1、1数据结构实践教程2前言数据结构是计算机专业的必修。 主干课程之一， 它旨在使读者学会分析研究数据对象的特性，学会数据的组织方法， 以便选择合适的数据逻辑结构和存储结构， 以及相应的运算（操作） ， 把现实世界中的问题转化为计算机内部的表示和处理， 这是一个良好的程序设计技能训练的过程。 在整个教学或学习过程中， 解题能力和技巧的训练是一个重要的环节。 为了帮助教师讲授“数据结构”，满足指导和评价“ 课程设计” 的需要， 为了帮助和指导读者更好地学习数据结构这门课程， 我们特编写了这本数据结构实践教程辅助教材，旨在弥补课堂教学和实验中的不足，帮助学生充分理解和巩固所学的基本概念、原理和方法，达
2、到融会贯通、举一反三的目的。实践证明， 理解课程内容与较好地解决实际问题之间存在着明显差距， 而算法设计完成的质量与基本的程序设计素质的培养是密切相关的。 要想理解和巩固所学的基本概念。 原理和方法， 牢固地掌握所学的基本知识。 基本技能， 达到融会贯通。 举一反三的目的， 就必须多做。 多练。 多见（见多识广） 。 正是为了达到上述目的， 书中用一些实际的应用， 对一些重要的数据结构和算法进行解读。 经过循序渐进地训练， 就可以使读者掌握更多的程序设计技巧和方法，提高分析。 解决问题的能力。本书根据学生的基础知识和兴趣爱好将内容分为基础篇和提高篇两个部分。第一部分基础篇精选出适当的、与实际生
3、活结合密切的课程设计实例加以分析实现。第二部分提高篇旨在使读者通过运用数据结构知识及复杂算法去解决现实世界中的一些实际问题。本书依据数据结构课程教学大纲要求，同时又独立于具体的教科书，既重视实践应用，又重视理论分析，本书的主要特点有： 本书精选出来的实例项目经典、实用、具有一定的趣味性，其内容丰富、涉及面广、难易适当，能给读者以启发，达到让读者掌握相关知识和开阔视野的目的 为了提高学生分析问题、解决问题的能力，本书对实例项目进行分析，其设计思路清晰流畅，值得参考。 本书不仅仅是对照数据结构课程教学大纲举些例子说明数据结构能解决什么问题，而是通过分析具体的实例项目，得到对数据组织关系的需求，从而
4、选择某个数据结构适应一些特定的问题和算法，并说明使用这种数据结构的优缺点。 所有实例项目都给出了参考算法和源程序代码并在 Turbo C 和 VisualC+6.0 环境下运行通过。由于作者水平有限、时间仓促，本书难免存在一些缺点和错误，恳请广大读者及同行们批评指正。3目 录第一部分 基础篇第一章 线性表1.1 学生成绩管理1.1.1 项目简介1.1.2 设计思路1.1.3 数据结构1.1.4 程序清单1.1.5 运行结果1.2 考试报名管理1.2.1 项目简介1.2.2 设计思路1.2.3 数据结构1.2.4 程序清单1.2.5 运行结果1.3 约瑟夫生者死者游戏1.3.1 项目简介1.3.
