2012-2013学年第二学期《计算机算法设计》课程设计报告题目:排序综合专业:计算机科学与技术班级:09(2)班**:***指导教师:**成绩:计算机与信息工程系2013年6月27日目录1设计内容及要求 (1)1.1 设计内容 (1)1.2设计任务及具体要求 (1)2 算法原理 (1)2.1系统的功能简介 (1)2.2 总体程序框图 (1)3 算法设计 (2)3.1各个模块的程序流程图 (2)3.2 算法的入口参数及说明 (3)3.3 功能设计 (4)4 算法分析 (4)4.1程序的主要结构 (4)4.2代码分析 (5)4.3结果分析 (13)5 运行结果 (13)5.1 主菜单显示模块: (14)5.2 测试模块 (14)5.3结果模块 (15)6 参考文献 (15)1设计内容及要求1.1 设计内容利用随机函数产生N个随机整数(20000以上),对这些数进行多种方法进行排序。
1.2设计任务及具体要求1)至少采用三种方法实现上述问题求解(提示,可采用的方法有插入排序、希尔排序、起泡排序、快速排序、选择排序、堆排序、归并排序)。
并把排序后的结果保存在不同的文件中。
2)统计每一种排序方法的性能(以上机运行程序所花费的时间为准进行对比),找出其中两种较快的方法。
(1)至少采用三种方法实现上述问题求解(提示,可采用的方法有插入排序、希尔排序、冒泡排序、快速排序、选择排序、堆排序、归并排序)。
并把排序后的结果保存在不同的文件中。
(2)统计每一种排序方法的性能(以上机运行程序所花费的时间为准进行对比),找出其中两种较快的方法。
2 算法原理2.1系统的功能简介分析设计课题的要求,要求编程实现以下功能:(1)显示随机数:调用Dip()函数输出数组a[]。
数组a[]中保存有随机产生的随机数。
(2)直接选择排序:通过n-I次关键字间的比较,从n-i+1个记录中选出关键字最小的记录,并和第i个记录交换之。
(3)冒泡排序:如果有n个数,则要进行n-1趟比较。
在第1趟比较中要进行n-1次两两比较,在第j趟比较中要进行n-j次两两比较。
(4)希尔排序:先将整个待排记录序列分割成为若干子序列分别进行直接插入排序,待整个序列中的记录“基本有序”时,再对全体记录进行一次直接插入排序。
(5)直接插入排序:将一个记录插入到已排序好的有序表中,从而得到一个新的、记录数增1的有序表。
设整个排序有n个数,则进行n-1趟插入,即:先将序列中的第1个记录看成是一个有序的子序列,然后从第2个记录起逐个进行插入,直至整个序列变成按关键字非递减有序列为止。
(6)显示各排序算法排序后的的数据和时间效率,并比较找出其中2种较快的方法。
2.2 总体程序框图排序方式:直接选择排序、冒泡排序、希尔排序、直接插入排序显示排序后的的数据和时间效率。
3 算法设计3.1各个模块的程序流程图Main (职工工资管理系统)添加职工的工资信息计算个人所得税修改工人记录查询工资信息 统计工资信息删除个人工资信息数据结构:typedef struct{KeyType key;InfoType otherinfo;}RedType;typedef struct{RedType r[MAXSIZE+1];int length;}SqList;3.2 算法的入口参数及说明#include <stdio.h>#define MAXSIZE 20#define LT(a,b) ((a)<(b)) //宏定义typedef int KeyType; //定义关键字KeyType为int typedef int InfoType; //定义关键字InfoType为int typedef struct{ //RedType结构定义KeyType key;InfoType otherinfo; //记录中其他信息域的类型}RedType;typedef struct{ //SqList结构定义RedType r[MAXSIZE+1]; //定义大小int length; //length为待排记录个数}SqList;3.3 功能设计1)主控菜单设计为实现排序的操作功能,首先设计一个含有多个菜单项的主控菜单程序,然后再为这些菜单项配上相应的功能。
程序运行后,给出11个菜单项的内容和输入提示,如下:欢迎来到排序综合系统!菜单(1)---直接插入排序(2)---直接选择排序(3)---冒泡排序(4)---快速排序(5)---堆排序(6)---时间效率比较(7)---显示随机数(0)---退出系统请在上述序号中选择一个并输入:2)程序模块结构由课题要求可将程序划分为以下几个模块(即实现程序功能所需的函数):●主控菜单项选择函数menu_select()●插入排序函数:InsertSort()●选择排序函数:SelectSort()●冒泡排序函数:BubbleSort()●堆排序函数:heapsort()4算法分析4.1程序的主要结构函数调用关系如下图所示。
其中main()是主函数,它进行菜单驱动,根据选择项1~0调用相应的函数。
4.2代码分析#include <stdio.h>#include <conio.h>#include <stdlib.h>#include <windows.h>#include <time.h>#define N 30000void Wrong(){printf("\n=====>按键错误!\n");getchar();}void Disp(int a[]){int i;system("cls");for(i=0;i<N;i++){if((i-1)%10==9)printf("\n");printf("%-7d",a[i]);}}void InsertSort(int a[],int p) //插入排序{int i,j,temp;for(i=1;i<N;i++)temp=a[i];for(j=i;j>0&&a[j-1]>temp;j--)a[j]=a[j-1];a[j]=temp;}}void SelectSort(int a[],int p) //选择排序{int i,j,k;for(i=0;i<N-1;i++){k=i;for(j=i+1;j<N;j++)if(a[j]<a[k])k=j;if(k!