17春中石油北京《数据结构课程设计》在线考试资料

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中国石油大学（北京）远程教育学院
期 末 考 试
《数据结构》课程设计
1.课程设计题目
从下面四个题目中任选一题完成。
1.1 通讯录的制作
用单链表作为数据结构，结合C或者C++语言基本知识，编写一个班级的通讯录管理系统。系统包括下面几方面的功能：
        第1：输入信息：输入某同学的信息；
        第2：显示信息：显示全部通讯录中学生的信息；
        第3：查找功能：实现按姓名进行查找，并给出查找信息；
        第4：删除功能：实现按姓名进行删除，并给出操作结果；
        第5：每名同学的信息包括：姓名、性别、电话、城市；
        第6：界面友好，每步给出适当的操作提示；
第7：系统具有一定的容错能力。
1.2 图书管理系统
        设计一个计算机管理系统完成图书管理几本业务。系统要满足下面基本要求：
        第1：每种图书的登记内容包括：书名、书号、作者、出版社、现存量和库存量；
        第2：采编入库：新购图书，确定书号后，登记到图书账目表中，如果表中存在该书，则只将库存量增加；
        第3：借阅：如果该书的库存量大于0，则借出一本，登记借阅者的书证号和归还期限，改变库存量；
        第4：归还：注销对借阅者的登记，改变该书的库存量；
        第5：界面友好，每步给出适当的操作提示；
第6：系统具有一定的容错能力。
1.3 产品进销管理系统
针对某个行业的库房产品进销存情况进行管理，系统要求具有下列功能：
第1：采用一定的存储结构对库房的货品及其数量进行分类管理；
第2：可以进行产品类的添加、产品的添加、产品数量的添加；
第3：能够查询库房每种产品的总量、进货日期、销出数量、销售时间等；
第4：每种产品至少包含信息：产品名、进货日期、进货数量、销出数量、销售时间、库存量；
第5：界面友好，每步给出适当的操作提示；
第6：系统具有一定的容错能力。
1.4 校园导航问题
设计中国石油大学（北京）的校园平面图，至少包括10个场所，可以实现任意两个场所的最短路径。

2.课程设计报告书写规范
        课程设计报告包括该题目的需求分析、概要设计、详细设计、程序测试、感想与体会几部分内容。下面以“稀疏矩阵运算器”为例说明如何写课程设计报告。

题目要求：设计一个稀疏矩阵计算器，实现两个稀疏矩阵的加法、减法、乘法以及矩阵的转置运算。采用菜单为应用程序的界面，用户通过对菜单进行选择，分别实现矩阵的相加、相减、相乘以及矩阵转速运算。
2.1需求分析
1. 稀疏矩阵是指稀疏因子小于等于0.5的矩阵。利用“稀疏”特点进行存储和计算可以大大节省存储空间，提高计算效率。实现一个能进行稀疏矩阵基本运算的运算器。
2. 以“带行逻辑链接信息”的三元组顺序表表示稀疏矩阵，实现矩阵转置，以及两个矩阵的加、减、乘的运算。稀疏矩阵的输入形式采用三元组表示，运算结果以阵列形式列出。
3. 演示程序以用户和计算机的对话方式进行，数组的建立方式为边输入边建立。首先输入矩阵的行数和列数，并判别给出的两个矩阵的行列数是否与所要求的运算相匹配。
4. 程序可以对三元组的输入属性不加以限制；根据对矩阵的行列，三元组作之间插入排序，从而进行运算时，不会产生错误。
5. 在用三元组表示稀疏矩阵时，相加、相减和相乘所产生的结果矩阵另外生成。
6. 运行环境：VC6.0++。
2.2概要设计
稀疏矩阵元素用三元组表示：
typedef struct{
                int i;                        //非零元的行下标
                int j;                        //非零元的列下标
                int e;                //矩阵非零元
        }Triple;
稀疏矩阵采用三元组顺序表存储：
        #define MSXSIZE 12500        //假设非零元个数的最大值为200
#define MAXRC  10      //假定矩阵的最大行数为10
        typedef struct
{
            int  mu ;                                           //矩阵的行数
            int  nu ;                                           //矩阵的列数
            int  tu ;                                           //矩阵的非零元素个数
            Triple  data[MAXSIZE+1];           //非零元三元组表，data[0]没有用
                int  rpos[MAXRC+1];                    //各行第一个非零元素的位置表
}Tabletype;
系统主要函数及功能如下：
Menu( )：主控菜单，接收用户的选项；
Input_Matrix( )：输入矩阵；
Print_matrix( )：输出矩阵；
Cal_matrix( )：计算矩阵每行第一个非零元在三元组中的位序号；
TransposeMatrix( )：矩阵转置；       
Add_Matrix( )：矩阵加法运算；
Sub_Matrix( )：矩阵减法运算；
Multi_Matrix( )：矩阵乘法运算。
模块的调用关系如图1所示。

