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文章目錄

• 前言
• 一、問題描述
• 二、問題描述
• • （1）選用的散列函數
  • （2）散列因子
  • （3）解決沖突的方法
• 三、實驗結果及分析
• • （1）實驗數據描述
  • （2）實驗結果
  • （3）性能分析
• 四、實驗總結
• 五、源代碼
• • （1）隨機生成電話號碼系統代碼
  • （2）電話號碼查詢系統代碼

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前言

記錄下上學期的數據結構實驗
本電話號碼查詢系統基于兩種散列方法和兩種解決沖突的方法實現

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提示：以下是本篇文章正文內容，下面案例可供參考

一、問題描述

設計散列表，實現電話號碼查找系統。設電話號碼簿長度為n（0≤n≤10000），系統應該實現如下工作：
⑴ 電話號碼簿保存在磁盤文件中，每一條電話號碼記錄包含數據項：編號（唯一），用戶名，通信地址，電話號碼（手機號）
⑵ 創建散列表：系統運行時，讀取磁盤文件的電話號碼，構建散列表，用于查詢。要求：自選散列函數(至少2種)，自選解決沖突的方法(至少2種)，分別以電話號碼和用戶名為關鍵字，建立散列表。
⑶ 查詢：根據輸入的用戶名，查找并顯示給定用戶的信息。
⑷ 性能分析：
① 計算并輸出不同散列函數、不同解決沖突方法的平均查找長度。
② 通過改變散列因子、改變哈希函數等方式，改善平均查找長度：通過數據表、柱形圖、折線圖等方式，記錄實驗數據的變化情況，對影響平均查找長度變化的原因進行分析。

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二、問題描述

（1）選用的散列函數

①除留余數法
分析：
ⅰ.以電話號碼為關鍵字時，將字符串類型的電話號碼轉換成long型數據，除以表長，剩下的余數作為其在散列表中的地址，即pos值。
ⅱ.以姓名為關鍵字時，將字符串類型的姓名的每一位上的字母轉換成ascii碼，此時還是內容為數字的字符串，再將字符串轉換成long型數據，除以表長，剩下的余數作為其在散列表中的地址，即pos值。
②折疊法
分析：
ⅰ.以電話號碼為關鍵字時，將字符串類型的電話號碼，切割成四組數據，每組數據的個數為3 3 3 2，轉化成int型數據，取第一組數據和第三組數據、第二組和第四組的逆置數相加，得到的數據取后四位數，作為其在散列表中的地址，即pos值。
ⅱ.以姓名為關鍵字時，將字符串類型的姓名的每一位上的字母轉換成ascii碼，此時還是內容為數字的字符串，再切割成四組數據，每組數據的個數為3 3 3 2，轉化成int型數據，取第一組數據和第三組數據、第二組和第四組的逆置數相加，得到的數據取后四位數，作為其在散列表中的地址，即pos值。

（2）散列因子

散列表的散列因子定義為：α= 填入表中的元素個數/散列表的長度。α是散列表裝滿程度的標志因子。由于表長是定值，α與元素個數成正比，所以，α越大，填入表中的元素較多，產生沖突的可能性就越大；α越小，填入表中的元素較少，產生沖突的可能性就越小。
為了探究不同散列因子對平均查找長度ASL的影響，在利用線性探測法解決沖突時，本實驗中
擬取用 α 的值為 0.85、0.75、0.65、0.55；利用拉鏈法解決沖突時，本實驗中 α 擬選用 1、1.2、
1.4、1.6。

（3）解決沖突的方法

①線性探測法
該方法的基本思想是，當關鍵字key的哈希地址p出現沖突時，順序查看表中下一單元，以p為基礎產生另一個哈希地址p1,如果p1仍然沖突，再以p為基礎產生p2，……，直到找到一個不沖突的哈希地址pi，將相應元素存入其中。沖突發生時，順序查看表中下一單元，，直到找出一個空單元或者查遍全表。
缺點：容易造成元素聚集，降低查找效率
②拉鏈法
該方法基本思想是將所有的哈希地址為i的元素構成一個同義詞鏈的單鏈表，并將單鏈表的頭指針存在哈希表的第i個單元中。
優點：避免了動態調整的開銷