=i){int temp;temp=a[k];a[k]=a[i];a[i]=temp;}}}void BubbleSort(int a[],int p) /*冒泡排序算法*/{int i,j,temp;for (i=0;i<N-1;i++){for (j=N-1;j>i;j--) /*比较,找出本趟最小关键字的记录*/ if (a[j]<a[j-1]){temp=a[j]; /*进行交换,将最小关键字记录前移*/a[j]=a[j-1];a[j-1]=temp;}}void creatheap(int a[],int i,int n) //创建堆{int j;int t;t=a[i];j=2*(i+1)-1;while(j<=n){if((j<n)&&(a[j]<a[j+1]))j++;if(t<a[j]){a[i]=a[j];i=j;j=2*(i+1)-1;}elsej=n+1;}a[i]=t;}void heapsort(int a[],int n,int p) //堆排序{int i;int t;for(i=n/2-1;i>=0;i--)creatheap(a,i,n-1);for(i=n-1;i>=1;i--){t=a[0];a[0]=a[i];a[i]=t;creatheap(a,0,i-1);}}void quicksort(int a[],int n,int p){int i,j,low,high,temp,top=-1;struct node{int low,high;}st[N];top++;st[top].low=0;st[top].high=n-1;while(top>-1){ low=st[top].low;high=st[top].high;top--;i=low;j=high;if(low<high){ temp=a[low];while(i!=j){ while(i<j&&a[j]>temp)j--;if(i<j){a[i]=a[j];i++;}while(i<j&&a[i]<temp)i++;if(i<j){a[j]=a[i];j--;}}a[i]=temp;top++;st[top].low=low;st[top].high=i-1;top++;st[top].low=i+1;st[top].high=high;}}}double TInsertSort(int a[],int p){int i;int b[N];for(i=0;i<N;i++)b[i]=a[i];LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0}; QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);LARGE_INTEGER m_liPerfStart={0};QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);InsertSort(b,p);LARGE_INTEGER liPerfNow={0};QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);double time=liPerfNow.QuadPart - m_liPerfStart.QuadPart;time/=m_liPerfFreq.QuadPart;if(p!=6){Disp(b);getchar();}printf("\n用直接插入排序法用的时间为%f秒;",time);FILE *fp;fp=fopen("直接插入排序.txt","w");for(i=0;i<N;i++)fprintf(fp,"%d ",b[i]);fclose(fp);return(time);}double TSelectSort(int a[],int p){int i;int b[N];for(i=0;i<N;i++)b[i]=a[i];LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0}; QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);LARGE_INTEGER m_liPerfStart={0};QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);SelectSort(b,p);if(p!=6){Disp(b);getchar();}LARGE_INTEGER liPerfNow={0};QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);double time=liPerfNow.QuadPart - m_liPerfStart.QuadPart; time/=m_liPerfFreq.QuadPart;printf("\n用直接选择排序法用的时间为%f秒;",time);FILE *fp;fp=fopen("直接选择排序.txt","w");for(i=0;i<N;i++)fprintf(fp,"%d ",b[i]);fclose(fp);return(time);}double TBubbleSort(int a[],int p){int i;int b[N];for(i=0;i<N;i++)b[i]=a[i];LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0};QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);LARGE_INTEGER m_liPerfStart={0};QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);BubbleSort(b,p);LARGE_INTEGER liPerfNow={0};QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);double time=liPerfNow.QuadPart - m_liPerfStart.QuadPart; time/=m_liPerfFreq.QuadPart;if(p!=6){Disp(b);getchar();}printf("\n用冒泡排序法用的时间为%f秒;",time);FILE *fp;fp=fopen("冒泡排序.txt","w");for(i=0;i<N;i++)fprintf(fp,"%d ",b[i]);fclose(fp);return(time);}double Theapsort(int a[],int n,int p){int i;int b[N];for(i=0;i<N;i++)b[i]=a[i];LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0}; QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);LARGE_INTEGER m_liPerfStart={0};QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);heapsort(b,N,p);LARGE_INTEGER liPerfNow={0};QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);double time=liPerfNow.QuadPart - m_liPerfStart.QuadPart; time/=m_liPerfFreq.QuadPart;if(p!