北科大_ 数据结构上机实验报告

北京科技大学计算机与通信工程学院实验报告实验名称：数据结构上机实验学生姓名：专业：计算机科学与技术班级：学号：指导教师：实验成绩：________________________________实验地点：实验时间：2015 年__ __6 ___月一、实验目的与实验要求1 实验目的（1）加深对常用数据结构和算法设计基本思路、思考方法及其适用场合的理解，并能运用于解决实际问题；（2）能根据特定问题需求，分析建立计算模型（包括逻辑结构和物理结构）、设计算法和程序，并在设计中综合考虑多种因素，对结果的有效性进行分析；（3）训练分析问题、解决问题的能力以及自主学习与程序设计实践能力；（4）形成将非数值型问题抽象为计算模型到算法设计、程序实现、结果有效性分析的能力。

2 实验要求（1）由于在有限的实验课内学时难以较好完成所有实验内容，因此要求在实验课前自主完成部分实验或实验的部分内容；（2）对于每个实验都要针对问题进行分析，设计出有效的数据结构、算法和程序，对实现结果的正确性进行测试，给出测试用例和结果，分析算法的时间复杂度、空间复杂度、有效性和不足，在算法设计和实现过程中体现创新意识，并能综合考虑时空权衡、用户的友好性、程序的模块化和扩展性等；（3）完成的每个实验需要在实验课内经指导教师现场检查、查看程序代码，回答指导教师提出的问题，以确认实验实际完成的质量；（4）在实验报告中体现问题分析、算法思路、算法描述、程序实现和验证、算法和结果的有效性分析。

二、实验设备（环境）及要求Win7、C语言、Dev-C++三、实验内容、步骤与结果分析1 实验1：链表的应用1.1 实验内容输入数据（设为整型）建立单链表，并求相邻两节点data值之和为最大的第一节点。

1.2 主要步骤1.2.1 问题分析与算法思路①采用单链表结构。

②新建链表：每输入一个整数数据，建立一个新节点。

循环操作直到输入结束符结束输入。

③利用一个调用函数求两节点data值之和为最大的第一节点：假设，设一个int类型的变量s=0，读取链表中第一个节点的数据以及它的第二个节点的数据，并计算它们之和a，再计算第二个节点数据和第三个节点数据之和b，如果a>b，则s=a；反之，则s=b。

利用if语句和while语句实现。

④每当输入一个数据，程序会判断输入的时候输入的数据是否是整数，如果不是整数，要求重新输入。

1.2.2 算法描述typedef int datatype; //设当前数据元素为整型typedef struct node //节点类型{datatype data; //节点的数据域struct node *next; //节点的后继指针域}Linknode,*Link;Link Createlist() //创建单链表的算法{int a;Link H,P,r; //H,P,r分别为表头，新节点和表尾节点指针H=(Link)malloc(sizeof(Linknode)); //建立头节点r=H;scanf(“%d”,&a); //输入一个数据while(a!=0){P=(Link)malloc(sizeof(Linknode));//申请新节点P->data=a; //存入数据r->next=P; //新节点链入表尾r=P;scanf(“%d”,&a); //输入下一个数据}r->next=NULL; //将尾节点的指针域置空return(H); //返回已创建的头节点}Link Adjmax(Link H) //求链表中相邻两节点data值之和为最大的第一节点的指针的算法{Link p,p1,q;int i,j;p=p1=H->next;if(p1==NULL) return(p1); //表空返回q=p->next;if(q==NULL) return(p1); //表长=1时返回i=p->data+q->data; //相邻两节点data值之和while(q->next){p=q;q=q->next; //取下一对相邻节点的指针j=p->data+q->data;if(j>i){p1=p;i=j; //取和为最大的第一节点指针}}return (p1);}1.2.3 程序实现#include<stdio.h>#include<stdlib.h>typedef int datatype; //设当前数据元素为整型typedef struct node //节点类型{datatype data; //节点的数据域struct node *next; //节点的后继指针域}Linknode,*Link; //linknode为节点说明符，link为节点指针说明符Link Createlist() //创建单链表的算法{int a,c;float b;Link H,P,r; //H,P,r分别为表头，新节点和表尾节点指针H=(Link)malloc(sizeof(Linknode)); //建立头节点r=H;do{c=(fflush(stdin),scanf("%f",&b));//printf("%d",c); //判断输入的是否是整数a=(int)b;if(c!=1||a!=b||a<-32768||a>32767) printf("非法输入!请重新输入!\n");}while(c!=1||a!=b||a<-32768||a>32767);while(a!=0){P=(Link)malloc(sizeof(Linknode));//申请新节点P->data=a; //存入数据r->next=P; //新节点链入表尾r=P;do{c=(fflush(stdin),scanf("%f",&b)); //判断输入的是否是整数a=(int)b;if(c!=1||a!=b||a<-32768||a>32767) printf("非法输入!请重新输入!\n");}while(c!=1||a!=b||a<-32768||a>32767);}r->next=NULL; //将尾节点的指针域置空return(H); //返回已创建的头节点}Link Adjmax(Link H) //求链表中相邻两节点data值之和为最大的第一节点的指针的算法{Link p,p1,q;int i,j;p=p1=H->next;if(p1==NULL) return(p1); //表空返回q=p->next;if(q==NULL) return(p1); //表长=1时返回i=p->data+q->data; //相邻两节点data值之和while(q->next){p=q;q=q->next; //取下一对相邻节点的指针j=p->data+q->data;if(j>i){p1=p;i=j; //取和为最大的第一节点指针}}return (p1);}void main() //主函数{Link A,B,p,q;int a,b;do{printf("请输入一组整数(以0为结束符，数之间回车):\n");p=A=Createlist(); //创建新链表B=Adjmax(A); //求链表中相邻两节点data值之和为最大的第一节点的指针a=(int)(B->data); //取第一节点的data值printf("第一节点的data值为:%d\n",a);while(p->next) //释放链表空间{q=p;p=p->next;free(q);}free(p);printf("是否继续输入下一组整数:是:1,否:0\n");scanf("%d",&b);}while(b);}1.3 结果分析①输入的数组为：2 6 4 7 3，输出结果：第一节点为4。

