数据结构作业——分块查找算法

数据结构实验报告三
题目：
试编写利用折半查找确定记录所在块的分块查找算法。

提示：
1)读入各记录建立主表；
2)按L个记录/块建立索引表；
3)对给定关键字k进行查找；
测试实例：设主表关键字序列：{12 22 13 8 28 33 38 42 87 76 50 63 99 101 97 96}，L=4 ，依次查找K=13， K=86，K=88
算法思路
题意要求对输入的关键字序列先进行分块，得到分块序列。

由于序列不一定有序，故对分块序列进行折半查找，找到关键字所在的块，然后对关键字所在的块进行顺序查找，从而找到关键字的位置。

故需要折半查找和顺序查找两个函数，考虑用C++中的类函数实现。

因为序列一般是用数组进行存储的，这样可以调用不同类型的数组，程序的可适用性更大一些。

折半查找函数：
int s,d,ss,dd;//声明一些全局变量，方便函数与主函数之间的变量调用。

template <class T>
int BinSearch(T A[],int low,int high,T key)//递归实现折半查找
{
int mid;// 初始化中间值的位置
T midvalue;// 初始化中间值
if (low>high)
{
s=A[high];
d=A[low];
ss=high;
dd=low;
return -1;}// 如果low的值大于high的值，输出-1，并且将此时的low与high的值存储。

else
{
mid=(low+high)/2;// 中间位置为低位与高位和的一半取整。

midvalue=A[mid];
if (midvalue==key)
return mid;
else if (midvalue < key) //如果关键字的值大于中间值
return BinSearch(A,mid+1,high,key);// 递归调用函数，搜索下半部分
else
return BinSearch(A,low,mid-1,key);// 否则递归调用哦个函数，搜索上半部分
}
}
以上为通用的折半查找的函数代码，这里引入了几个全局变量，主要是方便在搜索关键字在哪一个分块中时，作为判断条件。

顺寻查找函数：
template <class T>
int shuxuSearch(T A[],int high,T key)// 顺序查找
{
int i=0; A[high]=key;// 初始化i，使 A的最高位为key值
while(A[i]!=key)
i++;
return i;// 如果A中有key值，则在i不到n+1时就会输出，否则，返回high值，说明搜索失败。

}
主函数中，首先对所需要的参数变量进行初始化，由键盘输入关键字，分块的多少，每一块有多少个关键字。

为了用户的人性化考虑，这里由用户自己决定分块的多少和数目。

为了实现这一功能，引入了一个动态存储的二维数组：
int **p2 ;
p2 = new int*[row] ;//声明一个二维数组
for( i = 0 ; i < row ; i ++ )
p2[i] = new int[col] ;
for( i = 0 ; i < row ; i ++ )
{for( j = 0 ; j < B[i] ; j ++ )
{p2[i][j]=A[k];
k=k+1;}
}//将所有关键字，按块的不同存入二维数组中
cout<<"分块情况为"<<endl;
for( i = 0 ; i < row ; i ++ )
{
for( j = 0 ;j <B[i] ; j ++ )
{cout<<p2[i][j]<<' ' ;
if(p2[i][j]>=M[i])
M[i]=p2[i][j];
}
cout<<endl;
}//输出二维数组，检验分块是否为预期
将各种信息用各种数组加以存储，在需要时不断调用。

另外，由于题目中需要多次查找，为了避免每次查找的反复输入，引入了一个while循环，保证可以多次查找并输出结果。

在关键字等信息输入完毕后，进行查找，可以得到该关键字所在块的序号，以及该关键字在整个关键字序列中的位置。

程序结构
源代码：
#include <iostream>
using namespace std;
int s,d,ss,dd;//声明一些全局变量，方便函数与主函数之间的变量调用。

template <class T>
int BinSearch(T A[],int low,int high,T key)//递归实现折半查找
{
int mid;// 初始化中间值的位置
T midvalue;// 初始化中间值
if (low>high)
{
s=A[high];
d=A[low];
ss=high;
dd=low;
return -1;}// 如果low的值大于high的值，输出-1，并且将此时的low与high的值存储。

else
{
mid=(low+high)/2;// 中间位置为低位与高位和的一半取整。

midvalue=A[mid];
if (midvalue==key)
return mid;
else if (midvalue < key) //如果关键字的值大于中间值
return BinSearch(A,mid+1,high,key);// 递归调用函数，搜索下半部分
else
return BinSearch(A,low,mid-1,key);// 否则递归调用哦个函数，搜索上半部分
}
}
template <class T>
int shuxuSearch(T A[],int high,T key)// 顺序查找
{
int i=0; A[high]=key;// 初始化i，使 A的最高位为key值
while(A[i]!=key)
i++;
return i;// 如果A中有key值，则在i不到n+1时就会输出，否则，返回high值，说明搜索失败。