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三、實驗結果及分析

（1）實驗數據描述

1.數據集規模
本實驗擬采用 10000 組聯系人記錄。每一行記錄一位聯系人的編號、姓名、地址、電話號碼。
文件存儲于FinalDataSet_10000.txt。文件存儲格式如圖 1 所示：

圖1 實驗數據集內容

2.數據集來源
本次實驗的數據全部隨機生成。
數據內容：
編號：1-10000，按順序輸出即可；
姓名：三個英文字母，字符串。隨機生成0-25的int型數據，再通過循環從char型字母表數組中利用下標讀出并存儲到data數組的姓名域中去；
地址：長度不等，字符串。這里使用的城市數據僅為20組，每組城市數據存儲在Country結構體中，結構體中有city[]，用于存放每組城市名稱，所有的城市數據存儲在Country類型的數組中。隨機生成0-20的int型數據，再通過循環從Country類型的數組中利用下標讀出并存儲到data數組的地址域中去。
電話號碼：11位0-9的數據，字符串。根據一般電話號碼的規律，首位都是1，因此其他10位是隨機生成的。隨機生成0-9的int型數據，再通過循環從char型數字表數組中利用下標讀出并存儲到data數組的電話號碼域中去；
3.磁盤文件存儲格式：.txt格式。

（2）實驗結果

1.以電話號碼為關鍵字
①哈希函數為除留余數法，解決沖突的方法為線性探測法，查找成功，實驗結果如圖2、3所示。

圖2 以電話號碼為關鍵字查找成功的實驗結果

圖3 對應在磁盤文件中的數據

②哈希函數為除留余數法，解決沖突的方法為拉鏈法，查找失敗，實驗結果如圖4所示。

圖4 以電話號碼為關鍵字查找失敗的實驗結果

2.以姓名為關鍵字
①哈希函數為除留余數法，解決沖突的方法為線性探測法，查找成功，實驗結果如圖5、6所示。

圖5 以姓名為關鍵字查找成功的實驗結果

圖6對應在磁盤文件中的數據

②哈希函數為除留余數法，解決沖突的方法為拉鏈法，查找失敗，實驗結果如圖7所示。

圖7 以電話號碼為關鍵字查找失敗的實驗結果

（3）性能分析

①分析填充因子和沖突方法與 ASL 的關系

表1 在不同的散列因子和解決沖突方法下，查找成功和查找失敗的ASL

圖8 在不同的散列因子和解決沖突的方法下，查找成功的ASL折線圖

圖9 在不同的散列因子和解決沖突的方法下，查找失敗的ASL折線圖

圖10 在線性檢測法下，不同的散列因子，查找成功和查找失敗的ASL折線圖

圖11 在拉鏈法下，不同的散列因子，查找成功和查找失敗的ASL折線圖

由表1和圖8-11可見，在采用相同的解決沖突的方法時，ASL隨散列因子增大而變大。當解決沖突方法為線性探測法時，查找失敗比查找成功的ASL大，且增幅也隨散列因子增大而變大。但當解決沖突方法為拉鏈法時，查找成功比查找失敗的ASL大，且增幅并不隨散列因子增大而改變。
②分析數據規模與 ASL 的關系

圖12 在散列因子為0.75時，不同的數據規模與ASL之間的折線圖

在散列因子α為0.75的情況下，進行了實驗，實驗數據如圖12所示。顯然由圖可知，在相同的散列因子的情況下，隨著數據規模的增大，ASL并沒有明顯的變化，數據基本都浮動在2.5上下。我認為數據規模與ASL之間沒有直接的關系。

