长度int s = 0;//查找成功元素个数int fl = 0;//查找失败总长度int f = 0;//查找失败元素个数for (int i = 0; i <= 2048; ++i) {if (i % 2) {//奇数s++;Bin_Search(T1.f_data, T1.total - 1, i, sl);}else {//偶数f++;Bin_Search(T1.f_data, T1.total - 1, i, fl);}}double len_s = (double)sl / s;double len_f = (double)fl / f;cout << "查找成功的平均查找长度为：" << len_s << endl;cout << "查找失败的平均查找长度为：" << len_f << endl;

折半查找结果：

实际结果

查找成功的平均查找长度为：9.01172
查找失败的平均查找长度为：10.002

与最好情况下的折半查找理论长度基本相同

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mo7Zl9DF-1677332245604)(2022120067-刘虹志-作业5.assets/4.png)]

（5）以上实验能否说明：就平均性能而言，BST 的查找与折半查找差不多，为什么？

在随机数组情况下，BST的平均查找长度和折半查找差不多，时间效率都为O(logn)。

在有序数组的情况下，BST可能会形成一颗很长的右斜树或者左斜树，这时的时间效率就就和随机情况下差距很大了。

ouble)sl / s;
double len_f = (double)fl / f;
cout << “查找成功的平均查找长度为：” << len_s << endl;
cout << “查找失败的平均查找长度为：” << len_f << endl;


折半查找结果：实际结果查找成功的平均查找长度为：9.01172
查找失败的平均查找长度为：10.002与最好情况下的折半查找理论长度基本相同[外链图片转存中...(img-mo7Zl9DF-1677332245604)]**（5） 以上实验能否说明：就平均性能而言，BST 的查找与折半查找差不多，为什么？**在随机数组情况下，BST的平均查找长度和折半查找差不多，时间效率都为O(logn)。在有序数组的情况下，BST可能会形成一颗很长的右斜树或者左斜树，这时的时间效率就就和随机情况下差距很大了。但是实际上有序数组很少出现，考虑大部分情况，可以认为平均性能上，BST的查找与折半查找差不多。

HIT-哈工大数据结构-作业5（C++）相关推荐

一元多项式式计算器（哈工大数据结构实验）
这是哈工大数据结构课的一个实验作业,试验结束了,终于可以发出来了. 实验要求: 实验 1 线性结构及其应用实验项目:线性表的链式存储结构与应用实验题目:一元多项式计算器实验内容: 设计线性表的动 ...
哈工大计算机网络-作业讲解
哈工大计算机网络作业例题等来源于哈工大李全龙老师,李全龙老师YYDS 计算机网络笔记我们知道分组交换网络中时延共有四种处理时延排队时延传输时延传播时延详细讲解
数据结构作业之输出树的每一条从根节点到叶节点的路径
数据结构作业,输出树的每一条从根节点到叶节点的路径 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> typedef struct tree {ch ...
数据结构作业9（清览题库）
数据结构作业9(清览题库) 主要涉及内容为:拓扑排序,关键路径,内排序等
HIT暑假python作业三《超级画板》
HIT暑假python作业三<超级画板> 作业上交版代码编译版程序运行效果**(运行时确保同目录下有文件夹img,里面有pen,eraser,plus,minus四个png图象,如果没 ...
HIT CSAPP大作业论文
计算机系统大作业题目程序人生-Hello's P2P 专业计算机类学号 1190201816 班级 1903012 学生樊红雨指导教师史先俊计算机科学与技术学院 20 ...
HIT计算机系统大作业2022
计算机系统大作业计算机科学与技术学院 2021年5月摘要学习计算机系统后,从底层对一个简单的Hello.c如何一步步编译,链接,加载,执行等进行浅层的描述. 关键词:计算机系统,底层. 目 ...
HIT 计算机系统大作业 Hello程序人生P2P
计算机系统大作业题目程序人生-Hello's P2P 专业人工智能(未来技术模块) 学号 7203610725 班级 2036014 学生黄鸿睿指导教师刘宏伟计算机科学 ...
【数据结构作业—01】用单循环链表解决约瑟夫问题
实验作业一:线性表(链表) 1. 用单循环链表解决约瑟夫问题. 问题描述: 一个旅行社要从n个旅客中选出一名旅客,为他提供免费的环球旅行服务.旅行社安排这些旅客围成一个圆圈,从帽子中取出一张纸条,用上 ...
数据结构作业（校园导航系统）
本人是一名暨南大学大二的学生,这是我的数据结构课程的一次编程作业,主要算法是弗洛伊德算法,希望各位大神多多指教. #include<stdio.h> #include<stdlib. ...

HIT-哈工大数据结构-作业5（C++）

HIT-哈工大数据结构-作业5（C++）相关推荐

最新文章

热门文章