20172313 2017-2018-2 《程序設計與數據結構》實驗二報告

時間 2019-11-19

標籤程序設計與數據結構實驗報告欄目軟件設計简体版

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20172313 2017-2018-2 《程序設計與數據結構》實驗一報告
課程：《程序設計與數據結構》
班級： 1723
姓名：李楠
學號：20172330
實驗教師：王志強
實驗日期：2018年11月8日
必修/選修：必修html

1.實驗內容

實驗二-1-實現二叉樹

參考教材p212,完成鏈樹LinkedBinaryTree的實現（getRight,contains,toString,preorder,postorder）java

用JUnit或本身編寫驅動類對本身實現的LinkedBinaryTree進行測試，提交測試代碼運行截圖，要全屏，包含本身的學號信息git

課下把代碼推送到代碼託管平臺算法

實驗二樹-2-中序先序序列構造二叉樹

基於LinkedBinaryTree，實現基於（中序，先序）序列構造惟一一棵二㕚樹的功能，好比給出中序HDIBEMJNAFCKGL和後序ABDHIEJMNCFGKL,構造出附圖中的樹數組

用JUnit或本身編寫驅動類對本身實現的功能進行測試，提交測試代碼運行截圖，要全屏，包含本身的學號信息數據結構

課下把代碼推送到代碼託管平臺函數

實驗二樹-3-決策樹

本身設計並實現一顆決策樹源碼分析

提交測試代碼運行截圖，要全屏，包含本身的學號信息post

課下把代碼推送到代碼託管平臺測試

實驗二樹-4-表達式樹

輸入中綴表達式，使用樹將中綴表達式轉換爲後綴表達式，並輸出後綴表達式和計算結果（若是沒有用樹，則爲0分）

提交測試代碼運行截圖，要全屏，包含本身的學號信息

課下把代碼推送到代碼託管平臺

實驗二樹-5-二叉查找樹

完成PP11.3

提交測試代碼運行截圖，要全屏，包含本身的學號信息

課下把代碼推送到代碼託管平臺

實驗二樹-6-紅黑樹分析

參考http://www.cnblogs.com/rocedu/p/7483915.html對Java中的紅黑樹（TreeMap，HashMap）進行源碼分析，並在實驗報告中體現分析結果。
（C:\Program Files\Java\jdk-11.0.1\lib\src\java.base\java\util）

2. 實驗過程及結果

實驗1：

代碼連接
(https://gitee.com/CS-IMIS-23/linan20172330newterm/blob/master/src/week6/LinkedBinaryTree.java)

(https://gitee.com/CS-IMIS-23/linan20172330newterm/blob/master/src/week6/LinkedBinaryTreeTest.java)

實驗2：

代碼連接
(https://gitee.com/CS-IMIS-23/linan20172330newterm/tree/master/src/shiyan2)

實驗3：

實驗4：

代碼連接
(https://gitee.com/CS-IMIS-23/linan20172330newterm/tree/master/src/shiyan2)

實驗5：

代碼截圖
(https://gitee.com/CS-IMIS-23/linan20172330newterm/tree/master/src/week7)

實驗6：

TreeMap類

①、紅黑樹的本質：
Ⅰ. 紅黑樹本質上是一個二叉查找樹（BST），可是它從根到最遠葉子的長度不會超過到最近葉子長度的兩倍，所以是近似平衡的。
Ⅱ. 紅黑樹的節點不是黑的就是紅的，不會有第三種顏色。
Ⅲ. 樹根必須是黑色。
Ⅳ. 葉子所指的空節點必須是黑色。
Ⅴ. 若是某個節點是紅色，那麼它的兩個兒子必須都是黑色。
Ⅵ. 從任意節點出發的全部向下的路徑上包含相同個數的黑節點。這個個數咱們稱爲黑高度Bh。
②、 TreeMap：從API文檔中查到：基於紅黑樹（Red-Black tree）的 NavigableMap 實現。該映射根據其鍵的天然順序進行排序，或者根據建立映射時提供的 Comparator 進行排序，具體取決於使用的構造方法。TreeMap的幾個重要特色：
Ⅰ.TreeMap內部是使用紅黑樹結構存儲的。
Ⅱ. 一個對象想要成爲TreeMap中的key，那麼該對象所屬的類必須實現Comparable接口，不然拋異常，由於key的尋找是依賴於比較器的實現。
Ⅲ.TreeMap中容許null值做爲value，可是不容許null成爲key。

TreeMap中於紅黑樹相關的主要函數有:

紅黑樹的節點顏色--紅色
private static final boolean RED = false; 
紅黑樹的節點顏色--黑色
private static final boolean BLACK = true;
紅黑樹的節點」對應的類。
static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { ... }

Entry包含了6個部份內容：key(鍵)、value(值)、left(左孩子)、right(右孩子)、parent(父節點)、color(顏色)
Entry節點根據key進行排序，Entry節點包含的內容爲value。

private void rotateLeft(Entry<K,V> p) { ... }//左旋
private void rotateRight(Entry<K,V> p) { ... }//右旋
public V put(K key, V value) { ... }//插入操做
紅黑樹執行插入操做以後，要執行「插入修正操做」。
目的是：保紅黑樹在進行插入節點以後，仍然是一顆紅黑樹
private void fixAfterInsertion(Entry<K,V> x) { ... }//插入修正操做

private void deleteEntry(Entry<K,V> p) { ... }//刪除操做
紅黑樹執行刪除以後，要執行「刪除修正操做」。
目的是保證：紅黑樹刪除節點以後，仍然是一顆紅黑樹//刪除修正操做
private void fixAfterDeletion(Entry<K,V> x) { ... }//刪除修正操做

HashMap類

①.HashMap類的TreeNode結點

static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
    TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links
    TreeNode<K,V> left;
    TreeNode<K,V> right;
    TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
    boolean red;
}

其中包括紅黑樹節點，有父親、左右孩子、前一個元素的節點，還有個顏色值。
②.另外因爲它繼承自 LinkedHashMap.Entry ，而 LinkedHashMap.Entry 繼承自 HashMap.Node ，所以還有額外的 6 個屬性：

//繼承 LinkedHashMap.Entry 的
Entry<K,V> before, after;

//HashMap.Node 的
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;

HashMap 中有三個關於紅黑樹的關鍵參數:
TREEIFY_THRESHOLD
UNTREEIFY_THRESHOLD
MIN_TREEIFY_CAPACITY

//一個桶的樹化閾值
//當桶中元素個數超過這個值時，須要使用紅黑樹節點替換鏈表節點
//這個值必須爲 8，要否則頻繁轉換效率也不高
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

//一個樹的鏈表還原閾值
//當擴容時，桶中元素個數小於這個值，就會把樹形的桶元素 還原（切分）爲鏈表結構
//這個值應該比上面那個小，至少爲 6，避免頻繁轉換
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

//哈希表的最小樹形化容量
//當哈希表中的容量大於這個值時，表中的桶才能進行樹形化
//不然桶內元素太多時會擴容，而不是樹形化
//爲了不進行擴容、樹形化選擇的衝突，這個值不能小於 4 * TREEIFY_THRESHOLD
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;