java项目——数据结构实验报告

java项目——数据结构总结报告

20135315  宋宸宁

实验要求

1、用java语言实现数据结构中的线性表、哈希表、树、图、队列、堆栈、排序查找算法的类。

2、设计集合框架，使用泛型实现各类。

3、API的编写，并导出。

4、使用TDD模式，对程序进行测试，利用TestSuite将各测试类整合到一起。

5、与小组成员实现代码的整合。

实验设计过程

1. 首先自学集合框架章节的内容，初步设计相关的类。
2. 根据数据结构课本的章节分类，实验各数据结构类。
3. 在类的编写过程中，经过老师的指导，我准备使用泛型这一新的功能。
4. 将各数据结构类向上抽象，设计抽象函数和接口。例如，线性表中包括链表和顺序表，这两张表虽然是不同的数据结构，但是有很多相同的地方，比如判断表是否为空、删除、插入等操作都是两者共有的，所以可以抽取出来，作为线性表的接口。
5. 将不同的数据结构放在不同的包中，这样以便使用。
6. 在编写代码的过程中，注意帮助文档和TDD测试的跟进编写。

实验内容

1、线性表的编写

首先根据线性表的性质，进行功能的抽取，设计list接口，让顺序表类和链表类分别实现它的功能，具体包括isEmpty（）是否为空函数，insert（）插入函数，append（）尾插函数，search（）查找函数，remove（）删除函数，get（）获取元素函数，set（）重置函数，length（）长度函数等。

然后依次在顺序表中实现以上函数，在实现接口的同时，增加特殊性的函数，如构造函数等。

在链表中实现以上类，注意，在链表类的设计中，要先设计出链表节点类，以便在链表的构造函数中调用。链表节点类中并没有具体方法，只有3种不同的构造函数方法。

2、队列堆栈的编写

首先根据队列的性质，进行功能的抽取，设计queue接口，具体包括isEmpty（）是否为空函数，enqueue（）入队函数，dequeue（）出队函数等。

然后依次用数组类型实现顺序队列，用链表类型实现链表队列。

首先根据堆栈的性质，进行功能的抽取，设计stack接口，具体包括isEmpty（）是否为空函数，push（）入栈函数，pop（）出栈函数，get（）获取函数等。

然后依次用数组类型实现顺序堆栈，用链表类型实现链表堆栈。

3、图的编写

首先根据图的性质，进行功能抽取，设计Graph接口，具体包括静态常量最大权重值99999，vertexCount()计算顶点数函数，get()获取顶点元素函数，getWeight()获取边的权值函数，insertVertex()插入顶点元素函数，insertEdge()插入边函数，removeVertex()移除顶点函数，removeEdge()移除边函数，getNextNeighbor()获取邻接点函数，DFSTraverse()深度遍历函数，BFSTraverse()广度遍历函数。

定义边类实现Comparable接口，编写构造方法，初始化起始顶点号，结束顶点号和权值；复写toString()函数,用于打印输出边的参数；实现compareTo()函数，进行起始顶点值的比较。

编写抽象图类实现Graph接口，复写DFSTraverse()深度遍历函数，BFSTraverse()广度遍历函数，增加minSpanTree_prim()生成最小生成树函数，Dijkstra算法求带权图中顶点vi的单源最短路径函数shortestPath()，Floyd算法求带权图每对顶点间的最短路径函数shortestPath()。

最后，编写邻接矩阵图类继承抽象图类，编写构造函数，初始化图的数据，分别复写抽象图类中的功能。

4、树的编写

首先根据树的性质，进行功能的抽取，设计BinTree接口，具体包括isEmpty()判断数是否为空函数，count()计算二叉树节点数函数，height()计算二叉树高度函数，preOrder()先序遍历函数，inOrder()中序遍历函数，postOrder()后序遍历函数，levelOrder()层序遍历函数，search()查找函数，getParent()获取父母节点函数，insertRoot()插入根节点函数，insertChild()插入子节点函数，removeChild()删除子节点函数，removeAll()删除全部元素函数。

编写节点类，设计三种构造方法，分别为传入空参数，传入节点数据域的数值，传入节点数据域的数值和左右子树。

编写二叉树类实现BinTree接口，实现BinTree接口中的方法，增加以下方法：create()创建新节点函数，getParent()在从某一节点开始的二叉树中获取父母节点函数，preOrder()从某一节起先序遍历函数，inOrder()从某一节点起中序遍历函数，postOrder()从某一节点起后序遍历函数，levelOrder()从某一节点起层序遍历函数，serach()从某一节点起插入节点函数，count()从某一节点起计算二叉树节点数函数，height()从某一节点起计算二叉树高度函数。

编写二叉排序类继承二叉树类，增加insert()插入元素方法，remove()删除元素方法，remove()删除节点方法。

5、哈希表的编写

编写哈希表类。包括两种构造方法，空参数法和传入表容量值法，以及hash()求元素散列地址函数，insert()插入方法，remove()移除方法，search()查找方法，toString()输出散列表信息函数。

6、API的编写

在每一个类前加一个文档注释，声明该类的用途，包含的方法，以及作者和版本信息。注意，帮助文档的编写要随着代码的编写而进行，这样会减少不必要的麻烦。当写完所有的帮助文档后，通过flie->export->选择java文件夹下的javadoc->选择要生成帮助文档的工程，选择生成地址->点击finish即可。

