bài tập lớn môn cấu trúc dữ liệu và giải thuật

Trong bài báo cáo này, em xin được tập trung nghiên cứu cácvấn đề sau: Xây dựng lớp biểu diễn một bảng băm sử dụng một trong những hàmbăm đã học; Cài đặt lớp danh sách liên kết đơn mẫu,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HÀ NỘIKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN



-BÀI TẬP LỚN

MÔN: CẤU TRÚC DỮ LIỆU VÀ GIẢI THUẬT

Giáo viên hướng dẫn : TS Hoàng Văn ThôngSinh viên thực hiện: Trần Kim Anh

Mã sinh viên: 221230742Lớp: CNTT4 – K63

Hà Nội, 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HÀ NỘIKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN



-BÀI TẬP LỚN

Giáo viên hướng dẫn : TS Hoàng Văn ThôngSinh viên thực hiện: Trần Kim Anh

Mã sinh viên: 221230742Lớp: CNTT4 – K63

1.2 Phân tích bài toán 3

1.2.1 Xác định yêu cầu bài toán, xác định các lớp, các thuộc tính, cácphương thức của lớp 3

1.2.2 Mô tả chức năng của từng lớp, từng phương thức 4

1.3 Cài đặt các lớp và hàm main bằng C++ 7

1.4 Phân tích thời gian chạy của từng phương thức có trong các lớp 10

Bài 2 (Bài số 34): Cài đặt lớp danh sách liên kết đơn mẫu, bổ sung phươngthức sắp xếp các phần tử theo thứ tự tăng dần hoặc dần tùy thuộc vào tham số 12

2.1 Đề bài: 12

2.2 Phân tích bài toán 12

2.2.1 Xác định yêu cầu bài toán 12

2.2.2 Xác đinh các lớp, các thuộc tính, các phương thức của lớp 13

2.2.3 Mô tả chức năng của từng lớp, từng phương thức 14

2.3 Cài đặt các lớp và hàm main bằng C++ 16

2.4 Phân tích thời gian chạy của từng phương thức có trong các lớp 20

Danh sách tài liệu tham khảo 21

Lời mở đầu

Cấu trúc dữ liệu và giải thuật là môn học cơ bản nhưng vô cùngquan trọng đối với ngành Công nghệ thông tin nói chung và Khoahọc máy tính nói riêng Học phần này cung cấp những kiến thức vàkỹ năng để có thể tổ chức, truy xuất và xử lý dữ liệu một cách hiệuquả

Trong bài báo cáo này, em xin được tập trung nghiên cứu các

vấn đề sau: Xây dựng lớp biểu diễn một bảng băm sử dụng một trong những hàmbăm đã học; Cài đặt lớp danh sách liên kết đơn mẫu, bổ sung phươngthức sắp xếp các phần tử theo thứ tự tăng dần hoặc dần tùy thuộcvào tham số Đây là các bài toán phức tạp đòi hỏi phải vận dụng linh

hoạt và sáng tạo các kiến thức đã được trang bị qua môn học Bàitập lớn này đã giúp em phát triển các kỹ năng, tư duy logic và khảnăng giải quyết vấn đề.

Qua đây, em xin dành lời cảm ơn chân thành đến thầy HoàngVăn Thông Thầy đã cung cấp cho cá nhân em nhưng kiến thức nềntảng của bộ môn Cấu trúc Dữ liệu và Giải thuật để qua đó em có thểhoàn thành được bài báo cáo này.

Do bài báo cáo còn nhiều hạn chế và sai sót, em rất mongnhận được sự đánh giá và góp ý từ thầy Hoàng Văn Thông để em cóthể cải thiện kiến thức và kỹ năng của bản thân mình và hoàn thànhtốt hơn trong tương lai.

Em xin chân thành cảm ơn!