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四、實驗總結

在測試了不同的解決沖突辦法、不同的散列因子和不同的數據規模對ASL的影響后，我得到了以下的結論：
a．當散列因子小于1時，解決沖突的方法可以選擇線性探測法。ASL隨著散列因子α的增大而增大，且增幅隨之變大。因此，當解決沖突方法為線性探測法時，要慎重選擇散列因子α。散列因子α過大，平均查找長度ASL過大，查找效果差；散列因子α過小，平均查找長度ASL雖然會較小，但是需要的存儲空間隨之變大了，因此在設計解決沖突方法為線性探測法的散列表時，要選擇合適的散列因子α。
b．當散列因子大于1時，解決沖突的方法可以選擇拉鏈法法。ASL隨著散列因子α的增大而增大，但增幅并不隨散列因子α的增大而改變，而是幾乎不變。因此，適當選擇拉鏈法的散列因子，可以表現出良好的查找性能。
c．由圖表分析可得，解決沖突方式為拉鏈法受散列因子α的影響較小，解決沖突方式為線性探測法受散列因子α的影響較大。因此，拉鏈法更為穩定，性能更好。
d．數據規模較小時，解決沖突方式采用線性探測法、拉鏈法，性能差別都不是很大，均能表現出良好的查找性能，但是當數據規模變大的時候，采用線性探測法解決沖突的方法會使沖突增多，此時采用拉鏈法可以表現出更好的查找性能。
e．在實際操作的過程中，特別是在處理以姓名為關鍵字的時候，我發現有很多人的名字是重復的，這種情況在現實生活中也會存在，這也是沖突的其中一種方式，因此針對這種情況，我分不同的解決沖突方法進行討論。
①線性探測法。當發現關鍵字重復時，再次通過線性探測，在與之重復的關鍵字周圍尋找一個空表，將其填入，即可解決沖突，但要注意，要使用一個標志flag來記錄某關鍵字重復的次數，借助該標志flag在查詢關鍵字時方便找到所有重復的元素。
②拉鏈法。當發現關鍵字重復時，直接將該節點插入散列表的與重復關鍵字相同的位置后的頭結點，即可解決沖突，但這個方法也需要使用一個標志flag來記錄某關鍵字重復的次數，用來方便找到所有重復的元素。

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五、源代碼

（1）隨機生成電話號碼系統代碼

#include <stdio.h> #include <time.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#define N 10000 //元素最大個數 typedef struct {int no; //編號char name[3];//名字char address[10];//地址char tel[12];//電話號碼 } NODE; typedef struct {char data[10]; } Country; Country country[10];void creatfile(NODE data[], int *n);//創建磁盤文件f:\resource.dat int isTelRepeated(char tel[]);void initCountry();int main() {NODE DATA[N];int n;creatfile(DATA, &n);return 0; }void creatfile(NODE data[], int *n) {FILE *fp;int i, key, flag;int temp_n;char temp_tel[11];unsigned seed;*n = N;char num[10] = {'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9'};char alphabet[26] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g','h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm', 'n','o', 'p', 'q', 'r', 's', 't','u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z'};//字母表/*char ALPHABET[26] = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G','H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M', 'N','O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T','U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z'};//字母表*/initCountry();if ((fp = fopen("/Users/xiaoyee/Desktop/數據結構實驗作業/實驗報告/電話號碼查詢系統/1/TelDataSet_10000.txt", "w")) == NULL) {printf("can't open the file!\n");exit(0);}seed = time(NULL);srand(seed); //設置隨機種子for (i = 0; i < *n;i++) {for (int k = 0; k < 3; k++) {key = rand() % 26;data[i].name[k] = alphabet[key];}data[i].name[3] = '\0';}for (i = 0; i < *n;i++) {key = rand() % 20;for (int k = 0; k < 10; k++) {data[i].address[k] = country[key].data[k];}}for (i = 0; i < *n;) {temp_tel[0] = '1';for (int k = 1; k < 11; k++) {key = rand() % 10;temp_tel[k] = num[key];}temp_tel[11] = '\0';//寫一個整數到磁盤文件flag = 1;if (isTelRepeated(temp_tel)) {flag = 0;break;}if (flag) {for (int k = 0; k < 11; k++) {data[i].tel[k] = temp_tel[k];}i++;}}for (i = 0; i < *n; i++) {fprintf(fp, "%d ", i + 1); //寫一個整數到磁盤文件fprintf(fp, "%s ", data[i].name); //寫一個整數到磁盤文件fprintf(fp, "%s ", data[i].address); //寫一個整數到磁盤文件fprintf(fp, "%s\n", data[i].tel); //寫一個整數到磁盤文件}fclose(fp); }void initCountry() {FILE *fp;char temp[10];if ((fp = fopen("/Users/xiaoyee/Desktop/數據結構實驗作業/實驗報告/電話號碼查詢系統/1/Country_data.txt", "r")) == NULL) {printf("can't open the file!\n");exit(0);}for (int i = 0; i < 20; i++) {fscanf(fp, "%s", temp);for (int j = 0; j < 10; j++) {country[i].data[j] = temp[j];}} }int isTelRepeated(char tel[]) {FILE *fp;char temp_tel[11];if ((fp = fopen("/Users/xiaoyee/Desktop/數據結構實驗作業/實驗報告/電話號碼查詢系統/1/TelDataSet_10000.txt", "r")) == NULL) {printf("can't open the file!\n");exit(0);}for (int i = 1; i <= N; i++) {fscanf(fp, "%s", temp_tel);if (strcmp(tel, temp_tel) == 0) {return 1;}}return 0; }

