20172310《程序設計與數據結構》（下）實驗二：二叉樹實驗報告

時間 2019-12-09

原文原文鏈接

20172310《程序設計與數據結構》（下）實驗二：二叉樹實驗報告

報告封面

課程：《軟件結構與數據結構》
班級： 1723
姓名：仇夏
學號：20172310
實驗教師：王志強老師
實驗日期：2018年11月7日-2018年11月日
必修選修：必修

實驗二-1-實現二叉樹

實驗要求內容

參考教材p212,完成鏈樹LinkedBinaryTree的實現（getRight,contains,toString,preorder,postorder）
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
課下把代碼推送到代碼託管平臺html

實驗過程及結果

鏈樹LinkedBinaryTree其實課本上已經有基本的框架代碼了，要本身編寫的就是getRight,contains,toString,preorder,postorder這些代碼。

java

getRight和getLeft編寫的時候其實時遇到了一些問題，最後換了上述的寫法。

express

實驗二樹-2-中序先序序列構造二叉樹

實驗要求內容

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
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
課下把代碼推送到代碼託管平臺安全

實驗過程及結果

(我如今以爲本身的腦子快要氣死了，如今是11月19號，我在寫實驗三的博客時，以實驗二的博客做爲模板，結果直接在上面對實驗1和2進行了更改，尚未發現什麼不對，直接保存了，並且尚未備份。個人人生，一片灰暗，啊啊啊啊啊ε＝ε＝ε＝(#>д<)ﾉ，只好重寫了一遍，可是當時的有些圖片已經找不到了了，因此接下來的圖是藍墨雲中找回來的)。數據結構

先來看中序和後序遍歷構造出一棵樹的思路。

結果：

實驗二樹-3-決策樹

實驗要求內容

本身設計並實現一顆決策樹
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框架

實驗過程及結果

實驗三是仿照背部疼痛診斷器來寫的，只要看懂了背部疼痛診斷器就很好寫

實驗二樹-4-表達式樹

實驗要求內容

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源碼分析

實驗過程及結果

在課本第十章編寫了一個表達式樹的類，其中的思路就是操做數一個棧，操做符一個棧來構造一棵二叉樹。這個實驗的思路就是同樣利用表達式樹的原理，
將輸入的中綴表達式讀取構建一棵二叉樹，想要變成後綴表達式，其實就是將這顆二叉樹後序遍歷輸出。post

關鍵代碼爲：性能

ExpressionTree operand1,operand2;
        char operator;
        String tempToken;

        Scanner parser = new Scanner(expression);

        while(parser.hasNext()){
            tempToken = parser.next();
            operator=tempToken.charAt(0);

            if ((operator == '+') || (operator == '-') || (operator=='*') ||
                    (operator == '/')){
                if (ope.empty())
                    ope.push(tempToken);//當儲存符號的棧爲空時，直接進棧
                else{
                    String a =ope.peek()+"";
                    if (((a.equals("+"))||(a.equals("-")))&&((operator=='*')||(operator=='/')))
                        ope.push(tempToken);//當獲得的符號的優先級大於棧頂元素時，直接進棧
                    else {
                        String s = String.valueOf(ope.pop());
                        char temp = s.charAt(0);
                        operand1 = getOperand(treeExpression);
                        operand2 = getOperand(treeExpression);
                        treeExpression.push(new ExpressionTree
                                (new ExpressionTreeOp(1, temp, 0), operand2, operand1));
                        ope.push(operator);
                    }//當獲得的符號的優先級小於棧頂元素或者優先級相同時時，數字棧出來兩個運算數，造成新的樹進棧
                }
            }
            else
                treeExpression.push(new ExpressionTree(new ExpressionTreeOp
                        (2,' ',Integer.parseInt(tempToken)), null, null));
        }
        while(!ope.empty()){
            String a = String.valueOf(ope.pop());
            operator = a.charAt(0);
            operand1 = getOperand(treeExpression);
            operand2 = getOperand(treeExpression);
            treeExpression.push(new ExpressionTree
                    (new ExpressionTreeOp(1, operator, 0), operand2, operand1));
        }
        return treeExpression.peek();
    }

    public String getTree()
    {
        return (treeExpression.peek()).printTree();
    }

    public int getResult(){
        return treeExpression.peek().evaluateTree();
    }
    public String PostOrder(){
        Iterator iterator =  treeExpression.peek().iteratorPostOrder();
        String result="";
        for (;iterator.hasNext();)
            result +=iterator.next()+" ";
        return result;
    }

實驗二樹-5-二叉查找樹

實驗要求內容

完成PP11.3,對於二叉查找樹的鏈表實現，請實現removeMax、findMin和findMax等操做。
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學習

實驗過程及結果

public T removeMin() throws EmptyCollectionException 
    {
        T result = null;

        if (isEmpty())
            throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");
        else 
        {
            //若是根元素沒有左孩子，根就是最小的元素，根元素變爲原根元素的右孩子
            if (root.left == null) 
            {
                result = root.element;
                root = root.right;
            }
            //若是根有左孩子
            else 
            {
                BinaryTreeNode<T> parent = root;
                BinaryTreeNode<T> current = root.left;
                while (current.left != null) 
                {
                    parent = current;
                    current = current.left;
                }
                result =  current.element;
                parent.left = current.right;
            }

            modCount--;
        }
 
        return result;
    }


    public T removeMax() throws EmptyCollectionException 
    {
        T result = null;

        if (isEmpty())
            throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");
        else
        {
            //若是沒有右孩子
            if (root.right == null)
            {
                result = root.element;
                root = root.left;
            }
            //若是有右孩子
            else
            {
                BinaryTreeNode<T> parent = root;
                BinaryTreeNode<T> current = root.right;
                while (current.right != null)
                {
                    parent = current;
                    current = current.right;
                }
                result =  current.element;
                parent.right = current.left;
            }

            modCount--;
        }

        return result;
    }


    public T findMin() throws EmptyCollectionException 
    {
        T result = null;

        if (isEmpty())
            throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");
        else
        {
            if (root.left == null)
            {
                result = root.element;
            }
            else
            {
                BinaryTreeNode<T> parent = root;
                BinaryTreeNode<T> current = root.left;
                while (current.left != null)
                {
                    parent = current;
                    current = current.left;
                }
                result =  current.element;
            }

