20172323 2018-2019-1 《程序設計與數據結構》實驗三報告

時間 2019-12-08

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課程：《程序設計與數據結構》
班級： 1723
姓名：王禹涵
學號：20172323
實驗教師：王志強
實驗日期：2018年11月20日
必修/選修：必修html

1.實驗內容

查找與排序-1
定義一個Searching和Sorting類，並在類中實現linearSearch（教材P162 ）,SelectionSort方法（P169），最後完成測試。
要求很多於10個測試用例，提交測試用例設計狀況（正常，異常，邊界，正序，逆序），用例數據中要包含本身學號的後四位
提交運行結果圖。java

查找與排序-2
重構你的代碼
把Sorting.java Searching.java放入 cn.edu.besti.cs1723.（姓名首字母+四位學號）包中（例如：cn.edu.besti.cs1723.G2301）
把測試代碼放test包中
從新編譯，運行代碼，提交編譯，運行的截圖（IDEA，命令行兩種）git

查找與排序-3
參考http://www.cnblogs.com/maybe2030/p/4715035.html 在Searching中補充查找算法並測試
提交運行結果截圖算法

查找與排序-4
補充實現課上講過的排序方法：希爾排序，堆排序，二叉樹排序等(至少3個)
測試實現的算法（正常，異常，邊界）
提交運行結果截圖數組

查找與排序-5
編寫Android程序對各類查找與排序算法進行測試
提交運行結果截圖
推送代碼到碼雲數據結構

2. 實驗過程及結果

查找與排序-1

第一部分代碼類不太難，直接書上的代碼copy一會兒就行了。難點在於測試類的編寫，JUnit測試確實是好久沒有寫過了，可是依葫蘆畫瓢仍是差很少解決了
測試時須要考慮題目要求的正常，異常，邊界，正序，逆序五種狀況，因此在數組的賦值上包含了正整數、負整數、小數和字母幾種狀況的數組。在查找和排序方面都測試了查找邊界值和查找不存在的值，正序的一串數和逆序的一串數的排序。
測試結果以下

測試的代碼(參照上學期的資源)性能

public void testSearch1() {
                assertEquals(true, SearchingSorting.linearSearch(search1, 0, 6, 2323));
        }

左下角反映了測試經過與否單元測試

代碼連接
- 代碼
- 測試

查找與排序-2

第二部分看似簡單，其實花費了我很多時間。
首先把代碼類放在一個新的包內，另外一個測試類其實應該放在專門的test包內，而不該該隨便就在src下建一個test包，這點在單元測試的講解中有提到過，即學習

test目錄中放的也是Java代碼，但IDEA不知道test中放的是源代碼。在命令行中咱們知道要設置SOURCEPATH環境變量，在IDEA中咱們右鍵單擊test目錄，在彈出的菜單中選擇Mark Directory as->Test Sources Root就能夠了測試

另外一個在命令行上測試，我重寫了測試方法，沒有再用JUnit測試，由於屢次使用cmd運行都提示找不到或沒法加載主類，重寫以後，找到編譯文件所在的位置java SSTest1。特別奇怪的一個地方是，我只能在編譯文件所在的包外運行該代碼，若是是在包內又會報錯。

代碼連接

查找與排序-3

須要理解幾種查找算法，這部分比較困難，可是須要本身作的地方不難，由於代碼基本都給了出來。重點須要新學的是斐波拉契查找和插值查找

[插值查找] 基於二分查找算法，將查找點的選擇改進爲自適應選擇，能夠提升查找效率。對於表長較大，而關鍵字分佈又比較均勻的查找表來講，插值查找算法的平均性能比折半查找要好的多。反之，數組中若是分佈很是不均勻，那麼插值查找未必是很合適的選擇。
代碼分析

int InsertionSearch(int a[], int value, int low, int high)
{
    int mid = low+(value-a[low])/(a[high]-a[low])*(high-low);
    if(a[mid]==value)
        return mid;
    if(a[mid]>value)
        return InsertionSearch(a, value, low, mid-1);
    if(a[mid]<value)
        return InsertionSearch(a, value, mid+1, high);
}

其餘地方都和折半查找相似，主要是定位查找點的方法int mid = low+(value-a[low])/(a[high]-a[low])*(high-low);很差理解

由於插值查找適合分佈較爲均勻的數組，因此就假定有一個存儲值1-20的數組，對應索引值分別爲0~19.如今要查找2這個值，對應索引值爲1，適合插值查找這種方法。此時

value = 2;
low = 0;
high = 19;
mid = 1;

