20172323 2018-2019-1 《程序设计与数据结构》实验三报告

课程：《程序设计与数据结构》
班级： 1723
姓名： 王禹涵
学号：20172323
实验教师：王志强
实验日期：2018年11月20日
必修/选修： 必修

1.实验内容

查找与排序-1
定义一个Searching和Sorting类，并在类中实现linearSearch（教材P162 ）,SelectionSort方法（P169），最后完成测试。
要求不少于10个测试用例，提交测试用例设计情况（正常，异常，边界，正序，逆序），用例数据中要包含自己学号的后四位
提交运行结果图。

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查找与排序-2
重构你的代码
把Sorting.java Searching.java放入 cn.edu.besti.cs1723.（姓名首字母+四位学号） 包中（例如：cn.edu.besti.cs1723.G2301）
把测试代码放test包中
重新编译，运行代码，提交编译，运行的截图（IDEA，命令行两种）

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查找与排序-3
参考http://www.cnblogs.com/maybe2030/p/4715035.html 在Searching中补充查找算法并测试
提交运行结果截图

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查找与排序-4
补充实现课上讲过的排序方法：希尔排序，堆排序，二叉树排序等(至少3个)
测试实现的算法（正常，异常，边界）
提交运行结果截图

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查找与排序-5
编写Android程序对各种查找与排序算法进行测试
提交运行结果截图
推送代码到码云

2. 实验过程及结果

查找与排序-1

• 第一部分代码类不太难，直接书上的代码copy一下子就好了。难点在于测试类的编写，JUnit测试确实是很久没有写过了，但是依葫芦画瓢还是差不多解决了
  测试时需要考虑题目要求的正常，异常，边界，正序，逆序五种情况，所以在数组的赋值上包含了正整数、负整数、小数和字母几种情况的数组。在查找和排序方面都测试了查找边界值和查找不存在的值，正序的一串数和逆序的一串数的排序。
  测试结果如下
  

测试的代码(参照上学期的资源)

public void testSearch1() {
                assertEquals(true, SearchingSorting.linearSearch(search1, 0, 6, 2323));
        }

左下角反映了测试通过与否

• 代码链接
  • 代码
  • 测试

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查找与排序-2

第二部分看似简单，其实花费了我不少时间。
首先把代码类放在一个新的包内，另一个测试类其实应该放在专门的test包内，而不应该随便就在src下建一个test包，这点在单元测试的讲解中有提到过，即

test目录中放的也是Java代码，但IDEA不知道test中放的是源代码。在命令行中我们知道要设置SOURCEPATH环境变量，在IDEA中我们右键单击test目录，在弹出的菜单中选择Mark Directory as->Test Sources Root就可以了

另一个在命令行上测试，我重写了测试方法，没有再用JUnit测试，因为多次使用cmd运行都提示找不到或无法加载主类，重写之后，找到编译文件所在的位置java SSTest1。特别奇怪的一个地方是，我只能在编译文件所在的包外运行该代码，如果是在包内又会报错。

• 代码链接
  • 代码
  • 测试Idea

  • 测试命令行

查找与排序-3

需要理解几种查找算法，这部分比较困难，但是需要自己做的地方不难，因为代码基本都给了出来。重点需要新学的是斐波拉契查找和插值查找

• [插值查找] 基于二分查找算法，将查找点的选择改进为自适应选择，可以提高查找效率。对于表长较大，而关键字分布又比较均匀的查找表来说，插值查找算法的平均性能比折半查找要好的多。反之，数组中如果分布非常不均匀，那么插值查找未必是很合适的选择。
  代码分析

int InsertionSearch(int a[], int value, int low, int high)
{
    int mid = low+(value-a[low])/(a[high]-a[low])*(high-low);
    if(a[mid]==value)
        return mid;
    if(a[mid]>value)
        return InsertionSearch(a, value, low, mid-1);
    if(a[mid]

其他地方都和折半查找类似，主要是定位查找点的方法int mid = low+(value-a[low])/(a[high]-a[low])*(high-low);不好理解

• 因为插值查找适合分布较为均匀的数组，所以就假定有一个存储值1-20的数组，对应索引值分别为0~19.现在要查找2这个值，对应索引值为1，适合插值查找这种方法。此时

value = 2;
low = 0;
high = 19;
mid = 1;

此时a[mid] = a[1] = 2,就查找到了需要的元素。
我想这个算法的核心在于（high - low）反映了要查找的数组的长度，(value-a[low])/(a[high]-a[low])定位了查找点大致在数组几分之几的位置上(因为数组内的元素分布是比较均匀的)。

