数据结构课程设计指导

1、数据结构课程设计任务书数据结构课程设计任务书一、设计目的一、设计目的熟悉各种数据结构和运算，会使用数据结构的基本操作解决一些实际问题。二、设计要求二、设计要求在本课程设计过程中要求学生：（1）重视课程设计环节，用严谨、科学和踏实的工作态度对待课程设计的每一项任务；（2）按照课程设计的题目要求，独立地完成各项任务，严禁抄袭；凡发现抄袭，抄袭者与被抄袭者皆以零分计入本课程设计成绩。凡发现实验报告或源程序雷同，涉及的全部人员皆以零分计入本课程设计成绩。（3）认真编写课程设计报告。课程设计报告的书写格式及要求见附录 2。三、设计步骤三、设计步骤1、 问题分析和任务定义；2、 数据类型和系统设计；3、

2、编码实现和静态检查；4、 上机调试；5、总结和整理课程设计报告。四、考核方式和成绩评定四、考核方式和成绩评定考核分为两个部分：程序运行情况：按规定时间到机房运行程序，由老师检查运行情况。学生能对自己的程序面对教师提问并能熟练地解释清楚。课程设计报告：是否按规定书写课程设计报告的各项内容。课程设计成绩采用五级分制。100%=上机检查（50%）+课程设计报告（50%）五、上交相关内容要求五、上交相关内容要求上交的成果的内容必须由以下四个部分组成，缺一不可1 上交源程序：学生按照课程设计的具体要求所开发的所有源程序（应该放到一个文件夹中） ；2 上交程序的说明文件：（保存在.doc 中）在说明文档中

3、应该写明上交程序所在的目录，上交程序的主程序文件名，如果需要安装，要有程序的安装使用说明；3 课程设计报告：（保存在 word 文档中，文件名要求 按照姓名-学号-课程设计报告起名，如文件名为张三-101-课程设计报告.doc ）按照课程设计的具体要求建立的功能模块，每个模块要求按照如下几个内容认真完成；1、需求分析、需求分析1 程序的功能；2 输入输出的要求；3 测试数据。2、概要设计、概要设计包括程序设计组成框图，程序中使用的存储结构设计说明（如果指定存储结构请写出该存储结构的定义） 。3、详细设计、详细设计包括模块功能说明（如函数功能、入口及出口参数说明，函数调用关系描述等） ，每个模块

4、的算法设计说明（可以是描述算法的流程图） 。源程序要按照写程序的规则来编写。要结构清晰，重点函数的重点变量，重点功能部分要加上清晰的程序注释。4、调试分析、调试分析测试数据，测试输出的结果，时间复杂度分析，和每个模块设计和调试时存在问题的思考（问题是哪些？问题如何解决？） ，算法的改进设想。5、核心源程序清单和执行结果、核心源程序清单和执行结果源程序要按照写程序的规则来编写。要结构清晰，重点函数的重点变量，重点功能部分要加上清晰的程序注释。附录 1 数据结构课程设计的具体内容本次课程设计完成如下模块（共 36 个模块，抽签决定自己所做题目的序号）1、一元多项式乘法、一元多项式乘法1) 问题描述

5、问题描述已知 A(x)=a0+a1x+a2x2+anxn和 B(x)=b0+b1x+b2x2+bmxm，并且在 A(x)和 B(x)中指数相差很多，求 A(x)=A(x)*B(x)。2) 基本要求基本要求(1)设计存储结构表示一元多项式；(2)设计算法实现一元多项式乘法；(3)分析算法的时间复杂度和空间复杂度。2、 迷宫问题迷宫问题1)问题描述问题描述迷宫求解是实验心理学中的一个经典问题，心理学家把一只老鼠从一个无顶盖的大盒子的入口处赶进迷宫，迷宫中设置很多隔壁，对前进方向形成了多处障碍，心理学家在迷宫的唯一出口处放置了一块奶酪，吸引老鼠在迷宫中寻找通路以到达出口。例如，图 2 所示为一个迷宫

6、示意图，其中双边矩形表示迷宫，1 代表有障碍，0 代表无障碍。2) 基本要求基本要求(1) 设计数据结构存储迷宫；(2) 设计存储结构保存从入口到出口的通路；(3) 设计算法完成迷宫问题的求解；(4) 分析算法的时间复杂度。3) 设计思想设计思想可以采用回溯法实现该问题的求解。回溯法是一种不断试探及时纠正错误的搜索方法。从入口出发，按某一方向向前探索，若能走通（未走过的） ，即某处可以到达，则到达新点，否则试探下一方向；若所有的方向均没有通路，则沿原路返回前一点，换下一个方向再继0123456789011111111111101110111121101011111310100000114101