}
int main()
{
int i,key,pos,length,fen,k,j,a,kuai,e;// 定义一些变量
a=0;
k=0;
cout<<"请输入关键字的个数"<<endl;
cin>>length;
int A[length-1]; // 根据输入关键字的个数初始化一个数组进行存储
cout<<"请输入要分块的个数"<<endl;
cin>>fen;
int B[fen-1];
int M[fen-1];
for(i=0;i<fen;i++)
{M[i]=0;}// 初始化两个数组，一个用来存储每一块元素的大小，另一个用来存储每一块的中元素的最大值
cout<<"请输入每个分块关键字的个数"<<endl;
for(i=0;i<fen;i++)
{cin>>B[i];}//使数组B中表示每块中关键字的个数
cout<<"请输入关键字"<<endl;
for(i=0;i<length;i++)
{cin>>A[i];}//输入所有的关键字，存在数组A中
int row,col;
row=fen;
col=length;
int **p2 ;
p2 = new int*[row] ;//声明一个二维数组
for( i = 0 ; i < row ; i ++ )
p2[i] = new int[col] ;
for( i = 0 ; i < row ; i ++ )
{for( j = 0 ; j < B[i] ; j ++ )
{p2[i][j]=A[k];
k=k+1;}
}//将所有关键字，按块的不同存入二维数组中
cout<<"分块情况为"<<endl;
for( i = 0 ; i < row ; i ++ )
{
for( j = 0 ;j <B[i] ; j ++ )
{cout<<p2[i][j]<<' ' ;
if(p2[i][j]>=M[i])
M[i]=p2[i][j];
}
cout<<endl;
}//输出二维数组，检验分块是否为预期
cout<<"每个块最大元素为"<<endl;
for(i=0;i<fen;i++)
{cout<<M[i]<<endl;}//将每一组的最大元素存入数组M中
cout<<endl<<"请输入要查找的元素";
cin>>key;//将要查找的关键字赋值给key
pos=BinSearch(M,0,length-1,key);//调用折半查找函数，查找关键字处于哪个块中
cout<<"该元素所处的块是"<<endl;
if (pos!=-1)
{kuai=pos;
cout<<kuai<<endl;
}
else
{kuai=dd;
cout<<kuai<<endl;}//将关键字所在的块输出。

int *S;
S = new int[kuai] ;
for(i=0;i<B[kuai];i++)
{S[i]=p2[kuai][i];
}//初始化一个一维数组，将关键字所在快的元素重新定义为一个数组S
pos=shuxuSearch(S,B[kuai],key);//在S中顺序查找关键字
int q=0;
for(i=0;i<kuai;i++)
{q=q+B[i];}
if (pos!=B[kuai])
cout<<"该元素的位置为"<<pos+q<<endl;//如果关键字存在，输出其位置
else
cout<<"不存在该元素"<<endl;//若不存在，输出“不存在该元素”
cout<<"还要继续查找吗？是的话，输入1，不是的话输入0"<<endl;
cin>>e; //引入判断条件，以便多次查找
while ((e!=1)&&(e!=0))
{cout<<"输入不合法,请重新输入e"<<endl;
cin>>e;}//保证输入合法
while (e==1)
{
cout<<endl<<"请输入要查找的元素";
cin>>key;
pos=BinSearch(M,0,length-1,key);
cout<<"该元素所处的块是"<<endl;
if (pos!=-1)
{kuai=pos;
cout<<kuai<<endl;
}
else
{kuai=dd;
cout<<kuai<<endl;}
for(i=0;i<B[kuai];i++)
{S[i]=p2[kuai][i];}
pos=shuxuSearch(S,B[kuai],key);
int q=0;
for(i=0;i<kuai;i++)
{q=q+B[i];}
if (pos!=B[kuai])
cout<<"该元素的位置为"<<pos+q<<endl;
else
cout<<"不存在该元素"<<endl;
cout<<"还要继续查找吗？是的话，输入1，不是的话输入0"<<endl;
cin>>e; //与上面程序一致，通过循环条件保证可以多次进行查找
}
system("pause");
return 0;
}
输出结果：
说明：可见，按照16=4*4分块的选择方式，13元素在第0块，处于关键字序列中的第2位。

86和88元素都不在关键字序列中。

另外，由于程序中引入了可以由用户自己选择分块数目和大小的功能，因此，选择16=5+5+6的分块方法可以得到一样的结果：
发现结果完全一致。

心得体会：
1)本次实验程序结构比较简单，无需复杂的函数调用。

但是由于本人编程
基础不够扎实，在面对需要很多数组声明和调用的时候，经常弄错，在
编译的过程中出现了很多次存调用出错的情况。

后来发现是二维数组的
定义上没有做好，引入了动态定义的方法解决了这一问题。

2)用户的需编程的主要目的，这道题如果输入以及分块由编程者自己定义，
虽然可以大大简化编程的繁琐度，但是并没有太大的实际意义。

3)引入while循环使程序可以多次查找，语句并不复杂，但是实现的功能
却比较理想。