《数据结构》
课程设计报告
专 业 计算机科学与技术
班 级 (1)
姓 名 王昕
学 号 20101308003
指导教师 顾韵华
起止时间 2011.10~2011.12
课程设计：排序综合
一、任务描述
（1）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、冒泡排序、快速排序、选择排序、堆排序、归并排序）。并把排序后的结果保存在不同的文件中。
（2）统计每一种排序方法的性能（以上机运行程序所花费的时间为准进行对比），找出其中两种较快的方法。
二、问题分析
1、功能分析
分析设计课题的要求，要求编程实现以下功能：
（1）显示随机数：调用Dip()函数输出数组a[]。数组a[]中保存有随机产生的随机数。
（2）直接选择排序：通过n-I次关键字间的比较，从n-i+1个记录中选出关键字最小的记录，并和第i个记录交换之。
（3）冒泡排序：如果有n个数，则要进行n-1趟比较。在第1趟比较中要进行n-1次两两比较，在第j趟比较中要进行n-j次两两比较。
（4）希尔排序：先将整个待排记录序列分割成为若干子序列分别进行直接插入排序，待整个序列中的记录“基本有序”时，再对全体记录进行一次直接插入排序。
（5）直接插入排序：将一个记录插入到已排序好的有序表中，从而得到一个新的、记录数增1的有序表。设整个排序有n个数，则进行n-1趟插入，即：先将序列中的第1个记录看成是一个有序的子序列，然后从第2个记录起逐个进行插入，直至整个序列变成按关键字非递减有序列为止。
（6）显示各排序算法排序后的的数据和时间效率，并比较找出其中2种较快的方法。
2、数据对象分析
排序方式：直接选择排序、冒泡排序、希尔排序、直接插入排序
显示排序后的的数据和时间效率。
三、数据结构设计
1.主要全程变量及数据结构
数据结构：
typedef struct
{
KeyType key;
InfoType otherinfo;
}RedType;
typedef struct
{
RedType r[MAXSIZE+1];
int length;
}SqList;
2.算法的入口参数及说明
#include <stdio.h>
#define MAXSIZE 20
#define LT(a,b) ((a)<(b)) //宏定义
typedef int KeyType; //定义关键字KeyType为int
typedef int InfoType; //定义关键字InfoType为int
typedef struct{ //RedType结构定义
KeyType key;
InfoType otherinfo; //记录中其他信息域的类型
}RedType;
typedef struct{ //SqList结构定义
RedType r[MAXSIZE+1]; //定义大小
int length; //length为待排记录个数
}SqList;
四、功能设计
（一）主控菜单设计
为实现排序的操作功能，首先设计一个含有多个菜单项的主控菜单程序，然后再为这些菜单项配上相应的功能。
程序运行后，给出11个菜单项的内容和输入提示，如下：
欢迎来到排序综合系统！
菜单
(1)---直接插入排序
(2)---直接选择排序
(3)---冒泡排序
(4)---快速排序
(5)---堆排序
(6)---时间效率比较
(7)---显示随机数
(0)---退出系统
请在上述序号中选择一个并输入：
（二）程序模块结构
由课题要求可将程序划分为以下几个模块（即实现程序功能所需的函数）：
l 主控菜单项选择函数menu_select()
l 插入排序函数：InsertSort()
l 选择排序函数：SelectSort()
l 冒泡排序函数：BubbleSort()
l 堆排序函数：heapsort()
（三）函数调用关系
程序的主要结构（函数调用关系）如下图所示。
其中main()是主函数，它进行菜单驱动，根据选择项1~0调用相应的函数。
（四）函数实现
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
#include <time.h>
#define N 30000
void Wrong()
{
printf("\n=====>按键错误!\n");
getchar();
}
void Disp(int a[])
{
int i;
system("cls");
for(i=0;i<N;i++)
{
if((i-1)%10==9)
printf("\n");
printf("%-7d",a[i]);
}
}
void InsertSort(int a[],int p) //插入排序
{
int i,j,temp;
for(i=1;i<N;i++)
{
temp=a[i];
for(j=i;j>0&&a[j-1]>temp;j--)
a[j]=a[j-1];
a[j]=temp;
}
}
void SelectSort(int a[],int p) //选择排序
{
int i,j,k;
for(i=0;i<N-1;i++)
{
k=i;
for(j=i+1;j<N;j++)
if(a[j]<a[k])
k=j;
if(k!=i)
{
int temp;
temp=a[k];
a[k]=a[i];
a[i]=temp;
}
}
}
void BubbleSort(int a[],int p) /*冒泡排序算法*/
{
int i,j,temp;
for (i=0;i<N-1;i++)
{
for (j=N-1;j>i;j--) /*比较,找出本趟最小关键字的记录*/
if (a[j]<a[j-1])
{
temp=a[j]; /*进行交换,将最小关键字记录前移*/
a[j]=a[j-1];
a[j-1]=temp;
}
}
}
void creatheap(int a[],int i,int n) //创建堆
{
int j;
int t;
t=a[i];
j=2*(i+1)-1;
while(j<=n)
{
if((j<n)&&(a[j]<a[j+1]))
j++;
if(t<a[j])
{
a[i]=a[j];
i=j;
j=2*(i+1)-1;
}
else
j=n+1;
}
a[i]=t;
}
void heapsort(int a[],int n,int p) //堆排序
{
int i;
int t;
for(i=n/2-1;i>=0;i--)
creatheap(a,i,n-1);
for(i=n-1;i>=1;i--)
{
t=a[0];
a[0]=a[i];
a[i]=t;
creatheap(a,0,i-1);}
}
void quicksort(int a[],int n,int p)
{
int i,j,low,high,temp,top=-1;
struct node
{
int low,high;
}st[N];
top++;
st[top].low=0;st[top].high=n-1;
while(top>-1)
{ low=st[top].low;high=st[top].high;
top--;
i=low;j=high;
