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  第5题      
  知识点:   数组   条件编译   冒泡排序   排序   排序算法

 
阅读以下说明和C程序代码,回答问题1至问题3,将答案填入答题纸的对应栏内。【说明】
【程序1】是关于条件编译的一段程序示例;
【程序2】是一段switch语句应用示例。C语言要求switch之后圆括弧内的“表达式”类型必须是整型或字符型。该程序代码中a与x的对应关系如表5-1所示。

【程序3】是冒泡排序算法的实现。假设有N个数据存放在数组aa中,用冒泡排序将这N个数从小到大排序。首先,在aa[0]到aa[N..1]的范围内,依次比较两个相邻元素的值,若aa[j]>aa[j+1],则交换aa[j]与aa[j+1],j的值取0,1,2,…,N-2;经过这样一趟冒泡,就把这N个数中最大的数放到aa[N-1]中。接下来对aa[0]到aa[N-2]中的数再进行一趟冒泡,这样就将该范围内的最大值换到aa[N-2]中。依次进行下去,最多只要进行N-1趟冒泡,就可完成排序。如果在某趟冒泡过程中没有交换相邻的值,则说明排序已完成,可以提前结束处理。
【C程序代码1】

【C程序代码2】


【C程序代码3】

 
问题:5.1   (1)什么是c语言的条件编译?
(2)请解释#ifndef的作用。
(3)分析【C程序代码1】,写出该段执行后的输出结果。
 
问题:5.2   完成【C程序代码2】中的(1)〜(3)空,将答案写到相应的位置。
 
问题:5.3   完成【C程序代码3】中的(4)〜(6)空,将答案写到相应的位置。
 
 
 

   知识点讲解    
   · 数组    · 条件编译    · 冒泡排序    · 排序    · 排序算法
 
       数组
        数组是一种集合数据类型,它由多个元素组成,每个元素都有相同的数据类型,占有相同大小的存储单元,且在内存中连续存放。每个数组有一个名字,数组中的每个元素有一个序号(称为下标),表示元素在数组中的位序(位置),数组的维数和大小在定义数组时确定,程序运行时不能改变。
        一维数组的定义形式为:
        
        其中,“类型说明符”指定数组元素的类型;“数组名”的命名规则与变量相同;“常量表达式”的值表示数组元素的个数,必须是一个正整数。例如:
        
        在C程序中,数组元素的下标总是从0开始的,如果一个数组有n个元素,则第一个元素的下标是0,最后一个元素的下标是n-1。例如,在上面定义的temp数组中,第一个元素是temp[0],第二个元素是temp[1],以此类推,最后一个元素是temp[99]。访问数组元素的方法是通过数组名及数组名后的方括号中的下标。例如:
        
        程序员需确保访问数组元素时下标的有效性,访问一个不存在的数组元素(例如temp[100]),可能会导致严重的错误。
        定义数组时就给出数组元素的初值,称之为初始化,数组的初始化与简单变量的初始化类似。初值放在一对花括号中,各初值之间用逗号隔开,称为初始化表。例如:
        
        对于没有给出数组元素个数而给出了初始化表的数组定义,编译器会根据初值的个数和类型,为数组分配相应大小的内存空间。初始化表中值的个数必须小于或等于数组元素的个数。
        对于“int primes[10]={1,2,3,5,7};”,前5个数组元素的初值分别为1,2,3,5,7,后5个元素的初值都为0。
        二维数组可视为是一个矩阵,定义形式为:
        
        其中,“类型说明符”指定数组元素的类型,“常量表达式1”指定行数,“常量表达式2”指定列数。例如,可以定义一个二维数组:
        
        这个数组在内存中占用能存放12个double型数据且地址连续的存储单元。
        C语言中二维数组在内存中按行顺序存放。
        可以用sizeof计算数组空间的大小,即字节数。例如,
        
        二维数组可以看作元素是一维数组的一维数组,三维数组可看作元素是二维数组的一维数组,以此类推。
 
       条件编译
        编写嵌入式应用程序时经常会遇到一种情况,当满足某条件时对一组语句进行编译,而当条件不满足时则编译另一组语句,这时就需要使用条件编译。条件编译命令最常见的形式为:
        
        其作用是:当标识符已经被定义过(一般是用#define命令定义),则对程序段1进行编译,否则编译程序段2,其中#else部分也可以没有。
        在所有的预处理指令中,#pragma最为复杂,其作用是设定编译器的状态或者是指示编译器完成一些特定的动作,编译指示是机器或操作系统专有的,且对于每个编译器都是不同的。#pragma pack有多种形式,#pragma pack(n)表示变量以n字节对齐。
        在网络程序中采用#pragma pack(1)(即变量紧缩),可以减少网络流量以及兼容各种系统,避免由于系统对齐方式不同而导致的解包错误。
 
