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C++ 数组实验报告

2023-07-11 14:38:49 深夜i -- --

C++语言数组实验报告数据结构程序设计

本次实验主要目的是掌握C++数组的基本使用方法以及相关知识点，实验内容包括数组的声明、初始化、遍历、排序和查找。

一、数组的声明

在C++中，声明一个数组需要指定数组的类型、名称和元素个数，具体格式如下：


类型 名称[元素个数];

例如，声明一个int类型的数组arr，包含5个元素，则可以写成：


int arr[5];

二、数组的初始化

数组的初始化是为数组元素赋初始值，C++语言中，有以下几种初始化数组的方式：

1. 手动逐个为数组元素赋值


arr[0] = 1;
arr[1] = 2;
arr[2] = 3;
arr[3] = 4;
arr[4] = 5;

2. 使用花括号初始化数组元素


int arr[5] = 2;

3. 只给部分元素初始化，其他元素自动为0


int arr[5] = 2;

三、数组的遍历

数组的遍历是指依次访问数组中的每个元素，常用的方法有for循环遍历和while循环遍历，示例代码如下：

1. for循环遍历


for(int i = 0; i < 5; i++) {
  cout << arr[i] << " ";
}

2. while循环遍历


int i = 0;
while(i < 5) {
  cout << arr[i] << " ";
  i++;
}

四、数组的排序

C++语言提供了多种排序算法，如冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序等，在此仅介绍冒泡排序和快速排序。

1. 冒泡排序

冒泡排序是一种简单的排序算法，时间复杂度为$O(n^2)$，其基本思想是通过相邻元素的比较和交换来实现排序。


for(int i = 0; i < 4; i++) {
  for(int j = 0; j < 4 - i; j++) {
    if(arr[j] > arr[j+1]) {
      int temp = arr[j];
      arr[j] = arr[j+1];
      arr[j+1] = temp;
    }
  }
}

2. 快速排序

快速排序是一种高效的排序算法，其时间复杂度为$O(nlogn)$，其基本思想是选择一个基准元素，通过一趟排序将待排序序列分割为独立的两部分，其中一部分元素均小于基准元素，另一部分元素均大于基准元素。


void quickSort(int arr[], int left, int right) {
  int i, j, base, temp;
  if(left > right)
    return;
  
  base = arr[left];
  i = left;
  j = right;
  while(i != j) {
    while(arr[j] >= base && i < j)
      j--;
    
    while(arr[i] <= base && i < j) {
      i++;
    }
    if(i < j) {
      temp = arr[i];
      arr[i] = arr[j];
      arr[j] = temp;
    }
  }
  arr[left] = arr[i];
  arr[i] = base;
  quickSort(arr, left, i - 1);
  quickSort(arr, i + 1, right);
}

五、数组的查找

C++中，两种常用的查找算法是线性查找和二分查找，其中线性查找适用于无序数组，二分查找适用于有序数组。

1. 线性查找

线性查找的基本思想是从数组第一个元素开始依次比较，直到找到目标元素为止，或者遍历完整个数组。


int linearSearch(int arr[], int len, int target) {
  for(int i = 0; i < len; i++) {
    if(arr[i] == target)
      return i;
    
  }
  return -1;
}

2. 二分查找

二分查找的基本思想是将有序数组分成两部分，取中间位置的元素与目标元素进行比较，如果相等则返回该元素下标，如果小于目标元素则在右半部分继续查找，反之在左半部分查找，直到找到目标元素为止，或者找不到目标元素。


int binarySearch(int arr[], int len, int target) {
  int left = 0, right = len - 1, mid;
  while(left <= right) {
    mid = (left + right) / 2;
    if(arr[mid] == target)
      return mid;
    
    if(arr[mid] < target) {
      left = mid + 1;
    } else
      right = mid - 1;
    
  }
  return -1;
}

六、实验总结

本次实验通过对C++数组的学习，掌握了数组的基本操作方法，包括声明、初始化、遍历、排序和查找等，同时了解了C++语言中常用的排序算法和查找算法，为后续应用程序的开发提供了基础。

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