B-树课程设计

1、-作者xxxx-日期xxxxB-树课程设计【精品文档】课程设计成果 学院: 计算机工程学院 班 级: 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位） 设计题目: B-树 完成日期： 年 月 日 指导教师评语: 成绩(五级记分制): 教师签名: 目 录1 需求分析11.1 系统目标11.2 主体功能11.3 开发环境12概要设计12.1 功能模块划分12.2 系统流程图23 详细设计33.1 数据结构33.2 模块设计44 测试7测试数据7测试结果75 总结10参考文献11附录 源程序代码12【精品文档】1 需求分析1.1 系统目标完成B-树的创建、查找、插入和删除。1.2 主体功能B-Trees是一类

2、满足特殊条件的M路查找树，它满足如下两个条件的M路查找树：1.所有叶节点的高度相同。2.除根之外的所有节点都是半满的，即该节点包含M/2或更多的值。3.树中每个节点都至多有M棵树。4.所有的叶子节点都出现在同一层，并且不带信息。5.所有的非终端节点中包含下列信息：(n,A0,K1,A1,K2,A2K3,A3.Kn,An)其中：Ki为关键字，且KiKi+1;Ai为指向自树的指针，且Ai-1所指子树中所有的节点的关键字均小于Ki,An所指子树中所有节点的关键字均大于Kn，n为关键字的个数。1.设计并实现B-Trees数据结构，包含其上的基本操作，如节点的插入和删除等。2.实现在B-trees树上的

3、查找操作。3.设计良好的运行界面，能够实现重复的操作。 1.3 开发环境开发系统：Windows 系统，处理器要求最低奔腾处理器，内存32m，建议在i5处理器，128m内存配置下调试。编译集成软件：Devc+开发软件。Devc+是一个强大的C/C+软件开发工具，操作简单，使用非常广泛，称为很多程序员的首选开发工具。2概要设计 2.1 功能模块划分主函数即main()函数，主要实现B-Trees的建立，建立一棵满足要求的4节B-Trres树。菜单介绍函数即meau（）函数，主要包括介绍各个功能的实现途径，并给操作者提供个操作界面。插入元素函数即insertbtree(b)函数，主要有用户通过界面

4、输入要插入的元素，首先判断要插入的元素是否已在B-Trees中，若不在则插入之。删除函数即deletetree(b)函数，首先判断要删除的元素是否在B-Trees中若在该B-Trees中则删除。查找函数即searchbtree(b)函数，由用户通过界面输入一个元素，查找该元素是否在该B-Trees中，若在就输出它在节点的位置。图2.1 主函数流程图2.2 系统流程图图2.2 主程序流程图B-树的主程序流程如图所示图2.3 主程序流程图3 详细设计3.1 数据结构B-树的数据类型：typedef struct BTNode int keynum; /结点中关键字的个数，即结点的大小 struct

5、 BTNode *parent; /指向双亲指针int keym+1; /关键字向量struct BTNode *ptrm+1; /子树指针向量BTNode 模块设计B-树插入新元素模块如图3.2所示。图3.2 B-树插入元素函数流程图B-树删除元素模块如图3.3所示。图3.3 B-树删除元素函数流程图B-树查找模块如图3.4所示。图3.4 B-树查找元素模块流程图B-树查找模块如图3.4所示。图 B-树查找元素模块流程图4 测试图表 4-1序号数据内容说明显示截图13查找，要查元素在B-树中25查找，要查元素不在B-树中332插入，插入元素不在B树中442插入，插入元素在B-树中561删除，

6、删除元素在B-树中651删除，删除元素不在B-树中界面主菜单运行结果如图4.1所示。图4.1 主界面运行查询B-树中元素运行结果分两种可能一是要查元素在B-树中，另一种是不在。要查元素在B-树中的运行结果如图4.2所示。图4.2 查找B-树已有元素要查不在元素在B-树中的运行结果如图4.3所示。图4.3 查找B-树中没有元素插入B-树中元素运行结果分两种可能一是要查元素在B-树中，另一种是不在。要插入的元素在B-树中的运行结果如图4.4所示。图4.4 插入B-树已有元素要插入的元素不在B-树中的运行结果如图4.5所示。图4.5 插入B-树中没有元素插入B-树中元素运行结果分两种可能一是要查元素

7、在B-树中，另一种是不在。要删除的元素在B-树中的运行结果如图4.6所示。图4.6 删除B-树中已有元素要删除的元素不在B-树中的运行结果如图4.7所示。图4.7 删除B-树中没有元素退出B-树中元素的运行结果如图4.8所示。图4.8 退出运行主界面5 总结历时两周的课程设计终于结束了，对于课程设计：首先，关于程序方面，我发现即使对设计思路有了眉目，知道了所要用到的B-树的一些知识，但是要把这些写成函数代码，其实还是一件非常不容易的事情。再加上要完善设计思路，构造整个程序框架在内，都是一件工作量非常大的工作。幸好，有很多资料可以在网路上搜到。所以课程设计的第一天，我们搜集了很多关于B-树的资料