7、1101111511001100016101100110171111111111入口(1, 1)出口(6, 8) 图 2 迷宫示意图，其中 1 代表有障碍，0 代表无障碍前进的方向有八个，分别是上、下、左、右、左上、左下、右上、右下续试探，直到所有可能的通路都搜索到，或找到一条通路，或无路可走又返回到入口点。在求解过程中，为了保证在任何位置上都能沿原路退回，需要一个后进先出的栈来保存从入口到当前位置的路径。可以将迷宫定义成一个二维数组，则每个点有 8 个试探方向，如当前点的坐标是(x, y)，与其相邻的 8 个点的坐标都可根据与该点的相邻方位而得到，规定试探顺序为顺时针方向，将这 8 个方向的

8、坐标增量放在一个结构数组 move8中，在 move 数组中，每个元素由两个域组成：x 表示横坐标增量，y 表示纵坐标增量。这样会很方便地求出从某点(x，y)按某一方向 v (0v7) 到达新点（i，j）的坐标：i=x+movev.x ； j=y+movev.y。算法用伪代码描述如下：1. 栈初始化；2. 将入口点坐标(x , y)及该点的方向 d（设为-1）入栈；3. 当栈不空时循环执行下述操作：3.1 (x , y , d)容忍值，则在 j 处放置放大器; 2.2 否则 D(i) = maxD(i)，D(j) +d(j) ;【思考题思考题】本题假设分布网络是一棵二叉树结构，如果是树结构应如

9、何设计算法？5、哈夫曼编码、哈夫曼编码1) 问题描述问题描述设某编码系统共有 n 个字符，使用频率分别为w1, w2, , wn，设计一个不等长的编码方案，使得该编码系统的空间效率最好。2) 基本要求基本要求(1) 设计数据结构；(2) 设计编码算法；(3) 分析时间复杂度和空间复杂度。3) 设计思想设计思想 利用 Huffman 编码树求得最佳的编码方案。根据哈夫曼算法，建立哈夫曼树时，可以将哈夫曼树定义为一个结构型的一维数组HuffTree，保存哈夫曼树中各结点的信息，每个结点包括：权值、左孩子、右孩子、双亲，如图 6 所示。由于哈夫曼树中共有 2n-1 个结点，并且进行 n-1 次合并操

10、作，所以该数组的长度为 2n-1。 构造哈夫曼树的伪代码如下：1. 数组 huffTree 初始化，所有元素结点的双亲、左右孩子都置为-1； 2. 数组 huffTree 的前 n 个元素的权值置给定权值 wn； 3. 进行 n-1 次合并 3.1 在二叉树集合中选取两个权值最小的根结点，其下标分别为 i1, i2； 3.2 将二叉树 i1、i2 合并为一棵新的二叉树 k； 在哈夫曼树中，设左分支为 0，右分支为 1，从根结点出发，遍历整棵哈夫曼树，求得各个叶子结点所表示字符的哈夫曼编码。【思考题思考题】对于采用哈夫曼编码树进行的编码，如何设计解码算法？6、TSP 问题问题1) 问题描述问题描

11、述所谓 TSP 问题是指旅行家要旅行 n 个城市，要求各个城市经历且仅经历一次，并要求所走的路程最短。该问题又称为货郎担问题、邮递员问题、售货员问题，是图问题中最广为人知的问题。2) 基本要求基本要求(1) 上网查找 TSP 问题的应用实例；(2) 分析求 TSP 问题的全局最优解的时间复杂度；(3) 设计一个求近似解的算法；(4) 分析算法的时间复杂度。3) 设计思想设计思想对于 TSP 问题，一种最容易想到的也肯定能得到最佳解的算法是穷举法，即考虑所有可能的旅行路线，从中选择最佳的一条。但是用穷举法求解 TSP 问题的时间复杂度为(n!)，当 n 大到一定程度后是不可解的。本实验只要求近似