=6){Disp(b);getchar();}printf("\n用堆排序法用的时间为%f秒;",time);FILE *fp;fp=fopen("堆排序.txt","w");for(i=0;i<N;i++)fprintf(fp,"%d ",b[i]);fclose(fp);return(time);double Tquicksort(int a[],int n,int p){int i;int b[N];for(i=0;i<N;i++)b[i]=a[i];LARGE_INTEGER m_liPerfFreq={0}; QueryPerformanceFrequency(&m_liPerfFreq);LARGE_INTEGER m_liPerfStart={0};QueryPerformanceCounter(&m_liPerfStart);quicksort(b,N,p);LARGE_INTEGER liPerfNow={0};QueryPerformanceCounter(&liPerfNow);double time=liPerfNow.QuadPart - m_liPerfStart.QuadPart; time/=m_liPerfFreq.QuadPart;if(p!=6){Disp(b);getchar(); }printf("\n用快速排序法用的时间为%f秒;",time);FILE *fp;fp=fopen("快速排序.txt","w");for(i=0;i<N;i++)fprintf(fp,"%d ",b[i]);fclose(fp); return(time);}void BubleSort(double a[]) //时间数组的冒泡排序{int i,j;double temp;for(i=1;i<6;i++){for(j=4;j>=i;j--)if(a[j+1]<a[j]){temp=a[j+1];a[j+1]=a[j];a[j]=temp;}}void menu(){printf(" 欢迎来到排序综合系统! \n"); printf(" ============================================== \n"); printf(" \n"); printf(" 菜单 \n"); printf(" \n"); printf(" \n"); printf(" (1)---直接插入排序 \n"); printf(" (2)---直接选择排序 \n"); printf(" (3)---冒泡排序 \n"); printf(" (4)---快速排序 \n"); printf(" (5)---堆排序 \n"); printf(" (6)---时间效率比较 \n"); printf(" (7)---显示随机数 \n"); printf(" (0)---退出系统 \n"); printf("\n 请在上述序号中选择一个并输入: "); }void main(){int i,p,a[N];srand((int)time(NULL)); /*随机种子*/for(i=0;i<N;i++)a[i]=rand()%50000+1;while(1){system("cls");menu();scanf("%d",&p);if(p==0){printf("===>谢谢使用!\n");getchar();break;}double TIMES[5],TIMES1[5];//时间数组switch(p){case 1:TInsertSort(a,p);printf("\n请按任意键继续...");getchar();break; case 2:TSelectSort(a,p);printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;case 3:TBubbleSort(a,p);printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;case 4:Tquicksort(a,N,p);printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;case 5:Theapsort(a,N,p);printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;case 6:system("cls");TIMES1[1]=TIMES[1]=TInsertSort(a,p);TIMES1[2]=TIMES[2]=TSelectSort(a,p);TIMES1[3]=TIMES[3]=TBubbleSort(a,p);TIMES1[4]=TIMES[4]=Tquicksort(a,N,p);TIMES1[5]=TIMES[5]=Theapsort(a,N,p);getchar();BubleSort(TIMES);printf("\n\n");{printf("排序这组数据两种较快的排序法分别是:\n");if(TIMES[1]==TIMES1[1]) printf("直接插入排序:%f秒!\n",TIMES[1]);if(TIMES[1]==TIMES1[2]) printf("直接选择排序:%f秒!\n",TIMES[1]);if(TIMES[1]==TIMES1[3]) printf("冒泡排序:%f秒!\n",TIMES[1]);if(TIMES[1]==TIMES1[4]) printf("快速排序:%f秒!\n",TIMES[1]);if(TIMES[1]==TIMES1[5]) printf("堆排序:%f秒!\n",TIMES[1]);if(TIMES[1]!=TIMES[2]){if(TIMES[2]==TIMES1[1]) printf("直接插入排序:%f秒!\n",TIMES[2]);if(TIMES[2]==TIMES1[2]) printf("直接选择排序%f秒!\n",TIMES[2]);if(TIMES[2]==TIMES1[3]) printf("冒泡排序%f秒!\n",TIMES[2]);if(TIMES[2]==TIMES1[4]) printf("快速排序%f秒!\n",TIMES[2]);if(TIMES[2]==TIMES1[5]) printf("堆排序%f秒!\n",TIMES[2]);}} printf("\n请按任意键继续...");srand((int)time(NULL));for(i=0;i<N;i++) {a[i]=rand()%30000+1;} getchar();break;case 7:Disp(a);FILE *fp;fp=fopen("随机数.txt","w");for(i=0;i<N;i++)fprintf(fp,"%d ",a[i]);fclose(fp);getchar();printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;default:Wrong();printf("\n请按任意键继续...");getchar();break;}}}4.3结果分析快速排序所用时间为0.006198秒,为最快。