5、2 设计思路1.3.3 数据结构1.3.4 程序清单1.3.5 运行结果1.4 约瑟夫双向生死游戏1.4.1 项目简介1.4.2 设计思路1.4.3 数据结构1.4.4 程序清单1.4.5 运行结果第二章 栈和队列2.1 迷宫旅行游戏2.1.1 项目简介2.1.2 知识要点2.1.3 设计思路2.1.4 程序清单22.1.5 运行结果2.2 八皇后问题2.1.1 项目简介2.1.2 知识要点2.1.3 设计思路2.1.4 程序清单2.1.5 运行结果2.3 停车场的停车管理2.1.1 项目简介2.1.2 知识要点2.1.3 设计思路2.1.4 程序清单2.1.5 运行结果第三章 串、数组和广义
6、表3.1 单词检索统计程序3.1.1 项目简介3.1.2 设计思路3.1.3 数据结构3.1.4 程序清单3.1.5 运行结果3.2 Internet 网络通路管理3.2.1 项目简介3.2.2 设计思路3.2.3 数据结构3.2.4 程序清单3.2.5 运行结果第四章 树和二叉树4.1 家谱管理4.1.1 项目简介4.1.2 设计思路4.1.3 数据结构4.1.4 程序清单4.1.5 运行结果4.2 表达式求值问题4.2.1 项目简介34.2.2 设计思路4.2.3 数据结构4.2.4 程序清单4.2.5 运行结果4.4 图像压缩编码优化4.4.1 项目简介4.4.2 设计思路4.4.3 数
7、据结构4.4.4 程序清单4.4.5 运行结果第五章 图5.1 公交路线管理5.1.1 项目简介5.1.2 设计思路5.1.3 数据结构5.1.4 程序清单5.1.5 运行结果5.2 导航最短路径查询5.2.1 项目简介5.2.2 设计思路5.2.3 数据结构5.2.4 程序清单5.2.5 运行结果5.4 电网建设造价计算5.4.1 项目简介5.4.2 设计思路5.4.3 数据结构5.4.4 程序清单5.4.5 运行结果5.4 软件工程进度规划5.4.1 项目简介5.4.2 设计思路5.4.3 数据结构5.4.4 程序清单5.4.5 运行结果4第六章 查找6.1 电话号码查询系统6.1.1 项
8、目简介6.1.2 知识要点6.1.3 设计思路6.1.4 程序清单6.1.5 运行结果6.2 高校录取分数线查询系统6.2.1 项目简介5.2.2 知识要点6.2.3 设计思路6.2.4 程序清单6.2.5 运行结果6.3 储蓄账户查询系统6.3.1 项目简介6.3.2 知识要点6.3.3 设计思路6.3.4 程序清单6.3.5 运行结果6.3 期刊稿件查询系统6.3.1 项目简介6.3.2 知识要点6.3.3 设计思路6.3.4 程序清单6.3.5 运行结果第七章 排序7.1 设备清单排序7.1.1 项目简介7.1.2 知识要点7.1.3 设计思路7.1.4 程序清单7.1.5 运行结果7.
9、2 地名排序7.2.1 项目简介7.2.2 知识要点57.2.3 设计思路7.2.4 程序清单7.2.5 运行结果7.3 工厂产量排序7.3.1 项目简介7.3.2 知识要点7.3.3 设计思路7.3.4 程序清单7.3.5 运行结果7.4 高校科研成果排序7.4.1 项目简介7.4.2 知识要点7.4.3 设计思路7.4.4 程序清单7.4.5 运行结果7.5 火车车次排序7.5.1 项目简介7.5.2 知识要点7.5.3 设计思路7.5.4 程序清单7.5.5 运行结果7.6 IP 地址排序7.6.1 项目简介7.6.2 知识要点7.6.3 设计思路7.6.4 程序清单7.6.5 运行结果
10、第二部分 综合篇8.1 益智游戏之七巧板8.1.1 项目需求8.1.2 知识要点8.1.3 设计流程8.1.4 程序清单8.1.5 运行测试8.2 航空客运定票系统28.2.1 项目需求8.2.2 知识要点8.2.3 设计流程8.2.4 程序清单8.2.5 运行测试8.4 景区旅游信息管理系统8.4.1 项目需求8.2.2 知识要点8.4.2 设计流程8.4.4 程序清单8.4.5 运行测试3第一部分 基础篇第一章 线性表线性表是数据结构中最简单、最常用的一种线性结构，也是学习数据结构全部内容的基础，其掌握的好坏直接影响着后继知识的学习。本章通过四个模拟项目来学习线性表的顺序和链式存储结构，首
11、先通过使用有关数组的操作实现学生成绩管理，其次通过使用有关线性链表的操作实现考试报名管理，然后通过使用循环链表的操作实现约瑟夫生者死者游戏。1.1 学生成绩管理1.1.1 项目简介学生成绩管理是学校教务部门日常工作的重要组成部分，其处理信息量很大。本项目是对学生成绩管理的简单模拟，用菜单选择方式完成下列功能：输入学生数据；输出学生数据；学生数据查询；添加学生数据；修改学生数据；删除学生数据。1.1.2 设计思路本项目的实质是完成对学生成绩信息的建立、查找、插入、修改、删除等功能，可以首先定义项目的数据结构，然后将每个功能写成一个函数来完成对数据的操作，最后完成主函数以验证各个函数功能并得出运行
