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数据结构复习:几种排序算法的C++实现和二叉树的相关算法实现

2013年09月10日 ⁄ 综合 ⁄ 共 9844字 ⁄ 字号 评论关闭

      用c语言实现了二叉树的数据定义,二叉树的构建、销毁,以及先序、中序、后序的递归算法,非递归算法正在研究中。

/*--------------------------------------------------------------------------------------------*/

// 二叉树的二叉链表存储结构C语言实现。                                                   

// 实现了利用先序序列创建一棵二叉树,先序、中序、后序遍历算法的递归

// 和非递归算法。                                                                                      

// 版本: v1.0

// 环境:Visual C++ 6.0

// 作者: sunnyrain

// 日期: 2007-8-24

/*--------------------------------------------------------------------------------------------*/

//BiTree.h

struct BiTNode   //采用二叉链表存储结构
{
 char data;
 struct BiTNode* lchild;
 struct BiTNode* rchild;
}BiTNode;

struct BiTNode* CreateBiTree(); 
int DestroyBiTree(struct BiTNode* T);
int visit(char elem);

//递归遍历算法
int PreOrderTraverse_R(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem));
int InOrderTraverse_R(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem));
int PostOrderTraverse_R(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem));

//非递归遍历算法
void PreOrderTraverse(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem));
void InOrderTraverse(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem));
void PostOrderTraverse(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem));

//stack.h 堆栈数据结构,用于非递归算法中的附加空间

#define STACK_SIZE 256

struct stack
{
 struct BiTNode* elem[STACK_SIZE];
 int top;  //top总是指向栈顶元素的上一个元素
 int bottom; //恒0
};
void initStack(struct stack* s);
struct BiTNode* getTop(struct stack* s);
struct BiTNode* pop(struct stack* s);
void push(struct stack* s,struct BiTNode* p);
int isEmpty(struct stack* s);

//stack.c 堆栈的实现

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include "stack.h"

//初始化堆栈为0,栈指针为0
void initStack(struct stack* s)
{
 memset(s->elem,0,STACK_SIZE);
 s->top = s->bottom = 0;
}

//获取栈顶元素,栈顶指针不变
struct BiTNode* getTop(struct stack* s)
{
 return s->elem[s->top-1];
}

//弹出&返回栈顶元素
struct BiTNode* pop(struct stack* s)
{
 if(s->top == s->bottom)  //若栈空
 {
  printf("Stack is empty!/n");
  return 0;
 }

 --s->top;
 return s->elem[s->top];
}

//将pB指针压入栈中
void push(struct stack* s,struct BiTNode* pB)
{
 if(s->top<STACK_SIZE)  //栈未满
 {
  s->elem[s->top] = pB;
  ++s->top;
 }
 else 
  printf("Stack is full!/n");
}

//判断栈是否为空,空返回非0
int isEmpty(struct stack* s)
{
 return s->top == s->bottom;
}
//BiTree.c 二叉树创建、销毁、递归算法实现

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#include "BiTree.h"
#include "stack.h"

struct BiTNode* CreateBiTree() //采用先序递归方法创建一棵二叉树
{
 struct BiTNode* T;
 char ch,tmp;
 printf("please input the value of the node:/n");
 scanf("%c",&ch);
 tmp = getchar(); //忽略回车符
 if(ch == '&')    //输入&符号表示此节点为空
 {
  printf("Null BiTreeNode Created!/n");
  T = NULL;
  return NULL;
 }
 
 T = (struct BiTNode *)malloc(sizeof(BiTNode)); //为当前节点分配内存
 if(!T)
 {
  printf("Allocate memory failed!/n");
  return NULL;
 }

