1、数据结构课程设计排序数据结构课程设计排序综合学生姓名： 学生学号： 院（系）： 计算机科学与信息技术学院 年级专业： 指导教师： 付丹丹 二一一 年 十二 月题目排序综合1、课程设计的目的1)使学生进一步理解和掌握课堂上所学各种基本抽象数据类型的逻辑结构、存储结构和操作实现算法，以及它们在程序中的使用方法。2)使学生掌握软件设计的基本内容和设计方法，并培养学生进行规范化软件设计的能力。3） 使学生掌握使用各种计算机资料和有关参考资料，提高学生进行程序设计的基本能力。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）问题描述：用程序实现多种排序算法基本要求：利用随机函数产生N个随机整
2、数（20000以上），对这些数进行多种方法进行排序。要求：至少采用三种方法实现上述问题求解（提示，可采用的方法有插入排序、希尔排序、起泡排序、快速排序、选择排序、堆排序、归并排序）。如果采用4种或4种以上的方法者，可适当加分。3、主要参考文献1刘大有等，数据结构（C语言版），高等教育出版社2严蔚敏等，数据结构（C语言版），清华大学出版社3William Ford，William Topp，Data Structure with C+清华大学出版社4苏仕华等，数据结构课程设计，机械工业出版社4、课程设计工作进度计划第1天 完成方案设计与程序框图 第2、3天 编写程序代码第4天 程序调试分析和结果
3、第5天课程设计报告和总结学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日课程设计成绩评定表题目名称排序综合评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获
4、取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科
5、学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩摘 要数据结构是由数据元素依据某种逻辑联系组织起来的。对数据元素间逻辑关系的描述称为数据的逻辑结构；数据必须在计算机内存储，数据的存储结构是数据结构的实现形式，是其在计算机内的表示；此外讨论一个数据结构必须同时讨论在该类数据上执行的运算才有意义。在许多类型的程序的设计中，数据结构的选择是一个基本的设计考虑因素。许多大型系统的构造经验表明，系统实现的困难程度和系统构造的质量都严重的依赖于是否选择了最优的数据结构。许多时候，确定了数据结构后，算法就容易得到了。有些时候事情也会反过来，我们根据特定算法来选择数据结构与之适应。不论哪种情况，选择
6、合适的数据结构都是非常重要的。排序算法是数据结构学科经典的内容，其中内部排序现有的算法有很多种，其中包含冒泡排序，直接插入排序，简单选择排序，希尔排序，快速排序，堆排序等，各有其特点。对排序算法比较的分析可以遵循若干种不同的准则，通常以排序过程所需要的算法步数作为度量，有时也以排序过程中所作的键比较次数作为度量。特别是当作一次键比较需要较长时间，例如，当键是较长的字符串时，常以键比较次数作为排序算法计算时间复杂性的度量。当排序时需要移动记录，且记录都很大时，还应该考虑记录的移动次数。究竟采用哪种度量方法比较合适要根据具体情况而定。在下面的讨论中我们主要考虑用比较的次数作为复杂性的度量。1概要1
7、.1设计目的数据结构与算法课程主要是研究非数值计算的程序设计问题中所出现的计算机操作对象以及它们之间的关系和操作的学科。数据结构是介于数学、计算机软件和计算机硬件之间的一门计算机专业的核心课程，它是计算机程序设计、数据库、操作系统、编译原理及人工智能等的重要基础，广泛的应用于信息学、系统工程等各种领域。学习数据结构与算法是为了将实际问题中涉及的对象在计算机中表示出来并对它们进行处理。通过课程设计可以提高学生的思维能力，促进学生的综合应用能力和专业素质的提高。1）本演示程序对以下6种常用的内部排序算法进行实测比较：冒泡排序，直接插入排序，简单选择排序，快速排序，希尔排序，堆排序；2）待排序表的元