12、解，可以采用贪心法求解：任意选择某个城市作为出发点，然后前往最近的未访问的城市，直到所有的城市都被访问并且仅被访问一次，最后返回到出发点。为便于查找离某顶点最近的邻接点，可以采用邻接矩阵存储该图。算法用伪代码描述weight lchild rchild parent 图 6 哈夫曼树的结点结构如下：1. 任意选择某个顶点 v 作为出发点； 2. 执行下述过程，直到所有顶点都被访问： 2.1 v=最后一个被访问的顶点； 2.2 在顶点 v 的邻接点中查找距离顶点 v 最近的未被访问的邻接点 j； 2.2 访问顶点 j； 3. 从最后一个访问的顶点直接回到出发点 v；【思考题思考题】上网查找 TS

13、P 问题的应用实例，写一篇综述报告。7、医院选址问题、医院选址问题1)问题描述问题描述n 个村庄之间的交通图可以用有向网图来表示，图中边上的权值表示从村庄 i 到村庄 j 的道路长度。现在要从这 n 个村庄中选择一个村庄新建一所医院，问这所医院应建在哪个村庄，才能使所有的村庄离医院都比较近？2) 基本要求基本要求(1) 建立模型，设计存储结构；(2) 设计算法完成问题求解；(3) 分析算法的时间复杂度。3) 设计思想设计思想医院选址问题实际是求有向图中心点的问题。首先定义顶点的偏心度。设图 G=（V，E） ，对任一顶点 k，称 E(k)=maxd(i, k)（iV）为顶点 k 的偏心度。显然，

14、偏心度最小的顶点即为图 G 的中心点。如图 7(a)所示是一个带权有向图，其各顶点的偏心度如图(b)所示。医院选址问题的算法用伪代码描述如下：1对加权有向图，调用 Floyd 算法，求每对顶点间最短路径长度的矩阵；2对最短路径长度矩阵的每列求大值，即得到各顶点的偏心度；3具有最小偏心度的顶点即为所求。abcde1253214顶点偏心度a b 6b 8d 5e 7 (a) (b) 图 7 带权有向图及各顶点的偏心度【思考题思考题】图的存储结构和算法的设计需要一定的灵活性和技巧。从医院选址问题的求解过程，你有什么感想？8、简单个人电话号码查询系统简单个人电话号码查询系统1) 问题描述问题描述人们在

15、日常生活中经常需要查找某个人或某个单位的电话号码，本实验将实现一个简单的个人电话号码查询系统，根据用户输入的信息（例如姓名等）进行快速查询。2) 基本要求基本要求(1) 在外存上，用文件保存电话号码信息；(2) 在内存中，设计数据结构存储电话号码信息；(3) 提供查询功能：根据姓名实现快速查询；(4) 提供其他维护功能：例如插入、删除、修改等；(5) 按电话号码进行排序。3) 设计思想设计思想 由于需要管理的电话号码信息较多，而且要在程序运行结束后仍然保存电话号码信息，所以电话号码信息采用文件的形式存放到外存中。在系统运行时，需要将电话号码信息从文件调入内存来进行查找等操作，为了接收文件中的内

16、容，要有一个数据结构与之对应，可以设计如下结构类型的数组来接收数据： const int max=10; struct TeleNumber string name; /姓名 string phoneNumber; /固定电话号码 string mobileNumber; /移动电话号码 string email; /电子邮箱 Telemax;为了实现对电话号码的快速查询，可以将上述结构数组排序，以便应用折半查找，但是，在数组中实现插入和删除操作的代价较高。如果记录需频繁进行插入或删除操作，可以考虑采用二叉排序树组织电话号码信息，则查找和维护都能获得较高的时间性能。更复杂地，需要考虑该二叉排序

17、树是否平衡，如何使之达到平衡。9、机器调度问题、机器调度问题1)问题描述问题描述机器调度是指有 m 台机器需要处理 n 个作业，设作业 i 的处理时间为 ti，则对 n 个作业进行机器分配，使得：(1) 一台机器在同一时间内只能处理一个作业；(2) 一个作业不能同时在两台机器上处理；(3) 作业 i 一旦运行，则需要 ti个连续时间单位。设计算法进行合理调度，使得在 m 台机器上处理 n 个作业所需要的处理时间最短。2) 基本要求基本要求(1) 建立问题模型，设计数据结构；(2) 设计调度算法，为每个作业分配一台可用机器；(3) 给出分配方案。3) 设计思想设计思想假设有七个作业，所需时间分别