12、结果。1.1.3 数据结构本项目的数据是一组学生的成绩信息，每条学生的成绩信息由学号、姓名和成绩组成，这组学生的成绩信息具有相同特性，属于同一数据对象，相邻数据元素之间存在序偶关系。由此可以看出，这些数据具有线性表中数据元素的性质，所以该系统的数据采用线性表来存储。顺序表是线性表的顺序存储结构，是指用一组连续的内存单元依次存放线性表的数据元素。在顺序存储结构下，逻辑关系相邻的两个元素在物理位置上也相邻，这是顺序表的特点。本项目可以采用顺序表的线性表顺序存储结构。若一个数据元素仅占一个存储单元，则其存储方式参见图 1-1。4从图 1-1 中可见，第 i 个数据元素的地址为Loc(ai)=loc(
13、a1)+(i-1)假设线性表中每个元素占用 k 个存储单元，那么在顺序表中，线性表的第 i 个元素的存储位置与第 1 个元素的存储位置的关系是Loc(ai)=loc(a1)+(i-1)*k这里 Loc(ai)是第 i 个元素的存储位置，loc(a1)是第 1 个元素的存储位置，也称为线性表的基址。显然，顺序表便于进行随机访问，故线性表的顺序存储结构是一种随机存储结构。顺序表适宜于做查找这样的静态操作；顺序存储的优点是存储密度大，存储空间利用率高。缺点是插入或删除元素时不方便。由于 C 语言的数组类型也有随机存储的特点，一维数组的机内表示就是顺序结构。因此，可用 C 语言的一维数组实现线性表的顺
14、序存储。数组实现线性表的顺序存储的优点是可以随机存取表中任一元素 O(1)，存储空间使用紧凑；缺点是在插入，删除某一元素时，需要移动大量元素 O(n)，预先分配空间需按最大空间分配，利用不充分，表容量难以扩充。用结构体类型定义每个学生数据，故该数组中的每个数据的结构可描述为：typedef struct STU char stuno10; /学号char name10; /姓名float score; /成绩 ElemType;1.1.4 程序清单#include#include#include#include#define MaxListSize 20#define EQUAL 1typed
15、ef struct STUchar stuno 10;char name 10;float score;5ElemType;class Listprivate:/线性表的数组表示ElemType elemMaxListSize;int length;int MaxSize;public: /输入学生数据void init(List *L,int ms);/删除所有学生数据void DestroyList(List /将顺序表置为空表void ClearList()length=0;/判断顺序表是否为空表bool ListEmpty()return length=0;/判断顺序表是否为满bool
16、 ListFull()return length=MaxSize;/删除某个学生数据bool ListDelete(int,ElemType /遍历顺序表void ListTraverse();/返回顺序表的长度int ListLength();/学生数据查询void GetElem(int,ElemType *);/修改学生数据bool UpdateList(ElemType/添加学生数据bool ListInsert(int,ElemType /对学生数据按升序或降序输出void printlist(int);6void List:init(List *L,int ms)*L=(List
17、*)malloc(sizeof(List);(*L)-length=0;(*L)-MaxSize=ms;int List:ListLength()return length;bool List:ListDelete(int mark,ElemType if(ListEmpty() return false;if(mark0) /删除表头元素e=elem0;for(i=1; i=length) return false;else e=elemi;for(j=i+1;jname,e2-name)return false;if (strcmp(e1-stuno,e2-stuno)return fal
18、se;if (e1-age!=e2-age)return false;if (e1-score!=e2-score)return false;return true;bool List:Less_EqualList(ElemType *e1,ElemType *e2) if(strcmp(e1-name,e2-name)length+1) return false;q=for(p=p=q;-p)*(p+1)=*p;*q=e;+length;return true;/对学生成绩按升序或降序输出void List:printlist(int mark)int* b=new intlength;in
19、t i,k;coutinit(strcpy(e1.name,“stu1“);strcpy(e1.stuno,“100001“);e1.age=22;e1.score=88;La-ListInsert(1,e1);strcpy(e2.name,“stu2“);strcpy(e2.stuno,“100002“);e2.age=21;e2.score=79;La-ListInsert(2,e2);strcpy(e3.name,“stu3“);strcpy(e3.stuno,“100003“);e3.age=19;e3.score=87;La-ListInsert(3,e3);La-printlist