 T->data = ch;  //为当前节点赋值

 T->lchild = CreateBiTree();  //递归创建左子树
 T->rchild = CreateBiTree(); //递归创建右子树

 return T; 
}

//销毁二叉树,销毁成功返回0,错误返回1
int DestroyBiTree(struct BiTNode* T)
{
 if(T)
 {
  struct BiTNode* lchild = T->lchild;
  struct BiTNode* rchild = T->rchild;
  free(T);
  if(0 == DestroyBiTree(lchild))
  {
   if(0 == DestroyBiTree(rchild))
    return 0;
   else
    return 1;
  }
 } 
 return 0;
}
//访问节点元素
int visit(char elem)
{
 if(elem == '&')
  return 1;
 printf("%c ",elem);
 return 0;
}

//先序遍历递归算法,返回值为0表示遍历成功,1为失败
int PreOrderTraverse_R(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem))
{
 if(T)
 {
  if(0 != visit(T->data))  //访问根节点
   return 1;

  if(T->lchild)
  {
   if(0 != InOrderTraverse_R(T->lchild,visit)) //递归遍历左子树
    return 1;
  }
  
  if(T->rchild)
  {
   if(0 != InOrderTraverse_R(T->rchild,visit)) //递归遍历右子树
    return 1;
  }  
 } 
 return 0;   
}

//中序遍历递归算法,返回值为0表示遍历成功,1为失败
int InOrderTraverse_R(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem))
{
 if(T)
 {
  if(T->lchild)
  {
   if(0 != InOrderTraverse_R(T->lchild,visit)) //递归遍历左子树
    return 1;
  }
  
  if(0 != visit(T->data))  //访问根节点
   return 1;
  
  if(T->rchild)
  {
   if(0 != InOrderTraverse_R(T->rchild,visit)) //递归遍历右子树
    return 1;
  }  
 } 
 return 0;  
}

//后序遍历递归算法,返回0表示遍历成功,1为失败
int PostOrderTraverse_R(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem))
{
 if(T)
 {
  if(T->lchild)
  {
   if(0 != PostOrderTraverse_R(T->lchild,visit)) //递归遍历左子树
    return 1;
  }
  
  if(T->rchild)
  {
   if(0 != PostOrderTraverse_R(T->rchild,visit)) //递归遍历右子树
    return 1;
  }
  
  if(0 != visit(T->data))  //访问根节点
   return 1;
 } 
 return 0;     
}

//先序遍历非递归算法
void PreOrderTraverse(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem))
{
 struct stack ss;
 struct BiTNode* p = T;
 initStack(&ss); 
 while(p||!isEmpty(&ss))
 {
  if(p)
  {
   visit(p->data);
   push(&ss,p);
   p=p->lchild;
  }
  else
  {
   p = getTop(&ss);
   pop(&ss);
   p = p->rchild;
  }
 }
}

//中序遍历非递归算法
void InOrderTraverse(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem))
{
 struct stack ss;
 struct BiTNode* p;
 initStack(&ss);

 push(&ss,T);
 while(!isEmpty(&ss))
 {
  while(p = getTop(&ss))
   push(&ss,p->lchild); //向左走到尽头
  p = pop(&ss);  //空指针退栈

  if(!isEmpty(&ss))
  {
   p = pop(&ss);
   visit(p->data);  //访问节点
   push(&ss,p->rchild); //向右一步
  }
 }
}

//后序遍历非递归算法
void PostOrderTraverse(struct BiTNode* T, int (*visit)(char elem))
{
 struct stack ss;
 struct BiTNode* p = T;
 struct BiTNode* q;
 initStack(&ss); //初始化空栈

 while(p || !isEmpty(&ss))
 {
  if(p)
  {
   push(&ss,p);
   p = p->lchild;
  }
  else
  {
   p =getTop(&ss);
   if(p)
   {
    push(&ss,NULL);
    p = p->rchild;
   }
   else
   {
    pop(&ss);
    q = pop(&ss);
    visit(q->data);
   }
  }
 }
}

 