图1 程序调用模块示意图

2.3详细设计
1. 主函数设计

//*****************************************
//*        矩阵运算主函数         *
//*****************************************
主函数中，实现用户菜单菜单的打印，并根据用户的选项执行相应的功能，主函数力求简洁、清晰。
void main( )
{
        num=Menu();                                        //打印主菜单
        while(num)
        {
                switch(num)
                {
                        case 1:                                                               
                                Multi_Matrix();        //矩阵相乘                       
                                break;
                        case 2:
                                TransposeMatrix();        //矩阵转置                               
                                break;
                        case 3:                                                               
                                Add_Matrix();                //矩阵加法
                                break;
                        case 4:
                                Sub_Matrix();                //矩阵减法
                        case 0:
                                break;
                }//switch
                num=Menu();
        }//while
}
2. 主菜单设计
主控菜单是用来输出提示信息和处理输入，此函数返回用户的选项，提供给main函数中的switch语句。对于不符合要求的选项，提示输入错误并要求用户重新输入。将此函数与main函数合在一起，编译运行程序，即可检查并验证菜单选项是否正确。
主菜单如下：
//*****************************************
//*        打印主控菜单函数               *
//*****************************************
int menu( )
{
        printf("\n      主菜单");
        printf("\n*********************");       
        printf("\n        1. 矩阵乘法");
        printf("\n        2. 矩阵转置");
        printf("\n        3. 矩阵加法");
        printf("\n        4. 矩阵减法");
        printf("\n        0. 退出");
        printf("\n*********************");
        scanf("%d",&num);
        while(num<0||num>4)                //输入非法，重新输入
                scanf("%d",&num);
        return num;
}
3. 矩阵乘法运算函数
//*****************************************
//*        矩阵乘法运算算法               *
//*****************************************