此時a[mid] = a[1] = 2,就查找到了須要的元素。
我想這個算法的核心在於（high - low）反映了要查找的數組的長度，(value-a[low])/(a[high]-a[low])定位了查找點大體在數組幾分之幾的位置上(由於數組內的元素分佈是比較均勻的)。

[斐波那契查找] 二分查找的一種提高算法，經過運用黃金比例的概念在數列中選擇查找點進行查找，提升查找效率。
斐波那契查找與折半查找很類似，他是根據斐波那契序列的特色對有序表進行分割的。他要求開始表中記錄的個數爲某個斐波那契數小1，及n=F(k)-1;。
代碼分析
寫出這代碼的核心思想是什麼我還沒法理解，只能跟着代碼走一遍。首先他須要將數組內的元素複製到一個斐波那契數長度的數組中，多出來的位置所有填充原數組的最後一位。而後經過變換mid的值不斷縮小查找的範圍，若是查找值小於temp[mid]的值，說明待查找的元素在[low,mid-1]範圍內，反之說明待查找的元素在[mid+1,high]範圍內。這裏恰好前面一部分與後面一部分的比值約爲0.618，將數組擴展到F[k]-1長度也是出於此考慮，以後相似於二分查找不斷縮小範圍逼近查找值。但最後的值有可能在擴展的數組中，須要返回n-1(爲何最多隻會找到擴展數組的第一個位置尚未弄明白)
代碼
測試

查找與排序-4

題目給出的三種排序算法，堆排序在以前的項目中已經有了實現的方法，二叉樹排序也不困難，只須要將數組內的元素依次序添加進二叉樹中，而後按照中序輸出的方法也能達到排序的效果。主要是希爾排序沒有遇到過

希爾排序是把記錄按下標的必定增量分組，對每組使用直接插入排序算法排序；隨着增量逐漸減小，每組包含的關鍵詞愈來愈多，當增量減至1時，整個文件恰被分紅一組，算法便終止。
實例講解，從網上找到的圖示，比我瞎講應該要有用得多

代碼實現

public static void sort(Integer[] data){
        if(data == null || data.length <= 1){
            return;
        }
        //增量
        int incrementNum = data.length/2;
        while(incrementNum >=1){
            for(int i=0;i<data.length;i++){
                //進行插入排序
                for(int j=i;j<data.length-incrementNum;j=j+incrementNum){
                    if(data[j]>data[j+incrementNum]){
                        int temple = data[j];
                        data[j] = data[j+incrementNum];
                        data[j+incrementNum] = temple;
                    }
                }
            }
            //設置新的增量
            incrementNum = incrementNum / 2;
        }
        String str = "";
        for (int n = 0; n < data.length; n++){
            str += data[n] + " ";
        }
        System.out.println(str);
    }

從算法的實現能夠看出，希爾排序是有些相似與間隔排序的，它經過設置增量，將相同間隔的元素放在一堆而後排好序，再將增量擴大，直至全部元素都在一個數組中且進行排序，這時即排序完成

代碼

查找與排序-5

這部分還算比較簡單，就把以前的代碼移動到AS裏，不過同時還須要移動一大堆的相關文件過去。我比較省事地只添加了兩個按鈕，一鍵就調用全部的排序或者查找方法。而後textview.setView（）中輸出一大堆返回信息，如圖

代碼

3. 實驗過程當中遇到的問題和解決過程

問題1：進行插值查找時，查找一個數組中不存在的數，出現以下的錯誤

問題1解決方案：debug以後發如今進行分區域的時候，會出現low>high的狀況，而程序沒有能處理這種狀況的能力。參照斐波那契查找代碼中對於出現low>high狀況的處理，在外部加上一個while循環，當出現low>high時，直接return -1這樣一來錯誤狀況就處理掉了。

問題2：int型與Interger型的區別
問題2解決方案：之前歷來沒有考慮到過這個問題(~~多是沒有認真學習的緣由~~)，總之到此次實驗時才發覺他倆好像是有點小小的區別，由於第一部分的實驗新創的數組都是Comparable型的，但後來由於實驗須要有一些方法有須要轉換成int型，因此數值的比較方法也須要大改。按理說data[min].compareTo(data[j]) > 0就須要改爲data[min] > data[j]可是改爲Interger型這些都不須要改變。因此查了一下他倆的一些區別
Integer 類和 int 的區別

　　①、Integer 是 int 包裝類，int 是八大基本數據類型之一（byte,char,short,int,long,float,double,boolean）

　　②、Integer 是類，默認值爲null，int是基本數據類型，默認值爲0；

　　③、Integer 表示的是對象，用一個引用指向這個對象，而int是基本數據類型，直接存儲數值。

Interger型至關因而一個包裝盒，裏面包含的是int型的對象，因此可使用CompareTo的方法。