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1、课程设计报告课程设计名称：数据构造课程设计课程设计题目：B-树算法的应用院系：专业：计算机科学与技术班级：学号：姓名：指导教师：1需求分析11.1课程设计的容11.2 B-树的描述12概要设计22.1总体设计思想22.2局部模块设想2查找关键字2将关键字插入结点，分裂结点，建立新的结点，建立B-树2搜索指定结点，新建文件23详细设计43.1主函数设计4设计思想4主流程图53.2函数设计53.3存储构造63.4函数流程图74运行调试174.1调试过程中遇到的问题及解决方法174.2运行结果174.3结论分析18参考文献19附录关键局部程序清单201需求分析1.1课程设计的容编写算法能将学生信息保
2、存到文件中，能够为学生信息建立 B-树索 引，并能够利用B-树索引查找到指定学生的信息。建立B-树索引使用学号 为关键字。B-树中只含有学号和该记录在文件中的位置信息要求：1. 1.B-树的阶可以选择，要求给出一个完整班的学生信息2. 参考相应资料，独立完成课程设计任务。3. 3 交规课程设计报告和软件代码。1.2 B-树的描述B-树是一种平衡的多路查找树，它在文件系统中很有用。在此先介绍树的 构造。一棵m阶的B-树，或为空树，或为满足以下特性的 m叉树：(1) 树中每个结点至多有 m棵子树；(2) 假设根结点不是叶子结点，那么至少有两棵子树；(3) 除根之外的所有非终端结点至少有m/2棵子树
3、；4所有非终端结点中包含以下信息数据n,A0，K1,A1,K2,A2,Kn,An 其中：Ki(i=1,n)为关键字，且 KiKi+1(i=1,n-1);Ai(i=0,n)为指向子树根结点的指针，且指针Ai-1所指子树中所有结点的关键字均 小于Ki(i=1,n),An 所指子树中所有结点的关键字均大于 Kn,n(m/2-1=n=m-1)为关键字的个数或 n+1为子树个数。5所有的叶子结点都出现在同一层次上，并且不带信息可以看作是外部 结点或查找失败的结点实际上这些结点根本不存在，指向这些结点的指 针为空。2概要设计2.1 总体设计思想首先将学生信息从键盘键入存到指定的文件中，在此每当输入一个学生
4、的信 息，对应学生信息的学号将作为B-树的关键字，连同一起的该记录在文件中的信 息这两局部作为结点插入到 B-树中，插入的过程也就是建立B-树的过程，其中B-树的阶m在开场的时候已经确定了，当结点中的关键字的个数大于m-1时就开场分裂，并生成新的结点，按此规律即能建立好 B-树，程序运行时只须输入任意 学生的学号，然后屏幕上将显示此学号对应的学生的全部信息，由此即完成课程 设计要求。2.2 局部模块设想221查找关键字分别从结点中，B-树中查找关键字K,因为要想建树，就要插入结点，插入 结点要先检验一下此时树中有没有次结点，int SearchNode(BTree p,int k)函数 和 R
5、esult SearchBTree(BTree t,int k)函数实现了查找功能。将关键字插入结点，分裂结点，建立新的结点，建立 B-树在将关键字插入结点时，由于阶树m经决定了，当结点中的关键字个数大于m-1时就要分裂此结点，第m/2个结点被提升到上一结点，与此同时原结点中关 键字前面的关键字还继续在此结点中，关键字之后的关键字需要存储到新生成的 结点中，这样逐个结点才能顺利插入到B-树中。即此时的B-树已经建立好了。搜索指定结点，新建文件B-树索引过程就是搜索指定关键字的过程，从根结点开场，向子树结点中的 关键字查找，当查找时即返回此时文件指针fp当前位置，假设查找失败，就继续 查找，直到
6、找到根结点为止，倘假设还没查找到就返回没有找到。我们需要把学 生的相关信息从键盘输入到指定文件中，其中包括学生的，学号和家庭地址等信 息，在利用文件中的fseek函数，使文件指针指向学生的相应信息位置，定义为 整型，与结点中学生信息在文件中的位置信息相对应，运行时只需要输入学生学 号，屏幕上会显示相应的学生完整信息，此时索引过程完成。3详细设计3.1 主函数设计设计思想B-树算法的实现，首先应该建立一个m阶的B-树在本算法中m设为5在 建立B-树过程中，首先输入一个关键字学生学号序列为方便起见本算法使用整数序列，关键字个数设定为10，将这个整数序列存入数组中，然后从空树开场， 依次将关键字插入
7、B-树中，建立一个m阶的B-树。在输入学生信息的同时只是 将学生学号作为关键字存入文件中建树过程中，每插入一个关键字，首先应该 判断出这个关键字在B-树中应该插入的位置，需要调用SearchBTree()和SearchNode()两个函数共同配合完成；然后调用 InsertBTree() 和Insert() 函数 进展插入，插入完成后，应该看该节点中关键字个数是否小于B-树的阶数m,当节点中插入的关键字个数不符合要求时，应该考虑节点分裂的情况根节点和子 树节点的情况都应该考虑到，如果有节点分裂的情况，应该进展节点分裂，可以 建立一个split()函数来实现这个功能；如果需要建立新的根节点，需要
8、建立一 个NewRoot()函数来完成这个功能。B-树建立成功后，返回指向该 B-树根节点的 指针。该算法要求具有查找任一指定学生信息的功能，可以输入任意一个学生的学 号，在B-树中查找该关键字，看该关键字是否存在在该 B-树，如果存在，那么返 回该关键字对应的学生完整信息，否那么查找不成功，那么该学号所对应的关键 字不在该B-树中，以上即完成B-树索引过程。主流程图图3-1主函数流程图3.2函数设计在该算法中，设计了一个 main()主函数和10个子函数，通过主函数调用子 函数、子函数相互调用，完成设计要求的B-树的建立、在B-树中查找指定节点该 算法中查找具体的关键字位置、B-树的遍历以及