Bài 1 (Bài số 7) Xây dựng lớp biểu diễn một

bảng băm sử dụng một trong những hàm băm đã học.

a Nạp từ điển từ file vào bảng băm

b Tìm kiếm bằng phương pháp tìm kiếm trên bảng bămc Sửa đổi các từ

d Thêm từ mớie Xóa từ

f Lưu từ điển vào file

2 Xây dựng chương trình có các chức năng:

a Nạp từ điển từ file (có thể nạp tự động khi chạy chươngtrình)

b Tra từ điển (nhập vào một từ, hiển thị nghĩa của nó nếucó trong từ điển)

c Sửa đổi từd Thêm từ mới e Xóa từ

f Lưu từ điển vào file

1.2 Phân tích bài toán

1.2.1 Xác định yêu cầu bài toán, xác định các lớp,các thuộc tính, các phương thức của lớp

Yêu cầu của bài toán:

 Xây dựng lớp biểu diễn một bảng băm

 Sử dụng lớp bảng băm để xây dựng lớp biểu diễn từ điểnAnh Việt với các phương thức: Nạp từ điển từ file vào bảngbăm, tìm kiếm bằng phương pháp tìm kiếm trên bảng băm,sửa đổi các từ, thêm từ mới, xóa từ, lưu từ điển vào file

 Các thuộc tính, các lớp:class node{

string Eng, Viet;node *next;};

class tuDien{

node *hash_table[HASH_SIZE];};

Các phương thức:

node(string e,string v)tuDien()

1.2.2 Mô tả chức năng của từng lớp, từng phươngthức

Danh sách liên kết đơn (Single linked list) là chuỗi

các Node (nút) được tổ chức theo thứ tự tuyến tính, các phần tửthuộc danh sách liên kết đơn được gọi là các Node và chúng nằm

Bảng băm, còn được gọi là Hash Tables, là một cấu trúc dữ

liệu trong khoa học máy tính Bảng băm sử dụng hàm băm để ánh xạ từ giá trị xác định, được gọi là khóa (ví dụ như tên của một

người), đến giá trị tương ứng (ví dụ như số điện thoại của họ) Do đó,bảng băm là một mảng kết hợp

Hàm băm được sử dụng để chuyển đổi từ khóa thành chỉ số

(giá trị băm) trong mảng lưu trữ các giá trị tìm kiếm Trong trường hợp lý tưởng, hàm băm luôn chuyển đổi các khóa khác nhau đến cácchỉ số khác nhau.

Bảng băm thường được sử dụng như một từ điển: mỗi phần tử

trong bảng băm là một cặp (khóa, giá trị) Nếu so sánh với mảng, khóa được xem như chỉ số của mảng, còn giá trị giống như giá trị màta lưu tại chỉ số tương ứng.

 Trong bài toán, xây dựng lớp node: thêm thuộc tính là các chuỗi Eng, Viet để lưu trữ thông tin và con trỏ next để trỏ đến thành phần kế tiếp của danh sách

 Chức năng: đóng vai trò như một khối xây dựng cơ bản cho cấu trúc dữ liệu cho danh sách liên kết

class node{public:

string Eng, Viet;node *next;};

 Xây dựng phương thức cho lớp node như hàm khởi tạo Hàmkhởi tạo sẽ khởi tạo giá trị cho biến Eng và biến Viet, giá trịcủa con trỏ next bằng NULL

node(string e,string v){Viet=v;

 Xây dựng lớp tuDien dùng để lưu trữ và quản lí một từ điển,với thuộc tính là một mảng con trỏ trỏ đến các node (bảngbăm) Mỗi node trong bảng băm là đầu của một danh sáchliên kết chứa các từ với nghĩa của chúng Mỗi node chứa 2

chuỗi Eng và Viet để lưu trữ từ và nghĩa, cũng như một contrỏ ( next) trỏ đến node tiếp theo trong danh sách.

class tuDien{

node *hash_table[HASH_SIZE];};

 Xây dựng phương thức của lớp từ điển như hàm khởi tạo,hàm băm chuỗi thành số nguyên, hàm thêm từ mới, hàmsửa đổi các từ, hàm nạp file vào bảng băm, hàm xóa từ,hàm lưu từ điển vào file:

- tuDien() : Hàm khởi tạo của lớp tuDien Nó thiết lập các phần tửtrong bảng băm hash_table thành giá trị NULL

- int hashString(string a): Hàm băm chuỗi a thành số nguyên, dùngđể xác định vị trí lưu trữ của một từ trong bảng băm

- void insert(string word, string mean): Phương thức này chèn 1 từ

mới vào bảng băm Nó tạo ra một node mới với từ word và nghĩa

mean, sau đó chèn node này vào đầu danh sách liên kết tại chỉ

số được xác định bởi hàm băm

- void inf(string fileName): Dùng để nạp các từ tiếng anh và nghĩacủa nó từ file vào bảng băm

- void outf(string fileName): Dùng để lưu từ điển vào file

- string findd(string word): Dùng để tìm kiếm một từ trong bảngbăm và trả về nghĩa của từ đó Nếu không tồn tại từ đó thì nó sẽtrả về một thông báo lỗi

- void edit(string word,string mean): Dùng để sửa đổi nghĩa của 1từ tiếng anh thành nghĩa mới Nếu từ đó không tồn tại trongbảng băm, nó sẽ in ra một thông báo lỗi

- void del(string word): Dùng để xóa từ tiếng anh ra khỏi từ điển,nếu từ đó không tồn tại trong bảng băm,

1.3 Cài đặt các lớp và hàm main bằng C++

Tên file: bai7.cpp

#define HASH_SIZE 50#include<string>#include<fstream>

#include<bits/stdc++.h>using namespace std;//Xay dung lop node class node{

string Eng, Viet;node *next;

node(string e,string v){Viet=v;

// xay dung lop tu dienclass tuDien{

node *hash_table[HASH_SIZE];public:

for(int i = 0; i<HASH_SIZE; i++){hash_table[i] = NULL;

int hashString(string a){//Ham bam chuoi a thanh so nguyen

int i = 0; int j = 9;

for(int i = 0; i<a.length(); i++){j = (31*j + a[i]) % HASH_SIZE;}

return j;}

//Ham chen chuoi

void insert(string word, string mean){int index = hashString(word);

node *newNode = new node(word,mean);//tao 1 nodemoi

newNode->next = hash_table[index];hash_table[index] = newNode;

}

//Ham nap tu dien tu file vao bang bam void inf(string fileName){

ifstream file(fileName);string temp;

//Ham luu tu dien vao file void outf(string fileName){

ofstream file(fileName);

for(int i=0;i<HASH_SIZE;i++){node* temp=hash_table[i];while(temp!=NULL){

//Ham tim kiem bang phuong thuc tim kiem bang bam string findd(string word){

//Tao 1 con tro temp tro den node dau tien trong danh sachlien ket tai vi tri xac dinh boi ham bam

node *temp = hash_table[hashString(word)];while(temp != NULL){//vong lap duyet qua dslk

if(temp->Eng == word)//neu node hien tai khop voi node chinh sua

return "tu "+word+" co nghia tieng viet la: "+temp->Viet;

temp = temp->next;}

return"Khong tim thay tu nao la: "+word;}

//Ham sua doi cac tu

void edit(string word,string mean){

node *temp = hash_table[hashString(word)];while(temp != NULL){

if(temp->Eng == word){temp->Viet=mean;return;

temp = temp->next;}

cout<<"Khong ton tai "<<word<<" trong tu dien";}

//Ham xoa tu

void del(string word){

int index = hashString(word);//tinh toan chi so can xoa bang ham bam

node *temp = hash_table[index];//tao con tro tro den node dau tien trong dslk vi tri o chi so vua tinh

if(temp==NULL)//neu dslk nay rong thi thoat return;

}//neu tu trong node dau tien khop voi tu can xoa, loai bo node nay khoi dslk

while((temp)->next != NULL){//vong lap bat dau bang chuoi thu 2

if((temp)->next->Eng == word){//neu tu trong node tiep theo khop voi node can xoa

node *temp2=(temp)->next;