8、素的关键字为整数。比较的指标为有关键字参加的比较次数和关键字的移动次数（关键字交换记为3次移动）；3）演示程序以以用户和计算机的对话方式执行，在计算机终端上显示提示信息，对随机数组进行排序，并输出比较指标值；4）最后对结果作出简单分析。1.2预期目标按要求输入不同的操作。输入后，根据不同的输入进行不同的操作，最终达到对各算法进行比较的目的。通过此次课程设计主要达到以下目的了解并掌握数据结构与算法的设计方法，具备初步的独立分析和设计能力；初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等基本方法和技能；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；训练用系统的观点和软件开发一
9、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和作风。2排序算法 2.1各排序算法的特点1）冒泡排序冒泡排序的基本概念是：依次比较相邻的两个数，将大数放在前面，小数放在后面。即首先比较第1个和第2个数，将大数放前，小数放后。然后比较第2个数和第3个数，将大数放前，小数放后，如此继续，直至比较最后两个数，将大数放前，小数放后，此时第一趟结束，在最后的数必是所有数中的最小数。重复以上过程，仍从第一对数开始比较（因为可能由于第2个数和第3个数的交换，使得第1个数不再大于第2个数），将大数放前，小数放后，一直比较到最小数前的一对相邻数，将大数放前，小数放后，第二趟结束，在倒数第二个数中得到
10、一个新的最小数。如此下去，直至最终完成排序。由于在排序过程中总是大数往前放，小数往后放，相当于气泡往上升，所以称作冒泡排序。2）直接插入排序每次从无序表中取出第一个元素，把它插入到有序表的合适位置，使有序表仍然有序。第一趟比较前两个数,然后把第二个数按大小插入到有序表中; 第二趟把第三个数据与前两个数从后向前扫描，把第三个数按大小插入到有序表中；依次进行下去，进行了(n-1)趟扫描以后就完成了整个排序过程。3）简单选择排序（1）在一组元素ViVn-1中选择具有最小排序码的元素（2）若它不是这组元素中的第个元素，则将它与这一组元素中的第一个元素对调；（3）在这组元素中剔除这个具有最小排序码的元素
11、，在剩下的元素Vi+1Vn-1中重复执行第（1）（2）步，直到剩余元素只有一个为止。4）快速排序首先检查数据列表中的数据数，如果小于两个，则直接退出程序。如果有超过两个以上的数据，就选择一个分割点将数据分成两个部分，小于分割点的数据放在一组，其余的放在另一组，然后分别对两组数据排序；5） 希尔排序先取一个正整数d1n，把所有序号相隔d1的数组元素放一组，组内进行直接插入排序；然后取d2d1，重复上述分组和排序操作；直至di=1，即所有记录放进一个组中排序为止；6) 堆排序堆排序是一树形选择排序，在排序过程中，将R1.N看成是一颗完全二叉树的顺序存储结构，利用完全二叉树中双亲结点和孩子结点之间的
12、内在关系来选择最小的元素；堆的定义: N个元素的序列K1，K2，K3，.，Kn.称为堆，当且仅当该序列满足特性：KiK2i Ki K2i+1(1 I N/2)；2.2各算法的比较方法1.稳定性比较 插入排序、冒泡排序、简单选择排序及其他线形排序是稳定的 希尔排序、快速排序、堆排序是不稳定的2.时间复杂性比较 插入排序、冒泡排序、选择排序的时间复杂性为O(n2) 其它非线形排序的时间复杂性为O(nlog2n) 线形排序的时间复杂性为O(n);3.辅助空间的比较 线形排序的辅助空间为O(n),其它排序的辅助空间为O(1);4.其它比较插入、冒泡排序的速度较慢，但参加排序的序列局部或整体有序时，这种