//main.c 测试主程序

#include<stdio.h>
#include "BiTree.h"

int main()
{
 struct BiTNode* bt = 0;
 bt = CreateBiTree(bt);
 printf("先序遍历序列:/n");
 PreOrderTraverse_R(bt,visit);
 printf("/n中序遍历序列:/n");
 InOrderTraverse_R(bt,visit);
 printf("/n后序遍历序列:/n");
 PostOrderTraverse_R(bt,visit);

 printf("/n非递归先序遍历序列:/n");
 PreOrderTraverse(bt,visit);

 printf("/n非递归中序遍历序列:/n");
 InOrderTraverse(bt,visit);

 printf("/n非递归后序遍历序列:/n");
 PostOrderTraverse(bt,visit);
 DestroyBiTree(bt);
 return 0;
}

 

 

 

 

    根据书上的算法写的,书上算法以数组0下标元素做哨兵,考虑到输入数组的时候不可能留个哨兵位置,就改写了一点,可以从0下标开始进行插入排序。

/*================================================================================

功能:对可以使用<进行比较的元素数组进行直接插入排序

作者:sunnyrain

日期:2008-09-10

编译环境:VC++6.0

=================================================================================*/

#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
void InsertSort(T* p,size_t length)
{
 T senti; //替代哨兵p[0]
 int i,j;
 for(i=1;i<length;++i)
 {
  if(p[i]<p[i-1])
  {
   senti = p[i];
   for(j=i-1;senti<p[j] && j>=0;--j)  //与有哨兵的相比这里多了j>=0,否则会越界错误
   {
    p[j+1] = p[j];
   }
   p[j+1] = senti;
  }  
 } 
}

int main()
{
 int a[10] ; //= {4,12,35,62,11,2,4,99,65,1};
 cout<<"Input ten integers :"<<endl;
 for(int i=0;i<10;i++)
 {
  cin>>a[i];
 }
 cout<<endl;
 InsertSort(a,10);
 cout<<"After sort:"<<endl;
 for(int j=0;j<10;j++)
 {
  cout<<a[j]<<" ";
 }
 return 0;
}

 

 

  其实和直接插入排序没有太大区别,只是查找过程使用了折半查找,总时间复杂度还是O(n^2),借此复习一下折半查找而已。

/*================================================================================

功能:对可以使用<进行比较的元素数组进行折半插入排序

作者:sunnyrain

日期:2008-09-10

编译环境:VC++6.0

=================================================================================*/

#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
void BInsertSort(T* p,size_t length)
{
 T senti; //替代哨兵p[0]
 int i,j,low,high,mid;
 for(i=1;i<length;++i)
 {
  low = 0;
  high = i-1;
  mid = (low + high)/2;
  while(low <= high)  //折半查找过程
  {
   if(p[i] > p[mid])
   {
    low =  mid + 1;
    mid = (low + high)/2;
   }
   else
   {
    high = mid - 1;
    mid = (low + high)/2;
   }
  }
  
  senti = p[i];  
  for(j=i-1; j>=mid;--j)  //移动元素&插入
  {
   p[j+1] = p[j];
  }
  p[high+1] = senti;  //这里要用high代替j,否则当插入元素比前面所有元素都大时会出错
  
 } 
}

int main()
{
 int a[10] = {4,12,35,62,11,2,4,99,65,1};
/* cout<<"Input ten integers :"<<endl;
 for(int i=0;i<10;i++)
 {
  cin>>a[i];
 }*/
 cout<<endl;
 BInsertSort(a,10);
 cout<<"After sort:"<<endl;
 for(int j=0;j<10;j++)
 {
  cout<<a[j]<<" ";
 }
 return 0;
}

 

 

 

    书上的表插入排序没有给算法,虽然看起来很简单,由于是个环形链表,还是折腾了半天才找到正确插入位置。后面的重排是书上算法,抄过来还是很容易的

/*================================================================================

功能:表插入排序c++实现

作者:sunnyrain

日期:2008-09-11

编译环境:VC++6.0

=================================================================================*/