• [斐波那契查找] 二分查找的一种提升算法，通过运用黄金比例的概念在数列中选择查找点进行查找，提高查找效率。
• 斐波那契查找与折半查找很相似，他是根据斐波那契序列的特点对有序表进行分割的。他要求开始表中记录的个数为某个斐波那契数小1，及n=F(k)-1;。

• 代码分析
  写出这代码的核心思想是什么我还无法理解，只能跟着代码走一遍。首先他需要将数组内的元素复制到一个斐波那契数长度的数组中，多出来的位置全部填充原数组的最后一位。然后通过变换mid的值不断缩小查找的范围，如果查找值小于temp[mid]的值，说明待查找的元素在[low,mid-1]范围内，反之说明待查找的元素在[mid+1,high]范围内。这里刚好前面一部分与后面一部分的比值约为0.618，将数组扩展到F[k]-1长度也是出于此考虑，之后类似于二分查找不断缩小范围逼近查找值。但最后的值有可能在扩展的数组中，需要返回n-1(为什么最多只会找到扩展数组的第一个位置还没有弄明白)
  

• 代码
  

• 测试

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查找与排序-4

题目给出的三种排序算法，堆排序在之前的项目中已经有了实现的方法，二叉树排序也不困难，只需要将数组内的元素依次序添加进二叉树中，然后按照中序输出的方法也能达到排序的效果。主要是希尔排序没有遇到过

• 希尔排序是把记录按下标的一定增量分组，对每组使用直接插入排序算法排序；随着增量逐渐减少，每组包含的关键词越来越多，当增量减至1时，整个文件恰被分成一组，算法便终止。
• 实例讲解，从网上找到的图示，比我瞎讲应该要有用得多
  

代码实现

public static void sort(Integer[] data){
        if(data == null || data.length <= 1){
            return;
        }
        //增量
        int incrementNum = data.length/2;
        while(incrementNum >=1){
            for(int i=0;idata[j+incrementNum]){
                        int temple = data[j];
                        data[j] = data[j+incrementNum];
                        data[j+incrementNum] = temple;
                    }
                }
            }
            //设置新的增量
            incrementNum = incrementNum / 2;
        }
        String str = "";
        for (int n = 0; n < data.length; n++){
            str += data[n] + " ";
        }
        System.out.println(str);
    }

从算法的实现可以看出，希尔排序是有些类似与间隔排序的，它通过设置增量，将相同间隔的元素放在一堆然后排好序，再将增量扩大，直至所有元素都在一个数组中且进行排序，这时即排序完成

• 代码

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查找与排序-5

这部分还算比较简单，就把之前的代码移动到AS里，不过同时还需要移动一大堆的相关文件过去。我比较省事地只添加了两个按钮，一键就调用所有的排序或者查找方法。然后textview.setView（）中输出一大堆返回信息，如图

• 代码

3. 实验过程中遇到的问题和解决过程

问题1：进行插值查找时，查找一个数组中不存在的数，出现如下的错误

问题1解决方案：debug之后发现在进行分区域的时候，会出现low>high的情况，而程序没有能处理这种情况的能力。参照斐波那契查找代码中对于出现low>high情况的处理，在外部加上一个while循环，当出现low>high时，直接return -1这样一来错误情况就处理掉了。

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问题2：int型与Interger型的区别
问题2解决方案：以前从来没有考虑到过这个问题(可能是没有认真学习的原因)，总之到这次实验时才发觉他俩好像是有点小小的区别，因为第一部分的实验新创的数组都是Comparable型的，但后来因为实验需要有一些方法有需要转换成int型，所以数值的比较方法也需要大改。按理说data[min].compareTo(data[j]) > 0就需要改成data[min] > data[j]但是改成Interger型这些都不需要改变。所以查了一下他俩的一些区别
Integer 类和 int 的区别

　　①、Integer 是 int 包装类，int 是八大基本数据类型之一（byte,char,short,int,long,float,double,boolean）

　　②、Integer 是类，默认值为null，int是基本数据类型，默认值为0；

　　③、Integer 表示的是对象，用一个引用指向这个对象，而int是基本数据类型，直接存储数值。

Interger型相当于是一个包装盒，里面包含的是int型的对象，所以可以使用CompareTo的方法。

4.其他

这次实验相对来说理论的学习很重要，要优于自己动手写代码。通过这次实验，我对几种查找和排序算法都有了更深刻的了解，同时还了解了一些没有接触过的查找算法。比较意外的一个收获是，我对一些数据类型的了解也更加深刻了

5.参考资料

• 《Java程序设计与数据结构教程（第二版）》

• 《Java程序设计与数据结构教程（第二版）》学习指导
• 七大查找算法
• 彻底让你明白 Integer 类和 int 基本数据类型的区别

• 希尔排序（java实现）