(temp)->next=(temp)->next->next;delete temp2;

return ;}

(temp) = (temp)->next;}

int main(){tuDien td;

//Nap tu dien vao mang bamtd.inf("data.txt");

//Tim kiem tren mang bamcout<<td.findd("cat")<<'\n';

//Chinh sua tu

td.edit("dog","con heo");cout<<td.findd("dog")<<'\n';//Them tu moi

td.insert("bye","tam biet");td.insert("Puppy","Cun con");cout<<td.findd("bye")<<'\n';//Xoa tu

cout<<td.findd("Puppy")<<'\n';//Luu tu dien vao file

1.4 Phân tích thời gian chạy của từng phươngthức có trong các lớp

Tính độ phức tạp của từng hàm như sau:

 Hàm hashString():

- Thực hiện vòng lặp duyệt chuỗi: O(m) với m là độ dài chuỗi =>Độ phức tạp là O(m)

 Hàm insert():

- Gọi hàm hashString(): O(m)

- Thêm node vào danh sách liên kết: O(1) => Độ phức tạp là O(m)

 Hàm inf():

- Đọc dữ liệu từ file: O(1)

- Gọi hàm insert() cho mỗi từ đọc được: O(nm) với n là số từ trong file

=> Độ phức tạp là O(nm)

 Hàm findd():

- Gọi hàm hashString(): O(m)

- Duyệt danh sách liên kết tại vị trí tìm được: O(n) => Độ phức tạp là O(m + n) ~ O(n)

 Hàm edit(): Tương tự findd() nên độ phức tạp là O(n)

 Hàm del(): Tương tự findd() nên độ phức tạp là O(n)

 Hàm outf():

- Duyệt qua toàn bộ bảng băm: O(n)

- Duyệt danh sách liên kết tại mỗi vị trí: O(n)

- Ghi dữ liệu ra file: O(1)

=> Độ phức tạp của outf() là O(n) * O(n) = O(n^2)=> Cả chương trình: Độ phức tạp là O(n^2)

Bài 2 (Bài số 34): Cài đặt lớp danh sách liên

kết đơn mẫu, bổ sung phương thức sắp xếp cácphần tử theo thứ tự tăng dần hoặc dần tùy thuộcvào tham số.

2.1 Đề bài:

1 Cài đặt lớp danh sách liên kết đơn mẫu, bổ sung phươngthức sắp xếp các phần tử theo thứ tự tăng dần hoặc dần tùy thuộcvào tham số.

2 Ứng dụng giải các bài toán sau:

a Viết chương trình con nhận vào từ bàn phím một dãy sốnguyên, lưu trữ nó trong một danh sách có thứ tự tăng dần không cóhai phần tử trùng nhau, theo cách sau: với mỗi phần tử được nhậpvào chương trình con phải tìm kiếm xem nó có trong danh sáchchưa, nếu chưa có thì xen nó vào danh sách cho đúng thứ tự

b Viết chương trình con trộn hai danh sách liên kết chứa cácsố nguyên theo thứ tự tăng dần để được một danh sách cũng có thứtự tăng dần

c Viết chương trình con tách một danh sách chứa các sốnguyên thành hai danh sách: một danh sách gồm các số chẵn còndanh sách kia chứa các số lẻ.

2.2 Phân tích bài toán

2.2.1 Xác định yêu cầu bài toán

Cài đặt lớp danh sách liên kết đơn mẫu, bổ sung phương thứcsắp xếp các phần tử theo thứ tự tăng dần

Viết chương trình con nhận vào từ bàn phím một dãy sốnguyên, lưu trữ nó trong một danh sách có thứ tự tăng dần không cóhai phần tử trùng nhau, tương tự như việc tạo 1 set

Viết chương trình con trộn hai danh sách liên kết chứa các sốnguyên theo thứ tự tăng dần để được một danh sách cũng có thứ tựtăng dần

Viết chương trình con tách một danh sách chứa các số nguyênthành hai danh sách: một danh sách gồm các số chẵn còn danh sáchkia chứa các số lẻ.