if(low<high)
{ temp=a[low];
while(i!=j)
{ while(i<j&&a[j]>temp)j--;
if(i<j){a[i]=a[j];i++;}
while(i<j&&a[i]<temp)i++;
if(i<j){a[j]=a[i];j--;}
}
a[i]=temp;
top++;st[top].low=low;st[top].high=i-1;
top++;st[top].low=i+1;st[top].high=high;
}
}
}
double TInsertSort(int a[],int p)
{
int i;
int b[N];
for(i=0;i<N;i++)
b[i]=a[i];
LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0};
QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);
LARGE_INTEGER m_liPerfStart={0};
QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);
InsertSort(b,p);
LARGE_INTEGER liPerfNow={0};
QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);
double time=liPerfNow.QuadPart - m_liPerfStart.QuadPart;
time/=m_liPerfFreq.QuadPart;
if(p!=6)
{Disp(b);getchar();}
printf("\n用直接插入排序法用的时间为%f秒；",time);
FILE *fp;
fp=fopen("直接插入排序.txt","w");
for(i=0;i<N;i++)
fprintf(fp,"%d ",b[i]);
fclose(fp);
return(time);
}
double TSelectSort(int a[],int p)
{
int i;
int b[N];
for(i=0;i<N;i++)
b[i]=a[i];
LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0};
QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);
LARGE_INTEGER m_liPerfStart={0};
QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);
SelectSort(b,p);
if(p!=6)
{Disp(b);getchar();}
LARGE_INTEGER liPerfNow={0};
QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);
double time=liPerfNow.QuadPart - m_liPerfStart.QuadPart;
time/=m_liPerfFreq.QuadPart;
printf("\n用直接选择排序法用的时间为%f秒；",time);
FILE *fp;
fp=fopen("直接选择排序.txt","w");
for(i=0;i<N;i++)
fprintf(fp,"%d ",b[i]);
fclose(fp);return(time);
}
double TBubbleSort(int a[],int p)
{
int i;
int b[N];
for(i=0;i<N;i++)
b[i]=a[i];
LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0};
QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);
LARGE_INTEGER m_liPerfStart={0};
QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);
BubbleSort(b,p);
LARGE_INTEGER liPerfNow={0};
QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);
double time=liPerfNow.QuadPart - m_liPerfStart.QuadPart;
time/=m_liPerfFreq.QuadPart;
if(p!=6)
{Disp(b);getchar();}
printf("\n用冒泡排序法用的时间为%f秒；",time);
FILE *fp;
fp=fopen("冒泡排序.txt","w");
for(i=0;i<N;i++)
fprintf(fp,"%d ",b[i]);
fclose(fp);return(time);
}
double Theapsort(int a[],int n,int p)
{
int i;
int b[N];
for(i=0;i<N;i++)
b[i]=a[i];
LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0};
QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);
LARGE_INTEGER m_liPerfStart={0};
QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);
heapsort(b,N,p);
LARGE_INTEGER liPerfNow={0};
QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);
double time=liPerfNow.QuadPart - m_liPerfStart.QuadPart;
time/=m_liPerfFreq.QuadPart;
if(p!=6)
{Disp(b);getchar();}
printf("\n用堆排序法用的时间为%f秒；",time);
FILE *fp;
fp=fopen("堆排序.txt","w");
for(i=0;i<N;i++)
fprintf(fp,"%d ",b[i]);
fclose(fp);return(time);
}
double Tquicksort(int a[],int n,int p)
{
int i;
int b[N];
for(i=0;i<N;i++)
b[i]=a[i];
LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0};
QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);
LARGE_INTEGER m_liPerfStart={0};
QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);
quicksort(b,N,p);
LARGE_INTEGER liPerfNow={0};
QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);
double time=liPerfNow.QuadPart - m_liPerfStart.QuadPart;
time/=m_liPerfFreq.QuadPart;
if(p!=6)
{Disp(b);getchar(); }
printf("\n用快速排序法用的时间为%f秒；",time);
FILE *fp;fp=fopen("快速排序.txt","w");
for(i=0;i<N;i++)
fprintf(fp,"%d ",b[i]);
fclose(fp); return(time);
}
void BubleSort(double a[]) //时间数组的冒泡排序
{
int i,j;
double temp;
for(i=1;i<6;i++)
{
for(j=4;j>=i;j--)
if(a[j+1]<a[j])
{
temp=a[j+1];
a[j+1]=a[j];
a[j]=temp;
}
}
}
void menu()
{
printf(" 欢迎来到排序综合系统! \n");
printf(" ============================================== \n");
printf(" \n");
printf(" 菜 单 \n");
printf(" \n");
printf(" \n");
printf(" (1)---直接插入排序 \n");
printf(" (2)---直接选择排序 \n");
printf(" (3)---冒泡排序 \n");
printf(" (4)---快速排序 \n");
printf(" (5)---堆排序 \n");
printf(" (6)---时间效率比较 \n");
printf(" (7)---显示随机数 \n");
printf(" (0)---退出系统 \n");
printf("\n 请在上述序号中选择一个并输入: ");
}
void main()
{
int i,p,a[N];
srand((int)time(NULL)); /*随机种子*/
for(i=0;i<N;i++)
a[i]=rand()%50000+1;
while(1)
{
system("cls");
menu();
scanf("%d",&p);
if(p==0)
{
printf("===>谢谢使用!\n");
getchar();
break;
}
double TIMES[5],TIMES1[5];//时间数组
switch(p)
{
case 1:TInsertSort(a,p);printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;
case 2:TSelectSort(a,p);printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;
case 3:TBubbleSort(a,p);printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;
case 4:Tquicksort(a,N,p);printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;
case 5:Theapsort(a,N,p);printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;
case 6:system("cls");
TIMES1[1]=TIMES[1]=TInsertSort(a,p);TIMES1[2]=TIMES[2]=TSelectSort(a,p); TIMES1[3]=TIMES[3]=TBubbleSort(a,p);TIMES1[4]=TIMES[4]=Tquicksort(a,N,p);TIMES1[5]=TIMES[5]=Theapsort(a,N,p);getchar();
BubleSort(TIMES);
printf("\n\n");
{
printf("排序这组数据两种较快的排序法分别是：\n");
if(TIMES[1]==TIMES1[1]) printf("直接插入排序:%f秒!\n",TIMES[1]);
if(TIMES[1]==TIMES1[2]) printf("直接选择排序:%f秒!\n",TIMES[1]);
if(TIMES[1]==TIMES1[3]) printf("冒泡排序:%f秒!\n",TIMES[1]);
if(TIMES[1]==TIMES1[4]) printf("快速排序:%f秒!\n",TIMES[1]);
if(TIMES[1]==TIMES1[5]) printf("堆排序:%f秒!\n",TIMES[1]);
if(TIMES[1]!=TIMES[2])
{
if(TIMES[2]==TIMES1[1]) printf("直接插入排序:%f秒!\n",TIMES[2]);
if(TIMES[2]==TIMES1[2]) printf("直接选择排序%f秒!\n",TIMES[2]);
if(TIMES[2]==TIMES1[3]) printf("冒泡排序%f秒!\n",TIMES[2]);
if(TIMES[2]==TIMES1[4]) printf("快速排序%f秒!\n",TIMES[2]);
if(TIMES[2]==TIMES1[5]) printf("堆排序%f秒!\n",TIMES[2]);
}
} printf("\n请按任意键继续...");srand((int)time(NULL));
for(i=0;i<N;i++) {a[i]=rand()%30000+1;} getchar();break;
case 7:Disp(a);FILE *fp;fp=fopen("随机数.txt","w");
for(i=0;i<N;i++)fprintf(fp,"%d ",a[i]);fclose(fp);getchar();printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;
default:Wrong();printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;
}
}
}
五、测试数据和结果
本程序在VC++环境下实现，下面是对以上测试数据的运行结果。
(1) 主菜单显示如下：
(2)各分界面：
主菜单
测试
结果
六、结束语
在这次的数据结构课程设计中,排序综合,通过该题目的设计过程,加深了对排序算法的理解,对排序算法上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。