结果是正确的。

②输入的数组为：45 21 456 4 214 54 230，输出结果：第一节点为21。

结果是正确的。

③输入的数组为：45 7 23 564 70 1224 12 145 24，输出结果：第一节点为70。

结果是正确的。

1.3.1 测试如图所示，只要输入的数据不是整数（字符或小数），或者输入的整数不在[32768,32767]这个范围，程序会用"非法输入!请重新输入!"提示用户，直到用户输入正确的数据。

1.3.2 算法和结果的有效性分析时间复杂度：O(n)空间复杂度：不复杂有效性：算法正确，算法易读、易编码和易于调试不足：每个数据输入之间只能用回车区分。

2 实验2：栈的应用2.1 实验内容设操作数：0，1，2，……，8，9（可扩充）；运算符：+，-，*，/，（，），#（#号为结束）。

输入中缀表达式，将其转换成后缀表达式，然后计算，输出结果。

例如：输入中缀表达式5+(4-2)*3 #，将其转换成后缀表达式：542-3*+#，然后计算，本例结果为11。

2.2 主要步骤2.2.1 问题分析与算法思路①利用栈来写程序。

②首先要获得中缀表达式，再利用一个调用函数是中缀表达式变为后缀表达式。

再用一个函数求后缀表达式的值。

③利用一个调用函数取判断中缀表达式的合法性。

2.2.2 算法描述typedef struct node{char data;struct node *next;}snode,*slink;typedef struct node1{int data;struct node1 *next;}snode1,*slink1;void Clearstack(slink s) //置栈空{s=NULL;}int Emptystack(slink s) //判断栈是否为空{if(s==NULL) return(1); //栈空返回1else return(0); //栈非空返回0}char Getstop(slink s) //取栈顶元素{if(s!=NULL) return (s->data);return (0);}void Push(slink*s,char x) //元素x进栈{slink p;p=(slink)malloc(sizeof(snode)); //生成进栈p节点p->data=x; //存入新元素p->next=*s; //p节点作为新的栈顶链入*s=p;}char Pop(slink*s) //出栈{char x;slink p;if(Emptystack(*s)) return (-1); //栈空，返回-1else{x=(*s)->data;p=*s;*s=(*s)->next;free(p);return (x); //成功}}int Precede(char x,char y) //比较x是否"大于"y{int a,b;switch(x){case '#':case '(':a=0;break;case '+':case '-':a=1;break;case '*':case '/':a=2;break;}switch(y){case '+':case '-':b=1;break;case '*':case '/':b=2;break;case '(':b=3;break;}if(a>=b) return (1);else return (0);}void Mid_post(char E[],char B[]) //中缀表达式B到后缀表达式E的转换{int i=0,j=0;char x; int a;slink s=NULL; //置空栈Clearstack(s);Push(&s,'#'); //结束符入栈do{x=B[i++]; //扫描当前表达式分量xswitch(x){case ' ':break;case '#':{while(!Emptystack(s)){E[j++]=' '; //栈非空时E[j++]=Pop(&s);}}break;case ')':{while(Getstop(s)!='('){E[j++]=' ';E[j++]=Pop(&s);} //反复出栈直到遇到'('Pop(&s); //退掉'('}break;case '+':case '-':case '*':case '/':case '(':{while(Precede(Getstop(s),x)) //栈顶运算符（Q1）与x比较{E[j++]=' ';E[j++]=Pop(&s); //Q1>=x时，输出栈顶符兵退栈}//E[j++]=' ';Push(&s,x); //Q1<x时，x进栈E[j++]=' ';}break;default:E[j++]=x; //操作数直接输出}}while(x!='#');E[j]='\0';Clearstack(s);}int Ecount(char E[]) //后缀表达式求值{int i=0,g=0,k=0,d=0,d1,g1;char x;int z,a,b;slink1 s=NULL; //置栈空while(E[i]!='#') //扫描每一个字符是送x{x=E[i];switch(x){case ' ':break;case '+':b=Pop1(&s);a=Pop1(&s);z=a+b;Push1(&s,z);break;case '-':b=Pop1(&s);a=Pop1(&s);z=a-b;Push1(&s,z);break;case '*':b=Pop1(&s);a=Pop1(&s);z=a*b;Push1(&s,z);break;case '/':b=Pop1(&s);a=Pop1(&s);z=a/b;Push1(&s,z);break; //执行相应运算结果进栈default:{g=0;g1=0; //获取操作数while(E[i]!