7、TDD的编写

由于要测试的类中的方法具有关联性，所以我通过设计不同的情景，同时对多个函数进行测试，而不是依次测试各个函数。其次，要测试的类中用到了泛型方法，所以分别设计了Integer类型的测试和String类型的测试。最终使用TestSuite功能，将所有类对应的测试类，整合到一个Test测试类中，对测试类进行统一管理和测试。

8、GUI界面的编写

通过自学图形用户界面部分，将各种数据结构类的各种方法通过图形用户界面实现出来。将各种功能的实现通过按钮来实现，其中比较重要的是，界面的设计。我的设计是，通过一个文本栏输出要操作的数据，将不同的方法对应上相应的按钮，通过操作按钮实现相应的功能。设置一个文本框，将操作的结果输出。由于时间有限，所以设计的比较粗糙。

实验结果与测试

1、完成DataStructure工程下，BinSortTreeStructure包、HashTableStructure包、linkedstructure包、MapStructure包、queuestructures包、Sort包以及stackstructures包的编写，分别包含二叉排序数类、散列表类、线性表类、图类、队列类、排序类以及堆栈类，注意关于查找的方法，没有统一封装起来，而是分别分装在美中数据结构的具体类包里，因为查找方法作为一种基本操作，已经包括在基础类中，不必在进行封装。

2、完成整个工程的TDD测试。

（1）TDD测试结果是比较全面的，具体到每一个类中的每一个方法。注意并不包含私有方法，因为我编写的程序中，私有方法是为了公有方法服务的，在公有方法的实现过程中调用了私有方法，如果TDD测试可以通过，也就间接说明了相应的私有方法的正确性。

（2）此外，在编写TDD测试的过程中，我设计每一种数据结构的情景，并不是类中的方法分离开测试的，而是一个方法的测试接着另一个方法，因为方法与方法之间是有联系的。（3）值得特别一提的是，在编写产品代码的时候，我使用了泛型这一新的结构，并在测试的过程中，分别针对整形Integer对象和字符串型String对象使用了泛型，都测试出了结果。

3、将各种数据结构类用GUI界面实现。通过自学图形用户界面的相关知识，在编程之前，首先要设计出所需的界面，实现一个框架中，包括各种功能函数的按钮，输入数据的文本框以及显示结果的文本框。

4、API的编写。由于学习java视频，我养成了边写代码边写注释的习惯，在代码写完后，相应的注释也写好了，所以直接在文件选项卡下，选择导出就可以了。

5、最终将所有代码和API文档打包成jar包，以备队友使用。

实验总结

1、TDD的编写一定要随着代码一起进行。在本次实验中，我是完成了全部的代码编写工作后，才开始写TDD的，在测试过程中，常常因为一个问题一直不成功，浪费很多时间回头找原因，而且加上编完代码也过去了一段时间，很多代码部分也有些遗忘，又不得不从头开始改起，耽误了大量的时间，记得有一个创建二叉排序数的函数的编写中，由于一个地方把大于当做小于，导致程序一直有问题，在我读了很多遍代码后，才最终发现问题。边写程序边测试，这一点是我在这次实验中最大的收获。

2、在设计类的时候，一定要学会提取和抽象，能总结成接口和抽象函数的功能，就要总结，刚开始的时候，我编写线性表时，当时只顾闭门造车，一个劲的生遍，导致链表和顺序表类的很多功能都有相似之处，但都没有抽取出来，导致一个类中有过多的冗杂的函数，阅读起来不方便，查找也不方便，通过阅读参考书，我在学习他人的代码过程中，学习了如何提取功能，建立接口和抽象类，以及父类。

3、特别的一点是，在对Sort排序类进行TDD测试的时候，由于忽略了字符串这一类型的特点，排序java10、java06、java006时，由于我的主观臆断，认为结果应该为java06、java006、java10，导致测试成功，后来发现字符串类型数据和整形数据的区别后，修改了预期结果，才使测试得以通过。不过，大多数情况下，测试不通过还是由于程序的原因，比如在创建二叉排序数的过程中，对建好的二叉排序树进行中序排序，输出的结果总是有一部分错误，有时又能正常通过，后来发现在一个if判断语句中，大于小于写反了。通过TDD测试确实能发现问题，使程序更准确、完整。

4、API的编写在编程的过程中也显得尤为重要。只有边编程边写注释，才能减少日后的麻烦，许多程序隔了一段时间后再看，会发现读不懂了，这时就体现了注释的重要意义。此外，养成良好的编程习惯，我们就会逐步成长为一名合格的编程人员。API的编写，不但是对编程者的提示，更要有提示用户的左右，所以写注释的时候，一定要注明函数的功能，参数的意义和返回值的意义。更要注意文档注释的编写，文档注释是对整个类的解释，所以要说明该类的用途和功能，以及作者和版本信息。

5、通过去图书馆借阅相关的书籍，我通过只看一部分的内容，如关于链表部分的，通过比较，最终筛选出最适合书，并以该书作为参考，实现了日后的编程。这使我查阅资料的能力得到了提高。在本次实验中，我认为我最大的收获是学会了如何自学和如何查资料，通过借阅不同的相关书籍进行比较，可以很清晰的发现各种书的差异，也可以找到最合适自己水平的书来阅读学习。

6、在本次实验中除了项目代码的完成，我也学会一些东西。比如，开发一个项目TDD测试一定要紧跟着代码的编写完成，只有这样才能保证你的代码可以使用各种不同的情况，以及在编写的过程中，及时的跟进注释的编写。如何查资料。如何快速学习。在本次的实验中，我发现有目的的学习，比盲目的学习课本要有效率的多，而且还可以保证你真正的学到了知识，这一点适合任何学科、任何事物的学习。