13、排序能达到较快的速度。反而在这种情况下，快速排序反而慢了。当n较小时，对稳定性不作要求时宜用选择排序，对稳定性有要求时宜用插入或冒泡排序。若待排序的记录的关键字在一个明显有限范围内时,且空间允许是用桶排序。当n较大时，关键字元素比较随机，对稳定性没要求宜用快速排序。当n较大时，关键字元素可能出现本身是有序的，对稳定性有要求时，空间允许的情况下，宜用归并排序。当n较大时，关键字元素可能出现本身是有序的，对稳定性没有要求时宜用堆排序 一、需求分析利用随机函数产生N个随机整数（N = 500，1000，1500，2000，2500，,30000），利用直接插入排序、折半插入排序，起泡排序、快速排序、
14、选择排序、堆排序，基数排序七种排序方法（可添加其它排序方法）进行排序（结果为由小到大的顺序），并统计每一种排序所耗费的时间（统计为图表坐标形式）。二、程序的主要功能1.用户输入任意个数，产生相应的随机数2.用户可以自己选择排序方式（直接插入排序、折半插入排序、起泡排序、快速排序、选择排序、堆排序、基数排序）的一种3.程序给出原始数据、排序后从小到大的数据，并给出排序所用的时间。三、程序运行平台Visual C+ 6.0版本四、数据结构本程序的数据结构为线形表，线性顺序表、线性链表。1、结构体： typedef struct int *r; /r指向线形表的第一个结点。 r0闲置，不同的算法有不
15、同的用处，如用作哨兵等。 int length; /顺序表的总长度Sqlist;2、空线性表Status InitSqlist(Sqlist &L) L.r=(int *)malloc(MAXSIZE*sizeof(int); /分配存储空间 if(!L.r) printf(存储分配失败！); exit(0); /存储分配失败 L.length=0;/初始长度为0 return OK;五、算法及时间复杂度（一）各个排序是算法思想：（1）直接插入排序：将一个记录插入到已排好的有序表中，从而得到一个新的，记录数增加1的有序表。（2）折半插入排序：插入排序的基本插入是在一个有序表中进行查找和插入，这
16、个查找可利用折半查找来实现，即为折半插入排序。（3）起泡排序：首先将第一个记录的关键字和第二个记录的关键字进行比较，若为逆序，则将两个记录交换，然后比较第二个记录和第三个记录的关键字。依此类推，直到第N-1和第N个记录的关键字进行过比较为止。上述为第一趟排序，其结果使得关键字的最大纪录被安排到最后一个记录的位置上。然后进行第二趟起泡排序，对前N-1个记录进行同样操作。一共要进行N-1趟起泡排序。（4）快速排序：通过一趟排序将待排记录分割成独立的两部分，其中一部分记录的关键字均比另一部分记录的关键字小，则可分别对这两部分记录继续进行排序，已达到整个序列有序。（5）选择排序：通过N-I次关键字间的
17、比较，从N-I+1个记录中选出关键字最小的记录，并和第I（1=I=N）个记录交换。（6）堆排序：在堆排序的算法中先建一个大顶堆，既先选得一个关键字作为最大的记录并与序列中最后一个记录交换，然后对序列中前N-1记录进行选择，重新将它调整成一个大顶堆，如此反复直到排序结束。（7）基数排序：按最低位优先法先对低位关键字进行排序，直到对最高位关键字排序为止，经过若干次分配和收集来实现排序（二）时间复杂度分析排序算法 最差时间时间复杂度 是否稳定？插入排序 O(n2)O(n2) 稳定 冒泡排序O(n2)O(n2) 稳定 快速排序O(n2)O(n*log2n) 不稳定 选择排序O(n2)O(n2) 稳定
18、堆排序O(n*log2n) O(n*log2n) 不稳定 基数排序O(n*log2n)O(n2)稳定六、测试用例1、首先选择需要排序的数字个数，比如输入5000。2、系统显示出随机产生的随机数。 用户选择排序方式，比如选择1.直接插入排序3、系统将随机数排序后整齐的显示出来。4、用户可以选择继续排序或者退出系统。七、程序源代码/*设计要求：利用随机函数产生N个随机整数（N = 500，1000，1500，2000，2500，,30000），利用直接插入排序、折半插入排序，起泡排序、快速排序、|选择排序、堆排序，基数排序七种排序方法进行排序*/（程序代码内容需学生自行编写，并于2011年12月30日前由班长收齐，送交计算机楼403，本课程设计成绩将被记入期末考试成绩）
