20182307 2019-2020-1 《数据结构与面向对象程序设计》实验七报告

# 20182307 2019-2020-1 《数据结构与面向对象程序设计》实验七报告

课程：《程序设计与数据结构》
班级： 1823
姓名： 陆彦杰
学号：20182307
实验教师：王志强
实验日期：2019年11月1日
必修/选修： 必修

1.实验内容

• 定义一个Searching和Sorting类，并在类中实现linearSearch,SelectionSort方法，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。
• 重构你的代码
  • 把Sorting.java Searching.java放入 cn.edu.besti.cs1823.（姓名首字母+四位学号） 包中（例如：cn.edu.besti.cs1823.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）
• 参考http://www.cnblogs.com/maybe2030/p/4715035.html ，学习各种查找算法并在Searching中补充查找算法并测试
  • 提交运行结果截图
• 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（如果编写多个排序算法，即使其中三个排序程序有瑕疵，也可以酌情得满分）
• 编写Android程序对实现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（选做，加分）

2. 实验过程及结果

定义Searching和Sorting类并分别测试

• 实验目的：编写并改进教材中的Searching类与Sorting类代码
• 实验思路：通过采用类似“哨兵”思想，提高线性查找效率，并设计测试各种情况下算法的运行结果
  
  
  

将两个程序放入不同的文件夹并用命令行运行

• 实验目的：学习移动文件目录的方法，主要学习命令行的操作
• 实验思路：改变文件目录可以在IDEA里直接鼠标操作，也可以用命令行操作。命令行编译、运行指令是之前Linux中学习的javac *与java *命令
  
  
  

补全算法：斐波那契、二叉树、分块

• 实验目的：学习并实现斐波那契、二叉树、分块三种查找算法
• 实验思路：由于之前已经学习了大部分的查找算法，需要新学习的就是这三种算法。
  • 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。实现的代码如下:

 public static boolean FibonacciSearch(int[] table, int keyWord) {
      //确定需要的斐波那契数
      int i = 0;
      while (getFibonacci(i) - 1 == table.length) {
         i++;
      }
      //开始查找
      int low = 0;
      int height = table.length - 1;
      while (low <= height) {
         int mid = low + getFibonacci(i - 1);
         if (table[mid] == keyWord) {
            return true;
         } else if (table[mid] > keyWord) {
            height = mid - 1;
            i--;
         } else if (table[mid] < keyWord) {
            low = mid + 1;
            i -= 2;
         }
      }
      return false;
   }

   public static int getFibonacci(int n) {
      int res = 0;
      if (n == 0) {
         res = 0;
      } else if (n == 1) {
         res = 1;
      } else {
         int first = 0;
         int second = 1;
         for (int i = 2; i <= n; i++) {
            res = first + second;
            first = second;
            second = res;
         }
      }
      return res;
   }

• 二叉树查找：二叉查找树是先对待查找的数据进行生成树，确保树的左分支的值小于右分支的值，然后在就行和每个节点的父节点比较大小，查找最适合的范围。算法中需要频繁用到递归思想，需要注意基本情形的设置，避免无穷递归。
• 分块查找：将n个数据元素"按块有序"划分为m块（m ≤ n）。每一块中的结点不必有序，但块与块之间必须"按块有序"。要做到块与块之间有序，可以自己手动设置界限，来将元素分块。
  
  

补充实现排序方法：希尔、堆、二叉树

• 实验目的：学习并实现希尔、堆、二叉树三种排序算法
• 实验思路：
  • 希尔排序：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
    
  • 堆排序：堆是一个近似完全二叉树的结构，并同时满足堆积的性质：即子结点的键值或索引总是小于（或者大于）它的父节点
    
  • 二叉树排序：
    

Android实现各种排序与查找算法

3. 实验过程中遇到的问题和解决过程

• 问题1：测试添加树的节点的方法时，发现节点数与预期不符
  • 原因分析：该方法是添加节点的方法，所以如果每一次都用同一个对象去调用该方法的话，节点会不断添加，而不是每次从零开始构建
  • 
  • 解决方案：实例化多个对象来调用该方法
• 问题2：使用命令行编译SearchTest主方法时，无法识别该程序中调用的Searching类
  • 原因分析：命令行编译时只能编译一个程序，而主方法如果调用了其他类，此时是不能一起被编译的，所以无法执行
  • 解决方案：直接在根目录下用javac *.java编译所有文件
• 问题3：递归实现二分法查找时，递归无法结束
  • 原因分析：任何递归定义必须有一个非递归部分，它决定了递归结束的时机。而我的程序中，mid这个反复传入递归中的变量的值始终没有改动，它导致了我的程序在每一次递归时都不会出现任何变化，自然形成了“无穷递归”问题。
  • 解决方案：修改代码，让mid的值在递归前发生变化。
    

其他（感悟、思考等）

• 本次实验学习并实现了众多的排序及查找算法，其中让我感到困难的是二叉树的构建与查找。作为一种复杂的数据结构，我还需要更多的练习来熟悉掌握它，特别是左右子树的定义，与它其中普遍设计的递归思想。

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