       冒泡排序
        n个记录进行冒泡排序的方法是:首先将第一个记录的关键字和第二个记录的关键字进行比较,若为逆序,则交换两个记录的值,然后比较第二个记录和第三个记录的关键字,以此类推,直至第n-1个记录和第n个记录的关键字比较完为止。上述过程称作一趟冒泡排序,其结果是关键字最大的记录被交换到第n个位置。然后进行第二趟冒泡排序,对前n-1个记录进行同样的操作,其结果是关键字次大的记录被交换到第n-1个位置。当进行完第n-1趟时,所有记录有序排列。
        【算法】冒泡排序算法。
        
        冒泡排序法在最好情况下(待排序列已按关键码有序)只需作1趟排序,元素的比较次数为n-1且不需要交换元素,因此总比较次数为n-1次,总交换次数为0次。在最坏情况下(元素已经逆序排列),进行第i趟排序时,最大的i-1个元素已经排好序,其余的n-(i-1)个元素需要进行n-i次比较和n-i次交换,因此总比较次数为,总交换次数为
        由此,冒泡排序是一种稳定的排序方法,其时间复杂度为On2)。排序过程中仅需要一个元素的辅助空间用于元素的交换,空间复杂度为O(1)。
 
       排序
        假设含n个记录的文件内容为{R1R2,…,Rn},其相应的关键字为{k1k2,…,kn}。经过排序确定一种排列{Rj1Rj2,…,Rjn},使得它们的关键字满足如下递增(或递减)关系:kj1≤kj2≤…≤kjn(或kj1kj2≥…≥kjn)。
 
       排序算法
               简单排序
               简单排序包括直接插入排序、冒泡排序、简单选择排序等方法。
               1)直接插入排序
               直接插入排序的基本操作是将一个记录插入到已排好序的有序表中,从而得到一个新的、记录数增1的有序表。
               2)冒泡排序
               首先将第一个记录的关键字和第二个记录的关键字进行比较,若为逆序(即 r[1].key>r[2].key),则交换两个记录,接着比较第二个记录和第三个记录的关键字。依次类推,直至第n-1个记录和第n个记录的关键字进行过比较为止。这个过程称为第一趟冒泡排序,使得关键字最大的记录被安置到最后一个记录的位置上。然后进行第二趟冒泡排序,对前n-1个记录进行同样的操作,结果是使关键字次大的记录被安置到第n-1个记录的位置上。当进行完第n-1趟冒泡排序时,所有记录都已有序排列。
               3)简单选择排序
               简单选择排序的基本思想是:在进行每趟排序时,从无序的记录中选择出关键字最小(或最大)的记录,将其插入到有序序列(初始时为空)的尾部。
               希尔排序
               希尔排序又称"缩小增量排序",是对直接插入排序方法的改进。希尔排序的基本思想是:先将整个待排记录序列分割成若干序列,然后分别进行直接插入排序,待整个序列中的记录基本有序时,再对全体记录进行一次直接插入排序。
               快速排序
               快速排序是对冒泡排序的一种改进。先通过一趟排序将待排记录分割成独立的两部分,其中一部分记录的关键字均比另一部分记录的关键字小,然后分别对这两部分记录继续进行排序,使得整个序列有序。
               堆排序
               1)堆的概念
               对于n个元素的关键字序列{k1,k2,…,kn},当且仅当所有关键字都满足下列关系时称其为堆:
               
               从序列元素间的关系来看,堆是一棵完全二叉树的层次序列。显然,堆顶元素为序列中n个元素的最小值(或最大值)。若堆顶为最小元素,则称为小根堆;若堆顶为最大元素,则称为大根堆。
               2)堆排序的基本思想(小根堆)
               对一组待排序记录的关键字,首先把它们按堆的定义排成一个堆序列,从而输出堆顶的最小关键字,然后将剩余的关键字再调整成新堆,便得到次小的关键字,如此反复进行,直到全部关键字排成有序序列。
               归并排序
               归并排序是不断将多个小而有序的序列合成一个大而有序的序列的过程。其中最常用的归并排序是二路归并排序,它是将整个序列中的元素进行分组,相邻的两个元素为一组,然后分别为每个小组进行排序,随后将两个相邻的小组合成一个组,继续进行组内排序;直到所有元素被合并成一个组内,并使组内元素有序,此时排序结束。
               基数排序
               基数排序的思想是按组成关键字的各个数位的值进行排序,它是分配排序的一种。基数排序把一个关键字Ki看成一个d元组,即
               
               其中称为最高有效位,@称为最低有效位。基数排序可以从最高有效位开始,也可以从最低有效位开始。
               基数排序的基本思想是:设立r个队列(r为基数),队列的编号为0, 1, 2, …,r-1。首先按最低有效位的值,把n个关键字分配到这r个队列中;然后从小到大将各队列中的关键字再依次收集起来;接着再按次低有效位的值把刚收集起来的关键字再分配到r个队列中。重复上述收集过程,直至最高位有效。这样得到了一个从小到大有序的关键字序列。
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