数据结构课程设计(内部排序算法性能分析).doc

数据结构数据结构 课程设计报告课程设计报告 内部排序算法性能分析 内部排序算法性能分析 学生姓名 学生姓名 指导教师指导教师 所所 在在 系 系 所学专业 所学专业 年年 级级 目录目录 1 1 需求分析 需求分析 1 1 1 11 1 选题要求 选题要求 1 1 21 2 选题的意义及背景 选题的意义及背景 1 1 31 3 课程设计目标 课程设计目标 1 2 2 概要设计 概要设计 2 2 2 12 1 原始数据 原始数据 2 2 22 2 输出数据 输出数据 2 2 32 3 数据处理 数据处理 2 2 42 4 逻辑结构及物理结构 逻辑结构及物理结构 3 2 52 5 系统的模块划分及模块功能 系统的模块划分及模块功能 3 2 5 1 主程序模块 3 2 5 2 可排序表单元模块 3 2 62 6 模块的测试数据 模块的测试数据 4 3 3 详细分析 详细分析 5 5 4 4 调试分析 调试分析 6 6 5 5 用户手册 用户手册 9 9 6 6 测试结果 测试结果 1010 6 16 1 测试用例及选择原因测试用例及选择原因 10 6 26 2 测试结果测试结果 10 7 7 总结 总结 1212 8 8 参考文献 参考文献 1313 9 9 小组人员分工 小组人员分工 1313 致致 谢谢 1313 1 1 需求分析 需求分析 1 11 1 选题要求 选题要求 对各种排序算法进行定量的性能分析 1 21 2 选题的意义及背景 选题的意义及背景 排序是计算机程序设计中的一种重要操作 它的功能是将一个数据元素的 任意序列 重新排列成一个按关键字有序的序列 内部排序的方法很多 但是就其全面性能而言 很难提出一种被认为是最 好的方法 每一种方法都有各自的优缺点 适合在不同的环境下使用 如果按 排序过程中依据的不同原则对内部排序方法进行分类 则大致可分为插入排序 交换排序 选择排序 归并排序和记数排序等五类 此实验通过对起泡排序 直插排序 选择排序 快速排序 归并排序这几 种内部排序算法进行比较 能使我们更好的掌握这些排序的基本思想及排序算 法 通过该题目的设计过程 可以加深理解各种数据结构的逻辑结构 存储结 构及相应上运算的实现 进一步理解和熟练掌握课本中所学的各种数据结构 学会如何把学到的知识用于解决实际问题 培养我们的动手能力 1 31 3 课程设计目标 课程设计目标 本课程设计对以下内部排序算法进行比较 起泡排序 直插排序 选择排 序 快速排序 归并排序 待排序表的元素关键字为整数 用不同的测试数据做测试比较 比较的指 标为关键字的比较次数和关键字的移动次数 最后用图 表格数据汇总数据 以便对这些内部排序算法进行性能分析 2 2 概要设计 概要设计 2 12 1 原始数据 原始数据 用户输入记录的个数 数据由随机数产生器生成 2 22 2 输出数据 输出数据 产生的随机数分别用起泡排序 直插排序 选择排序 快速排序 归并排 序这些排序方法进行排序 输出关键字的比较次数和移动次数 2 32 3 数据处理 数据处理 主程序 产生 1 组 随机数 起泡 排序 直插 排序 快速 排序 归并 排序 选择 排序 记录关键字的比较 次数和移动次数 将随机数保 存在数组中 循环 50 次 输出关键字的比较次 数 移动次数的平均 值 2 42 4 逻辑结构及物理结构 逻辑结构及物理结构 以顺序表为存储结构 物理结构 typedef struct int key 关键字 ElemType typedef struct ElemType elem int length 数据元素个数 SqList 2 52 5 系统的模块划分及模块功能 系统的模块划分及模块功能 Main Select Sort Bubble Sort Insert Sort Quick Sort Merge Sort Output quick 系统分为两个模块 2 5 1主程序模块 void main 2 5 2可排序表单元模块 A 选择排序 void SelectSort SqList 问题解决 5 5 用户手册 用户手册 1 本程序的运行环境为 DOS 操作系统 2 进入演示程序后 即显示文本方式的用户界面 3 演示程序以人机对话的形式进行 只要输入记录的个数 程序便产生 50 组随机数 显示通过选择排序 起泡排序 直插排序 快速排序 归并排序 对随机数进行排序时 关键字的比较次数和移动次数的平均值 从而直观的比 较各种内部排序算法的优劣 6 6 测试结果 测试结果 6 16 1 测试用例及选择原因测试用例及选择原因 记录数分别输入 10 100 1000 