（2）電話號碼查詢系統代碼

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#define NIL -1 //定義初始值 #define M 13333 //表長 #define N 10000 //關鍵字個數 // α=0.75typedef long keytype; //散列表結點類型 typedef struct {int no; //編號char *name;//名字char *address;//地址char *tel;//電話號碼 } NODE;typedef struct pos {keytype pos;int flag;struct pos *next; } POS;//初始化哈希表，將姓名和電話號碼初始化！ void init(POS *table);int increment(int i);//某種探測方法int HASH_1(keytype key, int i);//將某鍵值轉換成位置 //在散列表中搜索指定的鍵值 int search_tel(POS *table, char *tel, int *pos);//在散列表中搜索指定的鍵值 int search_name(POS *table, char *name, int *pos);//pos返回鍵值的位置 //將一個關鍵字添加到哈希表中（以電話號碼為關鍵字） void insert_tel(POS *table_tel, int no, char *name);//將一個關鍵字添加到哈希表中（以姓名為關鍵字） void insert_name(POS *table_name, int no, char *tel);//void insert_pos(POS *table_name, int i, int pos);//創建哈希表（以電話號碼為關鍵字） void creat(NODE *htable);//將姓名轉化為數字 long converse_name(char *name);//輸出想要搜索的關鍵字的相關信息 void prn(NODE *htable, int no);//輸出哈希表 void prnnn(NODE *htable, POS *table_name, int pos);//成功查找的ASL float success_ASL();//失敗查找的ASL float fail_ASL(); //******************************************************* //除留余數法作為散列函數，線性探測法解決沖突 //*******************************************************void menu();//******************************************************** //主函數 //******************************************************** NODE htable[N];//定義結點表 POS table_tel[M];//定義哈希表(以電話號碼為關鍵字) POS table_name[M];//定義哈希表(以姓名為關鍵字) int main() {int op;//菜單選擇int i;int pos;char *tel;char *name;init(table_tel); //哈希表初始化init(table_name); //哈希表初始化creat(htable);menu();scanf("%d", &op);printf("----------------------------------------------\n");while (op != 3) {switch (op) {case 1: {tel = (char *) malloc(sizeof(char));printf("請輸入你想要查詢的電話號碼:");scanf("%s", tel);i = search_tel(table_tel, tel, &pos);if (i) { //搜索指定鍵值printf("找到該電話號碼！！！\n");printf("成功查找的平均查找長度ASL:%f\n", success_ASL());prn(htable, table_tel[pos].pos);//table_tel[pos].pos=no} else {printf("未找到該電話號碼！！！\n");printf("失敗查找的平均查找長度ASL:%f\n", fail_ASL());}}break;case 2: {//?name = (char *) malloc(sizeof(char));printf("請輸入你想要查詢的姓名:");scanf("%s", name);i = search_name(table_name, name, &pos);//在散列表中查找被插入的鍵值if (i) { //搜索指定鍵值printf("找到該姓名！！！\n");printf("成功查找的平均查找長度ASL:%f\n", success_ASL());if (table_name[pos].flag != 1)prnnn(htable, table_name, pos);elseprn(htable, table_name[pos].pos);//table_name[pos].pos=no} else {printf("未找到該姓名！！！\n");printf("失敗查找的平均查找長度ASL:%f\n", fail_ASL());}}break;case 3:exit(0);default: {printf("您輸入的操作不合法，請重新輸入！