Status Multi_Matrix()
{
   Input_Matrix(&a);        //输入矩阵a
   Input_Matrix(&b);         //输入矩阵b
   Cal_matrix(&a);        //计算矩阵a每行第一个非零元的位序号
   Cal_matrix(&b);        //计算矩阵b每行第一个非零元的位序号
   if (a.nu!=b.mu)                //不符合矩阵乘法条件，不能相乘
       return ERROR;   
   c.mu=a.mu;              //对矩阵c初始化
   c.nu=b.nu;
   c.tu=0;
   if(a.tu*b.tu!=0){
       for(arow=1;arow<=a.mu;arow++){ /*处理矩阵a的每一行*/
           for (p=1;p< MAXRC+1;p++) /*当前行各元素累加器清零*/
                 ctemp[p]=0;
           c.rpos[arow]=c.tu+1;
                   if(arow<a.mu )
                         tp=a.rpos [arow+1];
                   else
                         tp=a.tu +1;
                   for(p=a.rpos[arow]; p<tp;p++){ //求得c中第crow行的非零元
                          brow=a.data[p].j;
                          if(brow<b.nu)
                t=b.rpos[brow+1];
                          else  
                t=b.tu+1;
                          for (q=b.rpos[brow];q<t;q++){
                 ccol=b.data[q].j;  /*乘积元素在矩阵c中的列号*/
                                 ctemp[ccol]+=a.data[p].e*b.data[q].e;
                           } /*for q*/
                          }//for p
                          for(ccol=1;ccol<=c.nu;ccol++)
                                  if(ctemp[ccol])        /*压缩存储该行非零元*/
                                  {
                                          if((c.tu)>MAXSIZE)
                                                  exit(1);
                                          c.tu++;
                                          c.data[c.tu].i=arow;
                                          c.data[c.tu].j=ccol;
                                          c.data[c.tu].e=ctemp[ccol];
                                  }/*end if*/
              }/*for arrow*/
   }/*if*/
   Print_matrix(a);
   Print_matrix(b);
   Print_matrix(c);
}
4. 矩阵转置算法
//*****************************************
//*        矩阵转置算法                   *
//*****************************************
void TransposeMatrix(){
        Input_Matrix(&a);                //输入矩阵a
        b.mu=a.nu;
        b.nu=a.mu;
        b.tu=a.tu;
        if(b.tu){
           q=1;     /*b.data的下标*/
       for(col=1;col<=a.nu;col++)  //对a的每一列
           for(p=1;p<=a.tu;p++)  /*p为a的下标*/
                   if( a.data[p].j==col){  //寻找矩阵a中列为col的非零元
                           b.data[q].i=a.data[p].j;
                   b.data[q].j=a.data[p].i;
                   b.data[q].e=a.data[p].e;
                   q++;
                   }//if(p)
        }//if(b.tu)
        Print_matrix(b);         //输出a的转置矩阵
}
5. 矩阵加法算法
//*****************************************
//*        矩阵加法运算函数               *
//*             c=a+b                             *
//*****************************************
Status Add_Matrix(){
        Input_Matrix(&a); //输入矩阵a
        Input_Matrix(&b); //输入矩阵b
        if(a.mu !=b.mu ||a.nu !=b.nu )         //不满足矩阵加法条件
                return ERROR;
        c.mu =a.mu ;
        c.nu =a.nu ;
        ta=1;        tb=1;        tc=1;
        if(a.tu *b.tu !=0){
                while((ta<=a.tu) && (tb<=b.tu)){
                        if(a.data[ta].i==b.data[tb].i){
                                if(a.data[ta].j==b.data[tb].j){
                                        temp=a.data[ta].e+b.data[tb].e;
                                        if(temp!=0){
                                                c.data[tc].i=a.data[ta].i;
                                                c.data[tc].j=a.data[ta].j;
                                                c.data[tc].e=temp;
                                                tc++;
                                        }//end if (temp)
                                        ta++;        tb++;
                                }//end if
                                else{
                                        if(a.data[ta].j<b.data[tb].j){
                                                c.data[tc].i=a.data[ta].i;
                                                c.data[tc].j=a.data[ta].j;
                                                c.data[tc].e=a.data[ta].e;
                                                ta++;        tc++;
                                        }//end of else if
                                        else{
                                                c.data[tc].i=b.data[tb].i;
                                                c.data[tc].j=b.data[tb].j;
                                                c.data[tc].e=b.data[tb].e;
                                                tb++;        tc++;
                                        }//
                                }
                        }//end if
                        else{
                                if(a.data[ta].i<b.data[tb].i){
                                        c.data[tc].i=a.data[ta].i;
                                        c.data[tc].j=a.data[ta].j;
                                        c.data[tc].e=a.data[ta].e;
                                        tc++;        ta++;
                                }
                                else{
                                        c.data[tc].i=b.data[tb].i;
                                        c.data[tc].j=b.data[tb].j;
                                        c.data[tc].e=b.data[tb].e;
                                        tc++;        tb++;
                                }
                        }
                }//while
                while(ta<=a.tu){ //处理a中剩余非零元
                        c.data[tc].i=a.data[ta].i;
                        c.data[tc].j=a.data[ta].j;
                        c.data[tc].e=a.data[ta].e;
                        tc++;        ta++;
                }
                while(tb<=b.tu){ //处理b中剩余非零元
                        c.data[tc].i=b.data[tb].i;
                        c.data[tc].j=b.data[tb].j;
                        c.data[tc].e=b.data[tb].e;
                        tc++;        tb++;
                }
        }//
        c.tu=tc;
        Print_matrix(c);
}
6. 矩阵输入算法
用于输入矩阵的行数、列数、非零元个数，以及每个非零元素。输入算法如下：
//*****************************************
//*            矩阵输入算法               *
//*****************************************
Status Input_Matrix(Tabletype *t)
{
        scanf(t->mu, t->nu, t->tu); //获得矩阵行列数、非零元个数
        for(i=1;i<=tu;i++)
                scanf(t->data [i].i, t->data [i].j,t->data [i].e);
        return OK;
}
7. 矩阵输出算法
将三元组以矩阵方式输出在屏幕上，算法如下：
//*****************************************
//*            矩阵输出函数               *
//*****************************************
Status Print_matrix(Tabletype m){
        k=1;
        for(i=1;i<=m.mu;i++){
                 for(j=1;j<=m.nu ;j++) {/*非零元素*/
                         if((m.data[k].i==i)&&(m.data[k].j==j)){
                                 printf(m.data[k].e);
                                 k++;                                                          
                         }
                         else
                                 printf(“0”); /*零元素*/         
                 }
                 printf("\n");
        }
}
8. Cal_matrix函数
在矩阵乘法运算时，需要统计矩阵每行第一个非零元在三元组表中的位序号，算法如下：
void cal_matrix(Tabletype *m){
//计算矩阵中每一行中第一个非零元的位序号
        for(row=1;row<=m->mu  ;row++)
                num[row]=0;
        for(t=1;t<=m->tu ;t++)
                num[m->data [t].i]++;
        m->rpos [1]=1;
        for(row=2;row<=m->mu ;row++)
                m->rpos [row]=m->rpos [row-1]+num[row-1];
}
2.4程序测试
在这部分给出程序运行结果的屏幕截图，以及测试分析。
2.5感想与体会
这部分给出算法设计过程中的问题、程序调试过程的问题与收获。
3.要求
        源程序没有语法错误，运行结果正确；
        设计报告按照规范书写。
        课程设计最后提交内容包括：源程序与课程设计报告。