18、为2, 14, 4, 16, 6, 5, 3，有三台机器，编号分别为m1、m2和 m3。这七个作业在三台机器上进行调度的情形如图 9 所示，阴影区代表作业的运行区间。作业 4 在 0 到 16 时间被调度到机器 1 上运行，在这 16 个时间单位中，机器 1完成了对作业 4 的处理；作业 2 在 0 到 14 时间被调度到机器 2 上处理，之后机器 2 在 14到 17 时间处理作业 7；在机器 3 上，作业 5 在 06 时间完成，作业 6 在 611 时间完成，作业 3 在 1115 时间完成，作业 1 在 1517 时间完成。注意到作业 i 只能在一台机器上从 si时刻到 si +ti时

19、间完成且任何机器在同一时刻仅能处理一个作业，因此最短调度长度为17。 在上述处理中，采用了最长时间优先（LPT）的简单调度策略。在 LPT 算法中，作业按其所需时间的递减顺序排列，在分配一个作业时，将其分配给最先变为空闲的机器。 下面设计完成下面设计完成 LPT 算法的存储结构。算法的存储结构。 为每个机器设计数据类型： struct MachineNode int ID; /机器号m1m2m3时间分配 作业作业 5作业作业 6 作业作业 3 作业作业 1作业作业 2 作业作业 7 作业作业 41716图 9 三台机器的调度示例654int avail; /机器可用时刻 ; 为每个作业设计数据

20、类型： struct JobNode int ID; /作业号int time; /处理时间 ;LPT 算法用伪代码描述如下：1. 如果作业数 n机器数 m，则 1.1 将作业 i 分配到机器 i 上； 1.2 最短调度长度等于 n 个作业中处理时间最大值；2. 否则，重复执行以下操作，直到 n 个作业都被分配： 2.1 将 n 个作业按处理时间建成一个大根堆 H1； 2.2 将 m 个机器按可用时刻建立一个小根堆 H2； 2.3 将堆 H1 的堆顶作业分配给堆 H2 的堆顶机器； 2.4 将 H2 的堆顶机器加上 H1 的堆顶作业的处理时间重新插入 h2 中； 2.5 将堆 H1 的堆顶元素

21、删除；3. 堆 H2 的堆顶元素就是最短调度时间；10、 运动会分数统计运动会分数统计1)问题描述问题描述参加运动会有 n 个学校，学校编号为 1n。比赛分成 m 个男子项目，和 w 个女子项目。项目编号为男子 1m，女子 m+1m+w。不同的项目取前五名或前三名积分；取前五名的积分分别为：7、5、3、2、1，前三名的积分分别为：5、3、2；哪些取前五名或前三名由学生自己设定。（m=20,n=20）2)2) 基本要求基本要求(1)可以输入各个项目的前三名或前五名的成绩；(2)能统计各学校总分，(3)可以按学校编号、学校总分、男女团体总分排序输出；(4)可以按学校编号查询学校某个项目的情况；可以

22、按项目编号查询取得前三或前五名的学校。 规定：输入数据形式和范围：20 以内的整数（如果做得更好可以输入学校的名称，运动项目的名称）输出形式：有中文提示，各学校分数为整型界面要求：有合理的提示，每个功能可以设立菜单，根据提示，可以完成相关的功能要求。存储结构：学生自己根据系统功能要求自己设计，但是要求运动会的相关数据要存储在数据文件中。（数据文件的数据读写方法等相关内容在 c 语言程序设计的书上，请自学解决）请在最后的上交资料中指明你用到的存储结构；测试数据：要求使用 1、全部合法数据；2、整体非法数据；3、局部非法数据。进行程序测试，以保证程序的稳定。测试数据及测试结果请在上交的资料中写明；

23、11、 订票系统订票系统1)问题描述问题描述通过此系统可以实现如下功能：(1)录入：可以录入航班情况（数据可以存储在一个数据文件中，数据结构、具体数据自定）(2)查询： 可以查询某个航线的情况（如，输入航班号，查询起降时间，起飞抵达城市，航班票价，票价折扣，确定航班是否满仓） ；可以输入起飞抵达城市，查询飞机航班情况；(3)订票：（订票情况可以存在一个数据文件中，结构自己设定）可以订票，如果该航班已经无票，可以提供相关可选择航班；(4)退票： 可退票，退票后修改相关数据文件；客户资料有姓名，证件号，订票数量及航班情况，订单要有编号。(5)修改航班信息：当航班信息改变可以修改航班数据文件2) 基