20、(0);coutListLength()init(strcpy(e4.name,“zmofun“);strcpy(e4.stuno,“100001“);e4.age=20;e4.score=94;Lb-ListInsert(1,e4);strcpy(e5.name,“bobjin“);strcpy(e5.stuno,“100002“);10e5.age=23;e5.score=69;Lb-ListInsert(2,e5);strcpy(e6.name,“stu1“);strcpy(e6.stuno,“100001“);e6.age=22;e6.score=88;Lb-ListInsert(3,
21、e6);Lb-printlist(0);coutListLength()ListDelete(-1,e6);if(k=0) coutprintlist(0);cin.get();coutprintlist(1);cin.get();coutprintlist(-1);cin.get();1.1.5 运行结果首先建立学生信息管理，输出结果为：姓名 学号 成绩Stu1 100001 80Stu2 100002 91Stu3 100003 56其次查询学号为 100002 的学生的成绩，输出结果为：91再次调用插入函数，插入 Stu4 成功！输入结果为：姓名 学号 成绩11Stu1 100001 8
22、0Stu2 100002 91Stu3 100003 56Stu4 100004 75最后删除 Stu2 成果！输出结果为：姓名 学号 成绩Stu1 100001 80Stu3 100003 56Stu4 100004 75查询不及格的学生，输出结果为：Stu3 100003 561.2 考试报名管理1.2.1 项目简介考试报名工作给各高校报名工作带来了新的挑战，给教务管理部门增加了很大的工作量，报名数据手工录入既费时又会不可避免地出现错误，同时也给不少学生以可乘之机。本项目是对考试报名管理的简单模拟，用菜单选择方式完成下列功能：输入考生信息；输出考生信息；查询考生信息；添加考生信息；修改考生
23、信息；删除考生信息。1.2.2 设计思路本项目的实质是完成对考生信息的建立、查找、插入、修改、删除等功能，可以首先定义项目的数据结构，然后将每个功能写成一个函数来完成对数据的操作，最后完成主函数以验证各个函数功能并得出运行结果。1.2.3 数据结构本项目的数据是一组考生信息，每条考生信息由准考证号、姓名、性别、年龄、报考类别等信息组成，这组考生信息具有相同特性，属于同一数据对象，相邻数据元素之间存在序偶关系。由此可以看出，这些数据也具有线性表中数据元素的性质，所以该系统的数据可以采用线性表来存储。从上一节的例子中可见，线性表的顺序存储结构的特点是逻辑关系相邻的两个元素在物理位置上也相邻，因此可
24、以随机存储表中任一元素，它的存储位置可用一个简单、直观的公12式来表示。然而，从另一个方面来看，这个特点也铸成了这种存储结构的弱点：在做插入或删除操作时，需要移动大量元素。为克服这一缺点，我们引入另一种存储形式链式存储。链式存储是线性表的另一种表示方法，由于它不要求逻辑上相邻的元素在物理位置上也相邻，因此它没有顺序存储结构的弱点，但同时也失去了顺序表可随机存取的特点。链式存储的优点是插入或删除元素时很方便，使用灵活。缺点是存储密度小，存储空间利用率低。事实上，链表插入、删除运算的快捷是以空间代价来换取时间。顺序表适宜于做查找这样的静态操作；链表宜于做插入、删除这样的动态操作。若线性表的长度变化
25、不大，且其主要操作是查找，则采用顺序表；若线性表的长度变化较大，且其主要操作是插入、删除操作，则采用链表。本项目对考生数据主要进行插入、删除、修改等操作，所以采用链式存储结构比较适合。用结构体类型定义每个考生信息，故该单链表中的每个结点的结构可描述为：typedef struct examinee char examno10; /准考证号char name10; /姓名char sex;float age;char examtype5; /成绩 ElemType;1.2.4 程序清单/单链表的类定义 linklist3.h#ifndef linklist3H#define linklist3H
26、#define LEN 30/定义 ElemType 为 inttypedef int ElemType;/单链表中结点的类型typedef struct LNodeElemType data;/值域LNode *next; /指针域LNode;class LinkListLNode *head;public:13/构造函数LinkList();/析构函数LinkList();/清空单链表void ClearList();/求单链表长度int ListSize();/检查单链表是否为空bool ListEmpty();/返回单链表中指定序号的结点值ElemType GetElem(int po