2.2.2 Xác đinh các lớp, các thuộc tính, các phươngthức của lớp

 Các lớp mẫu:

template<class T>class node{

public: node *next; T value; };

template<class T>class llist{

node<T> *head;};

 Các phương thức:

node<T>*& gethead()node<T>* makeNode(T x)

bool isExist(T x, node<T> *head)

void insertSorted(node<T>*& head, T x)void merge(llist<T>& list1, llist<T>& list2)

void splitEvenOdd(llist<T>& evenList, llist<T>& oddList) void printList()

2.2.3 Mô tả chức năng của từng lớp, từng phươngthức

 Xây dựng 1 lớp node mẫu để danh sách liên kết có thể làmviệc với bất cứ kiểu dữ liệu nào Lớp node tạo một biến đểlưu giá trị của node và 1 con trỏ trỏ đến node tiếp theotrong danh sách liên kết

 Chức năng: đóng vai trò như một khối xây dựng cơ bản cho cấu trúc dữ liệu cho danh sách liên kết

template<class T>class node{

public: node *next; T value;};

 Xây dựng phương thức cho lớp node như hàm khởi tạo Hàmkhởi tạo sẽ khởi tạo giá trị cho biến value và giá trị của contrỏ next bằng NULL

node(T v, node *N = NULL){ next = N;

value = v; }

 Xây dựng lớp llist mô phỏng cấu trúc dữ liệu của danh sáchliên kết Nó có các chức năng như tạo node mới , kiểm tratồn tại, chèn node vào danh sách đã sắp xếp , hợp nhất haidanh sách, chia danh sách thành chẵn và lẻ, và in danhsách Lớp list sử dụng thuộc tính là 1 con trỏ trỏ đến nodeđầu tiên trong danh sách liên kết, mỗi node trong danh sáchliên kết chứa 1 giá trị và con trỏ trỏ đến node tiếp theotrong danh sách liên kết

class llist{

node<T> *head;};

 Lớp llist xây dựng các phương thức như: hàm khởi tạo, hàmtạo node, hàm kiểm tra xem giá trị tồn tại trong danh sáchliên kết chưa, hàm sắp xếp chèn,…

- node<T>*& gethead(): truy cập đến node đầu tiên trongdanh sách liên kết

- llist(node<T> *h = NULL): hàm khởi tạo giá trị cho node đầutiên trong danh sách liên kết,

- node<T>* makeNode(T x): hàm tạo một node mới trongdanh sách liên kết với giá trị là x và trả về con trỏ đến nodemới đó

- bool isExist(T x, node<T> *head): hàm kiểm tra giá trị đã cóở trong danh sách liên kết chưa, nếu tồn tại nó sẽ trả về

true, không tồn tại nó sẽ trả về false

- void insertSorted(node<T>*& head, T x): hàm chèn mộtnode vào danh sách liên kết sao cho danh sách liên kết mớiđược sắp xếp Ở đây thuật toán sắp xếp chèn được sử dụngđể sắp xếp danh sách theo thứ tự tăng dần

- void merge(llist<T>& list1, llist<T>& list2): hàm trộn 2danh sách liên kết lại với nhau

- void splitEvenOdd(llist<T>& evenList, llist<T>& oddList):hàm chia danh sách liên kết thành 2 danh sách, 1 danh sáchchứa các số chẵn và 1 danh sách chứa các số lẻ

- void printList(): hàm in danh sách liên kết ra màn hình Cácgiá trị được in ra theo thứ tự từ head đến cuối danh sách

2.3Cài đặt các lớp và hàm main bằng C++

Tên file: bai34.cpp

#include<bits/stdc++.h>using namespace std;template<class T>class node{

public: node *next; T value;

node(T v, node *N = NULL){ next = N;

value = v; }

//xay dung ds lk mautemplate<class T>class llist{

node<T> *head;// khai bao con tro kieu mau node tro den daudslk

public:

node<T>*& gethead(){ return head;

}

//ham khoi tao

llist(node<T> *h = NULL){ head = h;

}

temp = temp->next; }

return false;