=' '){g1=E[i]-'0';g=g*10+g1;i++;}Push1(&s,g); //操作数进栈}}i++;}if(!Emptystack1(s)) return(Getstop1(s)); //返回结果Clearstack1(s);}2.2.3 程序实现#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>typedef struct node{char data;struct node *next;}snode,*slink;typedef struct node1{int data;struct node1 *next;}snode1,*slink1;void Clearstack(slink s) //置栈空{s=NULL;}int Emptystack(slink s) //判断栈是否为空{if(s==NULL) return(1); //栈空返回1else return(0); //栈非空返回0}char Getstop(slink s) //取栈顶元素{if(s!=NULL) return (s->data);return (0);}void Push(slink*s,char x) //元素x进栈{slink p;p=(slink)malloc(sizeof(snode)); //生成进栈p节点p->data=x; //存入新元素p->next=*s; //p节点作为新的栈顶链入*s=p;}char Pop(slink*s) //出栈{char x;slink p;if(Emptystack(*s)) return (-1); //栈空，返回-1else{x=(*s)->data;p=*s;*s=(*s)->next;free(p);return (x); //成功}}void Push1(slink1*s,int x) //元素x进栈{slink1 p;p=(slink1)malloc(sizeof(snode1)); //生成进栈p节点p->data=x; //存入新元素p->next=*s; //p节点作为新的栈顶链入*s=p;}int Pop1(slink1*s) //出栈{int x;slink1 p;if(Emptystack1(*s)) return (-1); //栈空，返回-1else{x=(*s)->data;p=*s;*s=(*s)->next;free(p);return (x); //成功}}int Emptystack1(slink1 s) //判断栈是否为空{if(s==NULL) return(1); //栈空返回1else return(0); //栈非空返回0}void Clearstack1(slink1 s) //置栈空{s=NULL;}int Getstop1(slink1 s) //取栈顶元素{if(s!=NULL) return (s->data);return (0);}int Precede(char x,char y) //比较x是否"大于"y{int a,b;switch(x){case '#':case '(':a=0;break;case '+':case '-':a=1;break;case '*':case '/':a=2;break;}switch(y){case '+':case '-':b=1;break;case '*':case '/':b=2;break;case '(':b=3;break;}if(a>=b) return (1);else return (0);}void Mid_post(char E[],char B[]) //中缀表达式B到后缀表达式E的转换{int i=0,j=0;char x; int a;slink s=NULL; //置空栈Clearstack(s);Push(&s,'#'); //结束符入栈do{x=B[i++]; //扫描当前表达式分量xswitch(x){case ' ':break;case '#':{while(!Emptystack(s)){E[j++]=' '; //栈非空时E[j++]=Pop(&s);}}break;case ')':{while(Getstop(s)!='('){E[j++]=' ';E[j++]=Pop(&s);} //反复出栈直到遇到'('Pop(&s); //退掉'('}break;case '+':case '-':case '*':case '/':case '(':{while(Precede(Getstop(s),x)) //栈顶运算符（Q1）与x比较{E[j++]=' ';E[j++]=Pop(&s); //Q1>=x时，输出栈顶符兵退栈}Push(&s,x); //Q1<x时，x进栈E[j++]=' ';}break;default:E[j++]=x; //操作数直接输出}}while(x!='#');E[j]='\0';Clearstack(s);}int Ecount(char E[]) //后缀表达式求值{int i=0,g=0,k=0,d=0,d1,g1;char x;int z,a,b;slink1 s=NULL; //置栈空while(E[i]!