编写程序,从字符文件读入三个正整数m, n, t以及t个三元组(i, j, e)建立稀疏矩阵的十字链表存储结构。其中,m、n分别表示矩阵行数和列数;i, j为非零元素行号和列号。编写算法,实现矩阵转置,输出转置后的三元组到另一字符文件中,检查你的转置结果是否正确。要求转置时不得新建元素结点(但允许新建行头/列头结点数组以及删除行头/列头结点数组,转置前后,总头结点不允许改变) ### 数据结构实验报告知识点 #### 实验背景与目标 本次实验是关于《数据结构》课程的一个实践项目,主要目的是让学生掌握稀疏矩阵的十字链表存储结构及其转置算法的实现。稀疏矩阵是指矩阵中大部分元素为零的矩阵,对于这类矩阵来说,使用传统的二维数组来存储会造成大量的空间浪费。因此,采用十字链表存储结构可以有效地减少存储空间的需求,提高存储效率。 #### 实验内容与要求 1. **读取输入数据**:从字符文件读取三个正整数m、n、t,其中m和n分别表示矩阵的行数和列数,t表示非零元素的数量。接着读取t个三元组(i, j, e),这里的i和j是非零元素的位置坐标,e是非零元素的值。 2. **构建十字链表**:根据读取的数据构建稀疏矩阵的十字链表存储结构。每个结点包含行、列、数据域三个数值和指向下一个结点的两个指针(行方向和列方向)。 3. **实现矩阵转置**:编写算法实现稀疏矩阵的转置操作。转置后的矩阵行数变为原矩阵的列数,列数变为原矩阵的行数。注意,在转置过程中不能新建非零元素的结点,只允许新建或删除行头/列头结点数组。 4. **输出转置结果**:将转置后的三元组输出到另一个字符文件中,以便于验证转置结果的正确性。 5. **限制条件**:转置前后,总头结点不允许改变,即转置操作需要在原有的链表基础上进行。 #### 数据结构设计 - **十字链表结点结构**:每个结点包含行索引(i)、列索引(j)、数据(data)、指向右边结点(right)和下边结点(down)的指针。 ```c typedef struct node { int i, j; // 行、列下标 ElemTpdata; // 结点数据 struct node *right, *down; // 行指针、列指针 } OLinkNode, *OLink; ``` - **总头结点**:十字链表的起始处有一个总头结点,它包含行数(m)、列数(n)以及非零元素数量(t)的信息。 - **行头节点数组**:包含m个结点,每个结点代表一行的开始,行头结点的列索引为-1。 - **列头节点数组**:包含n个结点,每个结点代表一列的开始,列头结点的行索引为-1。 #### 算法设计 1. **构建十字链表**:首先创建总头结点,然后根据输入的m、n、t创建行头节点数组和列头节点数组。接着,根据读取的非零元素(i, j, e)逐个插入到对应的行和列中。 2. **矩阵转置算法**: - 遍历原十字链表,获取每一行的非零元素。 - 对于每一个非零元素,将其插入到转置后的链表中相应的位置上。 - 在插入时,需要维护转置后链表的行头和列头结点数组。 3. **输出转置后的三元组**:遍历转置后的十字链表,按顺序输出每个非零元素的行、列和值。 #### 输入输出设计 - **输入**:从字符文件读入三个正整数m、n、t以及t个三元组(i, j, e),用于构建稀疏矩阵的十字链表存储结构。 - **输出**:实现矩阵转置后,输出转置后的三元组到另一字符文件中。 #### 编程语言及工具 - 使用Code::Blocks作为开发环境。 - 主要采用C语言实现。 - 动态存储分配采用C++的`new`和`delete`操作符实现。 - 输入输出使用`fscanf`和`fprintf`函数实现。 #### 主要函数 - `OLinkinit(FILE* file)`:用于从字符文件读入数据,并建立稀疏矩阵的十字链表结构。 - `OLinkdelNode(OLink h)`:删除十字链表中的一个节点并返回。 - `int insert(OLink h, int i, int j, ElemTp pdata)`:插入节点到十字链表。 - `int insert_RevMatrix(OLink row, OLink col, OLink s)`:在转置十字链表中插入节点。 - `void operat()`:代替主函数执行所有操作。 - `void print(OLink h, FILE* fp)`:输出十字链表存储元素到文件。 - `OLink reverse(OLink h)`:十字链表存储的稀疏矩阵转置。 #### 测试报告 - 实现了以上功能并通过了相应的测试用例。 - 源程序代码中包含了预定义头文件和主要函数的实现。 - 程序运行正常,转置结果正确无误。
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