        }

        return result;
    }


    public T findMax() throws EmptyCollectionException 
    {
        T result = null;

        if (isEmpty())
            throw new EmptyCollectionException("LinkedBinarySearchTree");
        else {
            if (root.right == null)
            {
                result = root.element;
            }
            else
            {
                BinaryTreeNode<T> parent = root;
                BinaryTreeNode<T> current = root.right;

                while (current.right != null)
                {
                    parent = current;
                    current = current.right;
                }
                result = current.element;
            }
        }
        return result;
    }

實驗二樹-6-紅黑樹分析

實驗要求內容

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）

實驗過程及結果

學習的資料：Java Collections API源碼分析
Java中紅黑樹的分析：
TreeMap 是什麼？

TreeMap 是一個有序的key-value集合，它是經過紅黑樹實現的。
TreeMap 繼承於AbstractMap，因此它是一個Map，即一個key-value集合。

TreeMap 實現了NavigableMap接口，意味着它支持一系列的導航方法。好比返回有序的key集合。
TreeMap 實現了Cloneable接口，意味着它能被克隆。
TreeMap 實現了java.io.Serializable接口，意味着它支持序列化。
TreeMap基於紅黑樹（Red-Black tree）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的基本操做 containsKey、get、put 和 remove 的時間複雜度是 log(n) 。
另外，TreeMap是非同步的。它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fastl的。

這是大多數參考資料上給出的關於TreeMap的簡介，可是裏面還涉及到了不少的其餘的有關概念，因此不太好理解,我也翻看了一些資料，在上面點擊就能夠查看。關於代碼的理解能夠看一下Java 集合系列12之 TreeMap詳細介紹(源碼解析)和使用示例

Hashmap是什麼？Java 集合系列10之 HashMap詳細介紹(源碼解析)和使用示例

HashMap 是一個散列表，它存儲的內容是鍵值對(key-value)映射。
HashMap 繼承於AbstractMap，實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。

HashMap 的實現不是同步的，這意味着它不是線程安全的。它的key、value均可覺得null。此外，HashMap中的映射不是有序的。
HashMap 的實例有兩個參數影響其性能：「初始容量」和「加載因子」。容量是哈希表中桶的數量，初始容量只是哈希表在建立時的容量。加載因子是哈希表在其容量自動增長以前能夠達到多滿的一種尺度。當哈希表中的條目數超出了加載因子與當前容量的乘積時，則要對該哈希表進行 rehash 操做（即重建內部數據結構），從而哈希表將具備大約兩倍的桶數。
一般，默認加載因子是 0.75, 這是在時間和空間成本上尋求一種折衷。加載因子太高雖然減小了空間開銷，但同時也增長了查詢成本（在大多數 HashMap 類的操做中，包括 get 和 put 操做，都反映了這一點）。在設置初始容量時應該考慮到映射中所需的條目數及其加載因子，以便最大限度地減小 rehash 操做次數。若是初始容量大於最大條目數除以加載因子，則不會發生 rehash 操做。
HashMap和TreeMap最本質的區別：

HashMap經過hashcode方法對其內容進行快速查找，而 TreeMap中全部的元素都保持着某種固定的順序，若是你須要獲得一個有序的結果你就應該使用TreeMap，由於HashMap中元素的排列順序是不固定的。

實驗過程當中遇到的問題和解決過程

問題一：在實驗二—2中，想要用迭代的方式繼續處理左右子樹，可是估計是參數寫錯了，因而出現了這樣的錯誤。
問題一的解決方案：形參的編寫必定要仔細，否則就極可能得不到正確的結果。肉眼難以找出本身的思路錯誤，因而進行了代碼調試。
問題二：在實驗二樹-4-表達式樹中寫的方法最開始是對於「/」操做符的放入是有問題的，就像：

因此判斷是下面這段代碼放入操做符的時候出現了問題。

if (((ope.peek().equals("+"))||(ope.peek().equals("-")))&&((operator=='*')||(operator=='/')))
                        ope.push(tempToken);

因而進行調試

問題二的解決方法：其實這個問題我以前一直都沒有想明白，多虧了我機智聰明的隊友，他又對代碼進行了思考和調試，在他的指導下，我才發現錯誤的地方是

其餘（感悟、思考等）

此次的實驗有簡單的也有困難的，發現本身有時候的思路真的挺奇葩的。對於第六個那種純看文字學習的實驗我有些轉不動腦子，日常自學其實都用的是紙質課本，能夠在上面勾勾畫畫，但看電腦個人思惟就很容易跑偏，因此看了好幾遍第六個實驗，看來之後仍是要多克服克服這種思惟不集中的問題，提升一下學習的效率。還有要感謝一下隊友的幫助，否則問題都還解決不了。