='#') //扫描每一个字符是送x{x=E[i];switch(x){case ' ':break;case '+':b=Pop1(&s);a=Pop1(&s);z=a+b;Push1(&s,z);break;case '-':b=Pop1(&s);a=Pop1(&s);z=a-b;Push1(&s,z);break;case '*':b=Pop1(&s);a=Pop1(&s);z=a*b;Push1(&s,z);break;case '/':b=Pop1(&s);a=Pop1(&s);z=a/b;Push1(&s,z);break; //执行相应运算结果进栈default:{g=0;g1=0; //获取操作数while(E[i]!=' '){g1=E[i]-'0';g=g*10+g1;i++;}Push1(&s,g); //操作数进栈}}i++;}if(!Emptystack1(s)) return(Getstop1(s)); //返回结果Clearstack1(s);}int pd(char B[]) //判断输入错误{ int i=0,c,j,k;c=strlen(B); //获取B的长度while(B[i]!='#'){switch(B[i]) //检查有无非法字符{case ' ':break;case '0':case '1':case '2':case '3':case '4':case '5':case '6':case '7':case '8':case '9':{ j=i+1; //一个操作数之间不能有空格if(B[j]==' '){while(B[j]==' ') j++;switch(B[j]){case '0':case '1':case '2':case '3':case '4':case '5':case '6':case '7':case '8':case '9':printf("非法输入!请重新输入!\n");return(0);break;}}}break;case '+':case '-':case '*':case '/':{j=i-1;while(B[j]==' ') j--;switch(B[j]){ //'+'，'-'，'*'，'/'左边不能有'+'，'-'，'*'，'/'，'(','#'case '+':case '-':case '*':case '/':case '(':case '#':printf("非法输入!请重新输入!\n");return(0);break;}k=i+1;while(B[k]==' ') k++;switch(B[k]) //'+','-'，'*'，'/'左边不能有'+'，'-'，'*'，'/'，')','#'{case '+':case '-':case '*':case '/':case ')':case '#':printf("非法输入!请重新输入!\n");return(0);break;}}break;case '(': //'('左边不能有'0'~'9','#',')'{j=i-1;while(B[j]==' ') j--;switch(B[j]){case '0':case '1':case '2':case '3':case '4':case '5':case '6':case '7':case '8':case '9':case '#':case ')':printf("非法输入!请重新输入!\n");return(0);break;}k=i+1;while(B[k]==' ') k++;switch(B[k]) //'('右边不能有'+','-','*','/','#'{case '+':case '-':case '*':case '/':case '#':printf("非法输入!请重新输入!\n");return(0);break;}}break;case ')': //')'左边不能有'('{j=i-1;while(B[j]==' ') j--;switch(B[j]){case '(':printf("非法输入!请重新输入!\n");return(0);break;}k=i+1;while(B[k]==' ') k++; //')'右边不能有'0'~'9'switch(B[k]){case '0':case '1':case '2':case '3':case '4':case '5':case '6':case '7':case '8':case '9':printf("非法输入!请重新输入!\n");return(0);break;}}break;case '\0':break;default:printf("8非法输入!请重新输入!\n");return(0);}i++;}if(B[0]=='#'){printf("表达式为空!请重新输入!\n");return(0);}else if (B[c-1]!='#'){printf("9非法输入!请重新输入!\n");return(0);}}void main(){int a,b,c,d;char B[100],E[100];do{do{printf("请输入中缀表达式:\n");B[100]=fflush(stdin);gets(B); //输入Bwhile(B[0]=='\0'){B[100]=fflush(stdin);gets(B);}b=pd(B); //判断B是否合法}while(b==0);Mid_post(E,B);printf("后缀表达式为:\n");printf("%s\n",E);a=Ecount(E);printf("结果=%d\n",a);printf("是否继续?是:1否:0\n");scanf("%d",&c);}while(c==1);}2.3 结果分析①输入的中缀表达式为：5+(4-2)*3，输出的后缀表达式为：5 4 2 -3 * +，后缀表达式求值结果为：11。