天津城市建设学院
课程设计任务书
2011 —2012 学年第一学期
电子与信息工程
系
专业
班级
课程设计名称: 数据结构课程设计
设计题目:
各种排序算法时间性能的比较
完成期限:自 2012 年 1 月 2 日至 2012 年 1 月 6 日共 1 周
设计依据、要求及主要内容(可另加附页):
一、设计依据
[1]《数据结构课程设计指导书》
[2]《数据结构课程设计大纲》
二、设计要求
通过这次设计,要求在数据结构的逻辑特性和物理表示,数据结构的选择的应用、算法的设计
及其实现等方面中深对课程基本内容的理解。同时,在程序设计方法以及上机操作等基本技能和科
学作风方面受到比较系统和严格的训练。
三、设计内容
1) 问题描述
对各种排序方法(直接插入排序、希尔排序、起泡排序、快速排序、直接选择排序、堆排序和
归并排序)的时间性能进行比较。
2) 基本要求
(1) 设计并实现上述各种排序算法;
(2) 产生正序和逆序的初始排列分别调用上述排序算法,并比较时间性能;
(3) 产生随机的初始排列分别调用上述排序算法,并比较时间性能。
3) 设计思想
上述各种排序方法都是基于比较的内排序,其时间主要消耗在排序过程中进行的记录的比较次
数和移动次数,因此,统计在相同数据状态下不同排序算法的比较次数和移动次数,即可实现比较
各种排序算法的目的。
直接插入排序、起泡排序、直接选择排序在教材中已经实现,请仿照教材中的方法在其他排序
算法中的适当位置插入计数器统计元素的比较次数和移动次数。
【思考题】如果测算每种排序算法所用实际的时间,应如何修改排序算法?
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四、参考资料
[1] 王红梅. 数据结构 C++.北京:清华大学出版社,2005.
[2] 王红梅. 数据结构 C++实验指导书.北京:清华大学出版社,2005.
[3] 严蔚敏,吴伟民.数据结构(C 语言版).清华大学出版社
指 导 教 师 (签字):
教研室主任(签字):
批准日期:
年 月
日
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目录
一、需求分析...................................................................................................................................................4
1) 需求描述 .....................................................................................................................................4
2) 要求 .............................................................................................................................................4
3) 设计思想 .....................................................................................................................................4
二、总体设计...................................................................................................................................................4
1)程序的系统构造.........................................................................................................................4
2)程序的函数构造及其实现方式.................................................................................................5
三、详细设计...................................................................................................................................................5
1)数组的录入及其生成.................................................................................................................5
2)排序算法.....................................................................................................................................6
3)记录排序过程.............................................................................................................................8
4)分析并输出结果.........................................................................................................................8
四、调试与测试...............................................................................................................................................9
五、关键源程序清单和执行结果................................................................................................................ 12
1)快速排序和堆排序源程序.......................................................................................................12