之所以想用这三个记录数测试 是想测 试用选择排序 起泡排序 直插排序 快速排序 归并排序这五种排序方法 在记录较小和较大时 关键字的比较次数和移动次数 用以直观的分析它们的 性能 6 26 2 测试结果测试结果 测试的结果如下表 注 此数据为 50 组数据的平均值 记录数 的个数 关键字选择排序起泡排序直插排序快速排序归并排序 比较次数 36819403610 移动次数 1868121823 比较次数 4851980199624688100 移动次数 28173941564327409 比较次数 498501998001999848799841000 移动次数 297474959217535447685433 6 36 3 结论结论 关键字选择排序起泡排序直插排序快速排序归并排序记录数 比较次数较少最多最少较少较少 移动次数较少最多较少较少较少 较小 比较次数较少最多最少较少较少 移动次数最少最多较多较少较少 较大 由上表可以得出 1 选择排序的比较次数较少且为定值 但由于它在排序过程中要先查询 再 安置 所以性能上不够稳定 2 起泡排序的比较次数和移动次数在这五种排序方式中最多 所以起泡排序 的排序性能相对于其他排序要低好多 3 直插排序的比较次数和移动次数相比较于其他几种排序次数要少 所以效 率相比较而言较高 性能较高 且较稳定 从整体上来讲性能较其他几种排序 较高 4 快速排序在这几种排序当中从比较次数较少的 移动次数多于选择排序但 低于其他三种排序 且其过程是先定一个基准 大小各放一边 再分别对两边 多次操作 达到整体有序 所以性能上来看是最快最好的 但是不够稳定 5 归并排序的比较次数和移动次数相当 且较小 在记录数较大时 关键字 的比较次数和移动次数较少 在使用它对两个己有序的序列归并 将有无比的 优势 由此可见上述内部排序方法 每一种方法都有各自的优缺点 适合在不同的环 境下使用 通过这个结论 我们可以找到一些内部排序方法选择的规则 规则如下 1 当 n 较小时 可采用直接插入排序和直接选择排序 2 当记录规模小时 可选择直接插入排序 当记录规模大时 可选择直接选 择排序 因为直接插入排序所需的记录移动操作比直接选择排序多 3 当记录基本有序时 可采用直接插入排序和冒泡排序 4 当 n 较大时 可采用快速排序和归并排序 7 7 总结 总结 在这一周的数据结构课程设计中 我们的题目是 内部排序算法性能分析 通 过该课程设计 我们加深了对内部排序算法的理解 对内部排序算法的基本运算 的实现有所掌握 对课本中所学的各种数据结构进一步理解和掌握 学会了如何 把学到的知识用于解决实际问题 锻炼了自己动手的能力 一个人的力量是渺小的 在课程设计中我们学会了团结协作 在课程设计 时遇到了很多的问题 大家便一起讨论解决的方法 锻炼了我们的协作能力 为今后在学习工作中能更好的发展打下了坚实的基础 一周的课程设计很短暂 但其间的内容是很充实的 在其中我们学习到了 很多平时书本中无法学到的东西 积累了经验 锻炼了自己分析问题 解决问 题的能力 并学会了如何将所学的各课知识融会 组织 来配合学习 这一周 让我们受益匪浅 8 8 参考文献 参考文献 1 严蔚敏 吴伟民 数据结构 C 语言版 清华大学出版社 2009 2 严蔚敏 吴伟民 数据结构题集 C 语言版 清华大学出版社 2009 9 9 小组人员分工 小组人员分工 组长 王乐 组员 韩守飞 时良荣 分工 王 乐 主程序 归并排序 报告撰写 时良荣 选择排序 直插排序 数据记录 韩守飞 起泡排序 快速排序 数据记录 致致 谢谢 在这里感谢我们的指导老师陈少军老师 他在我们的课程设计过程中提出了指 导性的方案和架构 并在设计过程中不断指引我们发现错误 改正错误 并教 育我们要思路开阔 发散思维 考虑问题全面细致 并指引我们阅读相关的资 料和书籍 不断完善自己的程序 使我们的课程设计能够顺利完成 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀 螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁 薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿 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莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈 芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