27、s);/遍历单链表void TraverseList(void f(ElemType /从单链表中查找元素bool FindList(ElemType/更新单链表中的给定元素bool UpdateList(const ElemType/向单链表插入元素,mark=0 插在表首,否则插在表尾void InsertList(ElemType item,int mark);/从单链表中删除元素 , mark 为要删除的第几个元素bool DeleteList(ElemType/对单链表进行有序排列 mark0 升序,否则降序void pailie(int mark=1);/对单链表进行有序输出,ma
28、rk=0 不排序,mark0 升序,marknext=NULL;14LinkList:LinkList()/析构函数LNode *p=head-next ,*q;while(p)q=p-next ;free(p);p=q;void LinkList:ClearList()/清空单链表LNode*p=head-next ,*q;while(p)q=p-next;free(p);p=q;head-next =NULL;int LinkList:ListSize()/求单链表长度LNode*p=head-next ;int i=0;while(p)i+;p=p-next ;return i;bool
29、 LinkList:ListEmpty()/检查单链表是否为空return ListSize()=0;/返回单链表中指定序号的结点值ElemType LinkList:GetElem(int pos)LNode*p=head-next ;int i=1;while(p)if(i+=pos)return p-data ;p=p-next ;15return head-data ;void LinkList:TraverseList(void f(ElemType while(p)f(p-data );p=p-next ;bool LinkList:FindList(ElemTypewhile(p
30、)if(p-data=item)return 1;p=p-next ;return 0;/更新单链表中的给定元素bool LinkList:UpdateList(const ElemType bool flag=0;while(p)if(p-data=item)p-data=e;flag=1;p=p-next ;return flag;/向单链表插入元素void LinkList:InsertList(ElemType item,int mark)LNode *q= new LNode;q-data = item;if(mark=0)q-next = head-next ;head-next=
31、q;return;LNode *p=head;16while(p-next)p=p-next ;q-next =NULL;p-next =q;/从单链表中删除元素bool LinkList:DeleteList(ElemTypeLNode *p=head,*q;for(int i=0;inext;item=p-next-data;q=p-next-next ;free(p-next );p-next=q;return 1;/对单链表进行有序排列 mark0 升序,否则降序void LinkList:pailie(int mark)ElemType aLEN+1;LNode *p=head-ne
32、xt;int k ;for(k=1;p!=NULL;k+,p=p-next )ak=p-data;k-;for(int i=1;i0for(int j=1;jnext )p-data=aj;17/对单链表进行有序输出void LinkList:OrderOutputList(int mark)ElemType aLEN+1;LNode *p=head-next;int k ;for( k=1;p!=NULL;k+,p=p-next )ak=p-data;k-;for(int i=1;i0seed=150;coutxu;couti;couti;list.DeleteList(it,i);cout
33、olds;coutnews;list.UpdateList(olds,news);coutinit_size;seed=120;coutxu;coutdata;i 自增 1；(3) 输出所有生者的位置。1.3.4 程序清单LinkList InitRing(int n, LinkList R) /尾插入法建立单循环链表函数ListNode *p, *q;int I;R=q=(LinkNode *)malloc(sizeof(LinkNode);for(i=1;idata=i;q-next=p;q=p;p-data=n;p-next=R;R=p;return R;LinkList DeleteD
34、eath(int n, int k, LinkList R) /生者与死者的选择int i, j;21ListNode *p, *q;p=R;for(i=1; inext;q=p-next;p-next=q-next;printf(“%4d”, q-data);free(q);R=p; return R;void OutRing(int n, LinkList R) /输出所有生者int i;LinkNode *p;p=R;for(i=1;inext)printf(“%4d”, p-data)有了上述算法分析和设计之后，实现就比较简单了。首先要定义一个链表结构类型，然后编写一个主函数调用上面已