8、，包括几种不同思路的程序代码，以及程序流程。然后我们的工作就变成：尽量看懂并整理这些代码，然后再其基础上筛选需要的功能，按照自己的意愿来修改与完善。在操作界面的人性化上，我倒尽可能的做得很完善，无论从美观角度还是方便清楚操作，都实行了非常人性化的方式。因为通常清楚程序的人，知道怎么操作以及该输入什么，而不清楚的人却有很大可能在细节方面输入错误导致程序运行失败，或是根本不知道应该怎么输入。所以，尽可能的人性化的设计是非常有必要的，让不懂程序的人也可以正确的操作运行。在调试程序的过程中，遇到了许多常识性的问题，通过不断的调试、改进，最终使程序能够运行，并且得到正确的运行结果。在这个过程中，能够不断

9、地发现问题，并且自己独立的去解决多遇到的问题，这是课程设计过程中所不可缺少的精神。 最后，做再次一下总结。程序方面仍有为解决的问题，希望即便课设之后也可以努力将问题解决掉。然后B-树的算法中，有些知道怎么做却很难清楚回答出来的问题，希望可以再好好的查找一下相关资料，将知识系统化、理论化、规范化。参考文献1顾泽元，刘文强编.数据结构.北京：北京航空航天大学出版社，2011年. 2李素若，陈万华，游明坤编.数据结构（C语言描述），中国水利水电出版社，2014年.3李素若，陈万华，游明坤编.数据结构习题解答及上机指导，中国水利水电出版社，2014年.4谭浩强编.C语言设计.清华大学出版社，2011年

10、. 附录 源程序代码#include #include #include #define m 4 /B-树的阶，设定为4 #define max 32767 typedef struct BTNode int keynum; /结点中关键字的个数，即结点的大小 struct BTNode *parent; /指向双亲指针int keym+1; /关键字向量struct BTNode *ptrm+1; /子树指针向量BTNode,*BTree; /定义B-树的节点结构int data20=3,24,45,27,53,90,50,61,70,100,12,37,85,105,108,113,121

11、,124,138,135; BTree T,R,R1; int rag; BTree searchtree(int k) /查找建树时要插入元素的位置 int j; BTree p1,q1; p1=T; while(p1) for(j=1;jkeyjk) break; q1=p1;p1=p1-ptrj-1; rag=j-1; return q1; void search(BTree p2,int a) int j; for(j=1;jkeyja) break; rag=j-1; void zimeau() /介绍菜单 printf(ttn); printf(tt菜单简介n); printf(t

12、tn); printf(tt1.查询结点信息n); printf(tt2.插入新的结点n); printf(tt3.删除结点n); printf(tt4.退出n); printf(ttn); int searchbtree(int k) /查询要查元素在树中，若树中有该元素则打印否则打印说明无 int i,found=0; BTree p; p=T; while(!found)&(p-ptr0!=NULL) for(i=1;im;i+) if(kkeyi) break; if(p-keyi=k) found=1; else p=p-ptri-1; if(p-ptr0=NULL) for(i=1

13、;im;i+) if(kkeyi) break; if(p-keyi=k) found=1; if(found=0) printf(tt此元素不在该B-树中n); else printf(tt此元素元素在该B-树中n); printf(tt该元素是B-树中结点的第%d元素n,i); return found; void insertbtree(int x) /插入元素函数 int j,finished,s; BTree q,p; finished=0; q=searchtree(x); /查找要插入元素在B-树中的位置while(!finished) if(q-keynum=0) /当要插入的

14、元素所在结点是根节点,且为新申请的根结点 q-ptr0=p;q-ptr1=R;q-key1=x; q-keynum+;p-parent=q;R-parent=q; else if(q-keynum!=0)&(q-ptr0!=NULL)/当要插入的元素所在结点是中间的结点x for(j=3;jrag;j-) q-keyj+1=q-keyj;q-ptrj+1=q-ptrj; q-ptrj+1=R;R-parent=q;q-keyj+1=x;q-keynum+; else /当插入的元素所在结点是最下层的结点时 for(j=3;jrag;j-) q-keyj+1=q-keyj; q-keyj+1=x

15、;q-keynum+; finished=0; if(q-keynumkeys;q-keys=max;q-keynum=s-1; R=(BTNode*)malloc(sizeof(BTNode); /新申请一个结点来存放分裂的另一部分数据R-key1=q-keys+1; for(j=2;jkeyj=max;R-ptrj=NULL; R-ptr0=q-ptrs;R-ptr1=q-ptrs+1; R-keynum=1;q-keys+1=max;p=q;q=q-parent; if(!q) R1=(BTNode*)malloc(sizeof(BTNode); /新申请一个节点作为根节点T=q=R1;