\n");fflush(stdin);//防止不斷從緩沖區取數，造成循環break;}}printf("\n");menu();scanf("%d", &op);}return 0; }//******************************************************** //初始化哈希表 //******************************************************** void init(POS *table) {POS *p = table;for (; p < table + M; p++) {p->pos = NIL;//初始化表元素的鍵值p->flag = 0;p->next = NULL;} } //******************************************************** //開放定址的哈希函數:折疊法 //構造哈希函數 //********************************************************//******************************************************** //開放定址的哈希函數:除留余數法 //構造哈希函數 //******************************************************** int increment(int i) //某種探測方法 {return i; //增量為i }int HASH_1(keytype key, int i) //將某鍵值轉換成位置 {return ((int) (key % M) + increment(i)) % M; //線性探測 }//******************************************************** //在散列表中搜索指定的鍵值 //pos返回鍵值的位置 //******************************************************** int search_tel(POS *table_tel, char *tel, int *pos) {int i = 0;long s;do {s = atol(tel);//字符串電話號碼轉換為long型數據*pos = HASH_1(s, i);//開放定址的散列函數if (table_tel[*pos].pos == NIL)return 0; //表未滿，沒找到if (strcmp(htable[table_tel[*pos].pos].tel, tel) == 0) return *pos; //找到} while (++i < M);return -1; //表滿，沒找到 }//將姓名轉化為數字 long converse_name(char *name) {long temp = 0;int i = 10000;while (*name != '\0') {temp += ((*name - 'a') * i);i /= 100;name++;}return temp; }int search_name(POS *table_name, char *name, int *pos) {int i = 0;long k;k = converse_name(name);do {*pos = HASH_1(k, i);//開放定址的散列函數if (table_name[*pos].pos == NIL)return 0; //表未滿，沒找到if (strcmp(htable[table_name[*pos].pos].name, name) == 0) return *pos; //找到} while (++i < M);return -1; //表滿，沒找到 }//******************************************************** //將一個關鍵字添加到哈希表中 //******************************************************** void insert_tel(POS *table_tel, int no, char *tel) {//將一個關鍵字添加到哈希表中int i;int pos;i = search_tel(table_tel, tel, &pos); //在散列表中查找被插入的鍵值if (i == 0) { //表不滿，該結點不存在table_tel[pos].pos = no;} else if (i == -1)printf("表滿,無法插入!\n");else printf("關鍵字重復，無法插入!\n"); }void insert_name(POS *table_name, int no, char *name) {int i, pos;int t = 1;long k;i = search_name(table_name, name, &pos); //在散列表中查找被插入的鍵值if (i == 0) { //表不滿，該結點不存在table_name[pos].pos = no;table_name[pos].flag = 1;} else if (i == -1)printf("表滿,無法插入!\n");else {k = converse_name(name);table_name[i].flag++;//重復的次數+1do {pos = HASH_1(k, t);//開放定址的散列函數if (table_name[pos].flag == 0) {table_name[pos].pos = no;table_name[pos].flag = 1;//insert_pos(table_name, i, pos);break;}} while (++t < M);// printf("關鍵字重復，無法插入!\n");} } /* void insert_pos(POS *table_name, int i, int position) {Pos p;p = table_name[i].next;while (p != NULL)p = p->next;p->next = &table_name[position];printf(p->next->flag); }*///******************************************************** //從磁盤文件中讀入數據，并存入結點表中 //******************************************************** void creat(NODE *htable) {FILE *fp;int no;char *name;char *address;char *tel;if (M < N) {printf("散列因子>1,結點個數超過表長,無法創建!