35、定义好的函数即可。主函数的源程序如下：#include#includetypedef struct nodeint data;struct node * next;ListNode;typedef ListNode * LinkList;void main()LinkList R;int n,k;LinkList InitRing(int n, LinkList R);LinkList DeleteDeath(int n, int k, LinkList R);void OutRing(int n, LinkList R);22printf(“总人数 n. 报数上限 k=”);scanf(“%
36、d%d”,R=InitRing(n, R);R=DeleteDeath(n, k, R);OutRing(n, R);1.3.5 运行结果编译运行上述程序，提示：总人数 n. 报数上限 k=输入 30 和 9 后并“回车”可得出如下结果：9 18 27 6 16 26 7 19 30 12 24 8 22 5 23 21 25 28 29 1 2 3 4 10 11 13 14 15 17 201.4 约瑟夫双向生死游戏1.4.1 项目简介约瑟夫双向生死游戏是在约瑟夫生者死者游戏的基础上，正向计数后反向计数，然后再正向计数。具体描述如下：30 个旅客同乘一条船，因为严重超载，加上风高浪大，危险
37、万分；因此船长告诉乘客，只有将全船一半的旅客投入海中，其余人才能幸免遇难。无奈，大家只得同意这种办法，并议定 30 个人围成一圈，由第一个人开始，顺时针依次报数，数到第 9人，便把他投入大海中，然后从他的下一个人数起，逆时针数到第 5 人，将他投入大海，然后从他逆时针的下一个人数起，顺时针数到第 9 人，再将他投入大海，如此循环，直到剩下15 个乘客为止。问哪些位置是将被扔下大海的位置。1.4.2 设计思路本游戏的数学建模如下：假设 n 个旅客排成一个环形，依次顺序编号 1，2，n。从某个指定的第 1 号开始，沿环计数，数到第 m 个人就让其出列，然后从第 m+1 个人反向计数到 m-k+1
38、个人，让其出列，然后从 m-k 个人开始重新正向沿环计数，再数 m 个人后让其出列，然后再反向数 k 个人后让其出列。这个过程一直进行到剩下 q 个旅客为止。本游戏的要求用户输入的内容包括： 1. 旅客的个数，也就是 n 的值； 2. 正向离开旅客的间隔数，也就是 m 的值；233. 反向离开旅客的间隔数，也就是 k 的值；4. 所有旅客的序号作为一组数据要求存放在某种数据结构中。本游戏要求输出的内容是包括1. 离开旅客的序号； 2. 剩余旅客的序号； 所以，根据上面的模型分析及输入输出参数分析，可以定义一种数据结构后进行算法实现。1.4.4 数据结构约瑟夫双向生死游戏如果用单循环链表作为线性
39、存储结构，就只能正向计数结点，反向计数比较困难，算法较为复杂，而且效率低。用双向循环链表解决这一问题，实现的方法相对要简单得多。为了不失一般性，将 30 改为一个任意输入的正整数 n，而正向报数上限（原为 9）也为一个任选的正整数 m，正向报数上限（原为 5）也为一个任选的正整数 k， 。这样该算法描述如下：(1) 创建含有 n 个结点的双向循环链表；(2) 生着与死者的选择：p 指向链表的第一个结点，初始 i 置为 1；while(idata;i 自增 1；从 p 指向的结点沿链后退 k-1 步；删除第 k 个结点（q 所指向的结点） ；p 指向 q 的上一个结点；输出其位置 q-data;
40、i 自增 1；(3) 输出所有生者的位置。241.4.4 程序清单/双向循环链表的类定义 dcirlinkl.htypedef int ElemType;/双向链表结点的类型定义typedef struct DuLNode ElemType data;struct DuLNode *prior;/左指针struct DuLNode *next;/右指针DuLNode;#define LEN 20class DuLinkListprivate:DuLNode *head;/指向表头的指针DuLNode *curr;/当前结点指针int count;/ 双向循环链表的结点个数public:/构造函数DuLinkList();/析构函数DuLinkList()delete head;/创建有序或无序的带头结点的双向循环链表DuLNode *CreateCLinkL(int,int,int mark=0);/清空单循环链表void ClearCList();/求双向循环链表长度int CListSize();/检查双向循环链表是否为空bool CListEmpty();/返回指向第 pos 个结点的指针DuLNode *Index(int pos);/返回双向循环链表中指定序号的结点值ElemType GetElem(int pos);/遍历双向循环链表