#include<iostream>
using namespace std;
const int SIZE = 100;

template<class T>
struct SLNode{
 T elem;
 int next;
};

template<class T>
struct List{
 SLNode<T> r[SIZE];
 int length;
};

template<class T>
void tableSort(List<T>& list)  //表插入排序
{
 list.r[0].next = 1;
 list.r[1].next = 0;
 for(int i=2;i<list.length;i++)
 {
  int j = list.r[0].next;
  int pre = 0; //记录当前结点的前一位置
  while(list.r[i].elem >= list.r[j].elem && j>0) //找插入位置
  {
   pre = j;
   j = list.r[j].next; //链表向前走一步
  }
  list.r[i].next = j;  //插入的结点next域指向j结点
  list.r[pre].next = i; //插入结点的前一个结点的next域指向插入结点
 } 
}

template<class T>
void Arrange(List<T>& list)   //重排
{
 int pre = list.r[0].next;
 for(int i=1;i<list.length;i++)
 {
  while(pre<i)
   pre = list.r[pre].next;
  int q = list.r[pre].next;
  if(pre != i)
  {
   SLNode<T> temp = list.r[pre];
   list.r[pre] = list.r[i];
   list.r[i] = temp;
   list.r[i].next = pre;
  }
  pre = q;
 }
}

int main()
{
 List<int> list;
 int length = 8;
 
// cout<<"请输入表长度:"<<endl;
// cin>>length;
 
 list.length = length + 1;
// cout<<"请输入 "<<length<<" 个数字:"<<endl;
 
/* for(int i=1;i<list.length;i++)
 {
  cin>>list.r[i].elem;
 }*/
 list.r[1].elem = 49;
 list.r[2].elem = 38;
 list.r[3].elem = 65;
 list.r[4].elem = 97;
 list.r[5].elem = 76;
 list.r[6].elem = 13;
 list.r[7].elem = 27;
 list.r[8].elem = 49;
 
 for(int i=1;i<list.length;i++)
 {
  list.r[i].next = -1;
 }
 
 tableSort(list);  //进行表插入排序

 cout<<"排序结果(指针域顺序):"<<endl;
 for(i=0;i<length+1;i++)
  cout<<list.r[i].next<<"/t";
 cout<<endl;

 cout<<"重排结果:"<<endl;
 Arrange(list);    //重排静态链表
 for(i=1;i<list.length;i++)
 {
  cout<<list.r[i].elem<<"/t";
 }
 cout<<endl;
 
 for(i=1;i<list.length;i++)
 {
  cout<<list.r[i].next<<"/t";
 }
 cout<<endl;

 return 0;
}

 

 

 

/*================================================================================

功能:shell排序c++实现

作者:算法都抄书上的,我就不算作者啦,作者严蔚敏吧,嘿嘿

日期:2008-09-11

编译环境:VC++6.0

=================================================================================*/

#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
void ShellInsert(T* p,size_t length,int dk)  //一趟shell排序
{
 T temp;
 for(int i=dk;i<length;++i)
 {
  if(p[i]<p[i-dk])
  {
   temp = p[i];
   for(int j=i-dk;j>=0 && temp<p[j];j-=dk) //一趟插入过程
    p[j+dk] = p[j];
   p[j+dk] = temp;
  }
 }
}

template<class T>
void ShellSort(T* p,size_t length, int dlta[],int t)
{
 for(int k=0;k<t;++k)
 {
  ShellInsert(p,length,dlta[k]);
  for(int j=0;j<length;j++) //打印每一趟排序后的结果
  {
   cout<<p[j]<<"/t";
  }
  cout<<endl;
 }
}

int main()
{
 int a[10] = {49,38,65,97,76,13,27,49,55,4};
 int dlta[] = {9,5,3,1};  // dlta[k] = 2^(t-k)+1,t=3
/* cout<<"Input ten integers :"<<endl;
 for(int i=0;i<10;i++)
 {
  cin>>a[i];
 }
 cout<<endl;*/
 ShellSort(a,10,dlta,4);
 cout<<"After sort:"<<endl;
 for(int j=0;j<10;j++)
 {
  cout<<a[j]<<" ";
 }
 return 0;
}

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