24、本要求基本要求根据以上功能说明，设计航班信息，订票信息的存储结构，设计程序完成功能。 12、 文章编辑文章编辑1)1)问题描述问题描述输入一页文字，程序可以统计出文字、数字、空格的个数。2)2) 基本要求基本要求静态存储一页文章，每行最多不超过 80 个字符，共 N 行；要求（1）分别统计出其中英文字母数和空格数及整篇文章总字数；（2）统计某一字符串在文章中出现的次数，并输出该次数；（3）删除某一子串，并将后面的字符前移。存储结构使用线性表，分别用几个子函数实现相应的功能；输入数据的形式和范围：可以输入大写、小写的英文字母、任何数字及标点符号。输出形式：（1）分行输出用户输入的各行字符；（2）

25、分 4 行输出全部字母数、数字个数、空格个数、文章总字数（3）输出删除某一字符串后的文章；13、停车场管理、停车场管理1)1)问题描述问题描述设停车场内只有一个可停放 n 辆汽车的狭长通道，且只有一个大门可供汽车进出。汽车在停车场内按车辆到达时间的先后顺序，依次由北向南排列（大门在最南端，最先到达的第一辆车停放在车场的最北端），若车场内已停满 n 辆汽车，则后来的汽车只能在门外的便道上等候，一旦有车开走，则排在便道上的第一辆车即可开入；当停车场内某辆车要离开时，在它之后开入的车辆必须先退出车场为它让路，待该辆车开出大门外，其它车辆再按原次序进入车场，每辆停放在车场的车在它离开停车场时必须按它停

26、留的时间长短交纳费用。试为停车场编制按上述要求进行管理的模拟程序。2)2)基本要求基本要求以栈模拟停车场，以队列模拟车场外的便道，按照从终端读入的输入数据序列进行模拟管理。每一组输入数据包括三个数据项：汽车“到达”或“离去”信息、汽车牌照号码及到达或离去的时刻，对每一组输入数据进行操作后的输出数据为：若是车辆到达，则输出汽车在停车场内或便道上的停车位置；若是车离去；则输出汽车在停车场内停留的时间和应交纳的费用（在便道上停留的时间不收费）。栈以顺序结构实现，队列以链表实现。3)3)测试数据测试数据设 n=2,输入数据为：（A，1，5），（A，2，10），（D，1，15），（A，3， 20）， （

27、A，4，25），（A，5，30），（D，2，35），（D，4，40），（E，0，0）。每一组输入数据包括三个数据项：汽车“到达”或“离去”信息、汽车牌照号码及到达或离去的时刻，其中，A表示到达；D表示离去，E表示输入结束。4)4)实现提示实现提示需另设一个栈，临时停放为给要离去的汽车让路而从停车场退出来的汽车，也用顺序存储结构实现。输入数据按到达或离去的时刻有序。栈中每个元素表示一辆汽车，包含两个数据项：汽车的牌照号码和进入停车场的时刻。5)5)选作内容选作内容（1） 两个栈共享空间，思考应开辟数组的空间是多少？（2） 汽车可有不同种类，则它们的占地面积不同，收费标准也不同，如 1 辆客车和1

28、.5 辆小汽车的占地面积相同，1 辆十轮卡车占地面积相当于 3 辆小汽车的占地面积。（3） 汽车可以直接从便道上开走，此时排在它前面的汽车要先开走让路，然后再依次排到队尾。（4） 停放在便道上的汽车也收费，收费标准比停放在停车场的车低，请思考如何修改结构以满足这种要求。14、统计成绩、统计成绩1)1)问题描述问题描述给出 n 个学生的 m 门考试的成绩表，每个学生的信息由学号、姓名以及各科成绩组成。对学生的考试成绩进行有关统计，并打印统计表。2)2)基本要求基本要求（1） 按总数高低次序，打印出名次表，分数相同的为同一名次；（2） 按名次打印出每个学生的学号、姓名、总分以及各科成绩。3)3)测

29、试数据测试数据由学生依据软件工程的测试技术自己确定。注意测试边界数据。4)4)选作内容选作内容对各科成绩设置不同的权值。15、校园导游程序、校园导游程序 1)1)问题描述问题描述用无向网表示你所在学校的校园景点平面图，图中顶点表示主要景点，存放景点的编号、名称、简介等信息，图中的边表示景点间的道路，存放路径长度等信息。要求能够回答有关景点介绍、游览路径等问题。2)2)基本要求基本要求（1） 查询各景点的相关信息；（2） 查询图中任意两个景点间的最短路径。（3） 查询图中任意两个景点间的所有路径。（4） 增加、删除、更新有关景点和道路的信息。3)3)选作内容选作内容（1） 求多个景点的最佳（最短）游览路径。（2） 区分机动车