9、输出遍历序列等功能。3.2.1 函数在该算法中涉及到的各个函数的中文和英文名称分别为：主函数main()、节点查找函数SearchNode()、B-树查找函数SearchBTree()、节点插入函数Inset()、 节点分裂函数split()、节点建立函数NewRoot()、B-树插入函数InsertBTree()、 查找函数found()、中序遍历输出函数 PrintBTree()、文件写函数savestud、 文件读取函数readstud。322函数调用关系图321函数调用关系说明主函数里面包含四个函数，即主函数中需调用四个函数分别为SearchBTree()、InsertBTree()
10、、found()、PrintBTree();执行 SearchBTree() 函数时需调用 SearchNode()函数；执行InsertBTree()函数时，需要调用SearchNode()、NewRoot()、Insert() 以及 split() 函数；执行 found()函数时， 要用到递归调用found()函数；执行 PrintBTree()函数时，也要用到递归调用 Prin tBTree()函数。3.3存储构造在该设计的算法中，定义B-树中节点类型、B-树类型以及查找结果类型如下:#defi ne m 3B-树的阶，暂定为3typedef struct BTNodeint keyn
11、um;/节点中关键字个数struct BTNode *pare nt;/指向双亲节点int keym+1;/关键字向量，0号单元未用struct BTNode *ptrm+1; /子树指针向量BTNode,*BTree; typedef structBTNode *pt;B-树节点和B-树的类型/指向找到的节点int i;/在节点中的关键字序号int tag;1:查找成功，0:查找失败Result;B-树的查找结果类型3.4函数流程图在这局部中，将每个函数分别用流程图表示出来，并且将每个函数的功能以 及实现过程详细的表述出来，使得能够更加清晰、有条理表达出该算法。341函数调用关系说明函数名：
12、mai n()函数功能：输入关键字序列，调用 B-树建立函数、查找函数、遍历输出函数 实现过程：如图所示，输入一个关键字序列，存储到数组中。对于数 组中每个学号关键字，首先调用函数SearchBTree()，找出该关键字应该插入的位置，然后调用函数InsertBTree(),将关键字依次插入B-树中，插入完成后，返 回指向B-树的根节点指针。然后按照要求输入要查找的学号关键字，调用found() 函数进展查找，返回查找结果可进展循环输入查找。并将查找的学号所对应的 学生完整信息输出在屏幕上。完成索引过程。开始图3-3主函数流程图342节点查找函数函数名：SearchNode()功能：在节点中查
13、找关键字，返回该关键字在节点中的位置幵始赋初值:=1返回-1加1结束图3-4 SearchNode()函数流程图实现过程：如图所示，SearchNode()函数代入的参数是指向关键字 可能所在节点的指针p和关键字k,从该节点的第一个关键字找起，依次将要查 找的关键字与节点中的关键字比拟，返回结果是所给关键字应该在节点中的位置。3.4.3 B-树查找函数函数名称：SearchBTree()功能：从B-树的根节点开场查找，查找所给关键字在该B-树中的节点位置以 及在所在节点中的位置，该函数返回结果为Result类型，result 表示关键字 在节点中应该插入的位置，result.pt 表示关键字应
14、该所在的节点， result.tag 表示是否能够在B-树中查找到该关键字。实现过程：如图所示，代入B-树的根节点指针和要查找的关键字， 从根节点开场，对每个节点使用 SearchNode()函数，查找所给关键字所在的节点 以及在该节点中的位置，如果该关键字已经存在于B-树中，那么返回关键字所在节点、以及所在序号以及查找到的标志；如果不存在，那么返回应该插入的节点 指针、在节点中的序号以及没有找到的标志。3.4.4 节点插入函数函数名：In sert()函数功能：将所给关键字插入到正确节点的正确位置函数流程图实现过程：如图所示，代入指向所给关键字应该插入节点的指针、 所给关键字、关键字应该插入
15、的位置，然后再将该关键字插入到节点的正确位置 上，节点关键字个数加1，返回指向该节点的指针q。3.4.5 节点分裂函数函数名：split()函数功能：当节点中关键字个数不符合要求时，进展节点分裂幵始图3-7 split()函数流程图实现过程：如图所示，该函数带入的参数是指向要产生分裂的节点 的指针q、节点最小子树个数s以及空指针ap，首先给ap分配BTree类型的空间， 然后再将q中序号大于s的关键字插入到ap节点中，同时纸箱子树的指针也插入 到ap中，然后再分别计算q和ap中的关键字个数，对q和ap进展处理。最后返 回ap指针。3.4.6 节点建立函数函数名：NewRoot()函数功能：建立新的节点，并且返回指向该节点的指针开始图3-8NewRoot()函数流程图实现过程：如图所示，该函数的代入参数是根节