16、 q-keynum=0;q-parent=NULL; for(j=1;jkeyj=max; for(j=0;jptrj=NULL; else search(q,x); /在一个结点中查找要插入元素的位置 void deletetree1(BTree q,int j) /当要删除的节点是终端结点,j是要删除元素是节点的地几个元素 int i,h; BTree p,q0,q1; p=q-parent; for(h=0;hptrh=q) break; if(h=0) q1=p-ptrh+1; else q0=p-ptrh-1;q1=p-ptrh+1; if(q-keynum=m/2) /当节点的数目

17、不小于m/2 for(i=j;ikeyi=q-keyi+1; else if(q-keynumkeynum=2|q1-keynum=2) /当结点的数目少于m/2但其左兄弟或右兄弟的结点数目大于时 if(q1-keynum=m/2) /右兄弟时 q-keyj=p-keyh;p-keyh=q1-key0; for(i=0;ikeyi=q1-keyi+1; q1-keynum-; else /左兄弟时 q-keyj=p-keyh;p-keyh=q0-keyq0-keynum; q0-keyq0-keynum=q0-keyq0-keynum+1;q0-keynum-; else /当结点的数目少于m

18、/2且其左兄弟和右兄弟的结点数目小于时 if(h=0) /当该节点只有有兄弟时 q-key1=p-key1;q-key2=q1-key1;q-keynum=2;free(q1); for(i=1;ikeyi=p-keyi+1;p-keyi=p-keyi+1; p-keynum-; else /当该节点有左兄弟时 q-key1=p-keyh;q-key2=q0-key1;q-keynum=2;free(q0); for(i=1;ikeyi=p-keyi+1; p-ptri=p-ptri+1; p-keynum-; void deletetree2(BTree q,int j) /要插入节点是非终

19、端结点 BTree p; p=q; while(q-ptr0)/找终端结点q=q-ptrj; if(q-ptr0!=NULL) q=q-ptr0; q=q-parent;p-keyj=q-key1; deletetree1(q,1); void deletetree(int k) int i,found=0; BTree p; p=T; while(!found)&(p-ptr0!=NULL) /找到要插入节点的位置 for(i=1;im;i+) if(kkeyi) break; if(p-keyi=k) found=1; else p=p-ptri-1; if(p-ptr0=NULL) fo

20、r(i=1;im;i+) if(kkeyi) /找到要插入节点的位置break; if(p-ptr0=NULL) deletetree1(p,i); /当要删除元素是终端结点else deletetree2(p,i); /当插入节点不是终端结点 int searchbtree1(int k) /查询要删除元素是否在树中int i,found=0; BTree p; p=T; while(!found)&(p-ptr0!=NULL) for(i=1;im;i+) if(kkeyi) break; if(p-keyi=k)found=1; else p=p-ptri-1; if(p-ptr0=NU

21、LL) for(i=1;im;i+) if(kkeyi) break; if(p-keyi=k) found=1; /返回值，1代表该元素在B-树中可以删除否则无法删除return found; int rumeau() /提供给读者自己的选择 int c; printf(tttt请输入您的选择：); scanf(%d,&c); return c; void meau() /菜单选项函数 int a,b,rate; printf(tt%c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %cn,3,3,3,3,3,3,3,

22、3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3); do zimeau(); printf(tt%c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %c %cn,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3); a=rumeau(); /子菜单switch(a) case 1:system(cls); printf(tt请输入要查找的元素:); scanf(%d,&b); rate=searchbtree(b); /在B-树中查找元素函数break; case 2:syst

23、em(cls); printf(tt请输入要插入的元素:); scanf(%d,&b); rate=searchbtree(b); /查询要插入的元素是否在该B-树中if(rate=0) printf(tt该元素不在此B-树中，故可插入之); insertbtree(b); /插入新元素函数 else printf(tt该元素已在B-树中，不需要再插入n); break; case 3:system(cls); printf(tt请输入要删除的元素:); scanf(%d,&b); rate=searchbtree1(b); if(rate=0) printf(tt由于该元素不在此B-树中，故

24、无法删除n); else printf(tt该元素在此B-树中，可删除n); deletetree(b); /删除B-树中的元素调用函数 break; while(a!=4); void main() int x,i,finished,s,j; BTree q,p; system(color 1B); /背景颜色显示函数T=(BTNode*)malloc(sizeof(BTNode);T-keynum=0; for(i=0;ikeyi+1=datai;T-keynum+; T-key4=max; for(i=0;iptri=NULL; T-parent=NULL; for(i=3;ikeynum=0