\n");return;}if ((fp = fopen("/Users/xiaoyee/Desktop/數據結構實驗作業/實驗報告/電話號碼查詢系統/1/FinalDataSet_10000.txt", "r")) == NULL) {printf("can't open the file!!");exit(0);}while (!(feof(fp))) {name = (char *) malloc(sizeof(char));address = (char *) malloc(sizeof(char));tel = (char *) malloc(sizeof(char));//非常重要！！！fscanf(fp, "%d", &no);fscanf(fp, "%s", name);fscanf(fp, "%s", address);fscanf(fp, "%s", tel);htable[no].no = no;htable[no].name = name;htable[no].address = address;htable[no].tel = tel; //找到開放位置,將鍵值加入insert_tel(table_tel, no, tel);insert_name(table_name, no, name);}fclose(fp); }//******************************************************** //輸出哈希表 //******************************************************** void prn(NODE *htable, int no) {printf("編號：%d\t", htable[no].no);printf("姓名：%s\t", htable[no].name);printf("城市：%s\t", htable[no].address);printf("城市：%s\n", htable[no].tel);printf("\n"); }//輸出哈希表 void prnnn(NODE *htable, POS *table_name, int pos) {int no = 0;int i = pos;POS *p;p = (POS *) malloc(sizeof(POS));//令p為table_name[i],即重復元素值相同的第一個元素p->pos = table_name[pos].pos;p->flag = table_name[pos].flag;p->next = table_name[pos].next;printf("查詢到該姓名在該電話號碼查詢系統中重復!\n");printf("現將所有是該姓名的人查詢如下：\n");for (int k = 0; k < table_name[pos].flag;) {if (strcmp(htable[table_name[pos].pos].name, htable[table_name[i].pos].name) == 0) {no = table_name[i].pos;printf("編號：%d\t", htable[no].no);printf("姓名：%s\t", htable[no].name);printf("城市：%s\t", htable[no].address);printf("城市：%s\n", htable[no].tel);k++;}i++;} }//成功查找的ASL float success_ASL() {float i = 1 - (1.0 * N) / M;return (1 + 1 / i) / 2; }//失敗查找的ASL float fail_ASL() {float a = (1.0 * N) / M;float i = 1 - a;return (1 + 1 / (i * i)) / 2; }/*void prnnn(NODE *htable) {NODE *p = htable;for (; p < htable + M; p++)if (p->tel != NIL) {printf("編號：%d\t", p->no);printf("姓名：%s\t", p->name);printf("城市：%s\t", p->address);printf("電話號碼：%ld\t", p->tel);//如果某地址不開放,則輸出相應的鍵值}printf("\n"); }*/void menu() {printf("----------------------------------------------\n");printf("*************歡迎使用電話號碼查詢系統*************\n");printf("----------------------------------------------\n");printf("請選擇你想要進行的查詢：");printf(" 1.以電話號碼為關鍵字進行查詢\n");printf("\t\t\t\t 2.以姓名為關鍵字進行查詢\n");printf("\t\t\t\t 3.退出\n");printf("----------------------------------------------\n");printf("請選擇你想要進行的操作：");

總結

以上是生活随笔為你收集整理的数据结构实验：电话号码查询系统的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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