2)执行结果概览...........................................................................................................................13
六、参考文献.................................................................................................................................................14
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一、需求分析
各种排序算法时间性能的比较
1) 需求描述
对各种排序方法(直接插入排序、希尔排序、起泡排序、快速排序、直接选择排序、堆
排序和归并排序)的时间性能进行比较。
2) 要求
(1) 设计并实现上述各种排序算法;
(2) 产生正序和逆序的初始排列分别调用上述排序算法,并比较时间性能;
(3) 产生随机的初始排列分别调用上述排序算法,并比较时间性能。
3) 设计思想
上述各种排序方法都是基于比较的内排序,其时间主要消耗在排序过程中进行的记录的
比较次数和移动次数,因此,统计在相同数据状态下不同排序算法的比较次数和移动次数,即
可实现比较各种排序算法的目的。
二、总体设计
1)程序的系统构造
算法时间性能比较程序
步
数
分
析
(
生
成
顺
序
数
组
)
步
数
分
析
(
生
成
逆
序
数
组
)
步
数
分
析
(
生
成
随
机
数
组
)
步
数
分
析
(
手
动
输
入
数
组
)
显
示
分
析
结
果
退
出
程
序
时
间
分
析
(
生
成
随
机
数
组
)
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时间分析是附加功能,时间分析比步数分析更能精确的记录程序的运行过程。
2)程序的函数构造及其实现方式
生成正/逆 序数组
输入正序/逆序
生成随机数组
排序,记录步数
排序,记录时间
分析排序
输出结果
(1)程序存储结构
所有输入均使用顺序表存储结构。在二叉树的操作中,用 n*2 计算左孩子节点, n*2-1 计
算右孩子节点;同理,使用 n/2 计算孩子的父节点。
数组的赋值操作是使用循环对其各项一一赋值。
(2)排序,记录步数
对同一个数组一次进行直接插入排序、希尔排序、起泡排序、快速排序、直接选择排序、
堆排序和归并排序,统计各个算法中的比较次数和移动次数。
(3)分析结果
对各个算法运行后记录下的总步数进行排序,比较出效率最好的算法和最差第算法。
三、详细设计
1)数组的录入及其生成
生成数组后,用循环对数组进行赋值,代码如下:
void initYours( int *test,int n)
{
for( int i = 0; i < n; i++)
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cin >> test[ i];
{
}
}
在数组的赋值过程中,必须传入数组长度。然后从 test[0..n]依次对数组进行赋值。
在随机数组的生成过程中,使用 rand()函数产生伪随机数,用当前时间为随机数的种子,
使每次产生的随机数组都不一样。随机数存入数组的代码如下:
void initArr( int *myArr, int n) //初始化数组,将随机数存存入
{
}
int ran_num;
srand( (unsigned)time( 0 ) );
for(int i = 0; i < n; i++)
{
}
ran_num = rand()%1000;
myArr[ i] = ran_num;
种子函数为:srand( (unsigned)time( 0 ) );生成 0-1000 之间的伪随机数依次存入数组。
2)排序算法
(1)直接插入排序
直接插入排序类似于玩纸牌时整理手中纸牌的过程,其基本思想是:依次将待排序序列中
的每一个记录插入到一个已排好的序列中,直到全部记录都排好。
(2)希尔排序
先将整个待排序列分割成若干个子序列,在子序列中分别进行直接插入排序,待整个序列
基本有序时,再对整个记录进行一次直接插入排序。
在本程序的希尔排序中,希尔“逐段分割”的“增量”的计算方法使用:d=d/3+1;d 的初
始值为 n,即数组长度。
(3)冒泡排序
两两比较相邻记录的关键码,如果凡序则交换,直到没有反序记录为止。
具体排序过程为:
1. 将整个待排序的记录划分为有序区和无序区,初始状态有序区为空,无序区包所
所有待排记录;
2. 对无序区从前向后依次将相邻记录的关键码进行比较,若反序则交换,从而使得
关键码小的记录向前移动,大大记录向后移动;
3. 重复执行 2,直到无序区中没有反序的记录。
(4)快速排序
在快速排序中,记录的比较和移动是从两端向中间进行的,关键码较大的记录一次就能从
前面移动到后面,关键码较小的记录一次就能从后面直接移动到前面,记录移动距离较远,从
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而减少了总的移动次数。快速排序的伪代码如下:
1. 将 i 和 j 分别指向待排序区域的最左和最右侧记录的位置;
2. 重复下述过程,知道 i=j
a) 右侧扫描,直到记录 j 的关键码小于基准记录的关键码;
b) 如果 i
以下是归并的例子:
图 2
3)记录排序过程
在排序函数中,添加变量 Ccount 和变量 Ecount 的引用,分别对比较次数和交换次数做比较。
当发生一次比较是 Ccount 自动加 1,发生一次交换时 Ecount 则自动加 1。
如下代码,直接插入排序中的 Ccount 和 Ecount 引用:
/////////////////////////////////////直接插入排序
void insert_sort( int *a, int n, int &cc, int &ec)
{
}
int i, j, temp;
for( i = 1; i < n; i++)
{
temp = a[ i];
for( j = i ,/* 测试*/ cc++; j > 0 && temp < a[ j-1]; j-- )
{
}
a[ j] = a[ j-1];
/* 测试*/ ec++;
a[ j] = temp;
}
“/*测试*/ cc++”和“/*测试*/ cc++”分别是对 Ccount 和 Ecount 的自动加值,每运行一次,
则这两个变量自动加 1。
4)分析并输出结果
在 3)中得到的 Ccount 和 Ecount 的值将汇总传入对象数组 myseult[7]中,myseult[7]对象数
组中包括排序名称和排序过程的记录值。对象的声明如下代码所示:
class Result
{
public:
string sortName;
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