2.1 Алгоритм решения

В самом начале выполнения программы появляется форма, где пользователю предлагается заполнить соответствующие поля необходимыми для расчета данными.

Затем, в ходе выполнения программы производится проверка полноты и корректности введенных начальных данных. Если исходные данные не прошли проверку - выводится соответствующее уведомление.

После успешно пройденной проверки, программа начинает сортировать полученные данные. Программа считывает данные, заполненные в специальных полях и производит сортировку по установленным алгоритмам.

После этого результаты выводятся в специально отведенное поле, а выполнение программы прекращается.

2.2 Макет приложения

Макет приложения «Методы сортировок выбором»(Form1)

Рисунок 7. Макет приложения.

richTextBox1 - получает введенный пользователем массив, либо автоматически генерируемый с помощью кнопки «Сгенерировать»

button1 - принимает текстовое значение «Сгенерировать», а также генерирует в поле richTextBox1 рандомный массив от 0 до 100.

comboBox1 - содержит список, предоставляющий пользователю выбрать методы сортировки данных массива. Содержит текстовые значения: «Пирамидальная сортировка», «Плавная сортировка», «сортировка Выбором».

button2 - принимает текстовое значение «Сортировать», а также сортирует введенные или сгенерированные пользователем данные из richTextBox1.

richTextBox2 - служит для вывода результатов сортировки тем или иным выбранным методом.

2.3 Описание программы

Иерархия классов

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

using System.Windows.Forms;

Используемые элементы

button

richTextBox

comboBox

label

Обработчики событий

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)

private void button2_Click(object sender, EventArgs e)

Функции

В данной курсовой используется 3 основных и 4 вспомогательных функции.

Функция Print отвечает за вывод результата, предварительно отсортированного выбранным методом и передает результат в поле вывода.

private void Print(int[] array) // результат

{

richTextBox2.Clear(); // очищение поля

foreach (var x in array) // перебор в переменную х всех значений массива array, в который записывается результат сортировки выбранным методом

richTextBox2.Text += x + “” // добавление этих значений

}

Рисунок.6 Результат работы функции Print.

Функция selectSort производит сортировку по алгоритму «Выборка» и передает отсортированный массив в функцию Print

private void selectSort(int[] array) // сортировка выборкой

{

int min; // объявляем min

for (int i = 0; i < array.Length; i++) // перебираем элементы

{

min = i; // присваиваем наименьший элемент i-ому

for (int j = i + 1; j < array.Length; j++)

if (array[j] < array[min]) // если элменент массива меньше минимального

min = j; // присваиваем новое минимальное значение элементу массиву

// swap-функция. Меняем местами значения

int temp = array[i]

array[i] = array[min];

array[min] = temp;

}

}

Рисунок.7 Результат работы функции selectSort

Функция heapSort производит сортировку по алгоритму «Пирамида» и передает отсортированный массива в функцию Print

private void heapSort(int[] array) // сортировка пирамидой

{

int i, temp; // объявляем переменные

for (i = array.Length / 2 - 1; i >= 0; i--) // элементы с номерами начиная с array.Length / 2 - 1 это листья, то тогда нужно переупорядочить поддеревья с корнями в индексах

downHeap(array, i, array.Length - 1); // вызывается функция downHeap и ей передаются аргументы

for (i = array.Length - 1; i > 0; i--)

{

temp = array[i];

array[i] = array[0];

array[0] = temp;

downHeap(array, 0, i - 1); // в функцию передаются аргументы с шагом - 1

}

}

Рисунок.8 Результат работы функции heapSort

Функция smoothSort производит сортировку по алгоритму «Плавная» и передает отсортированный массив в функцию Print.

private void smoothSort(int[] mas) // функция плавная сортировки

{

make_heap_pool(mas); // вызов функции, создающей последовательность куч из произвольного массива

for (int i = mas.Length - 1; i >= 0; i--)

{

int nextPosHeapItemsAmount = 0;

int posMaxTopElem = findPosMaxElem(mas, curState, i, ref nextPosHeapItemsAmount); // максимальный верхний элемент кучи получает значение в виде результата функции findPosMaxElem

if (posMaxTopElem != i)

{

swap(ref mas[i], ref mas[posMaxTopElem]); // вызываем функцию swap и передаем в нее значения mas[i] и mas[posMaxTopElem]

shiftDown(mas, nextPosHeapItemsAmount, posMaxTopElem); // вызываем функцию

}

PrevState(ref curState); // вызываем функцию PreveState и передаем значения, ссылаясь(ref) на значение переменной curState

}

}

Рисунок.9 Результат работы функции smoothSort

Функция downHeap является вспомогательной функцией для heapSort, обеспечивая нижнюю сортировку кучи массива

private void downHeap(int[] array, int k, int n) // функция нижней сортировки

{

// объявляем переменные

int new_elem;

int child;

new_elem = array[k];

while (k <= n / 2) // пока у array[k] есть дети выполняем

{

child = 2 * k;

// выбираем большего сына

if (child < n && array[child] < array[child + 1])

child++;

if (new_elem >= array[child]) break;

// иначе

array[k] = array[child]; // переносим сына наверх

k = child;

}

array[k] = new_elem;

}

Функция NextState является вспомогательной функцией. Делает обратную операцию, но при этом она еще возвращает номер бита, соответствующий вершине последней кучи, если та состоит более чем из одного элемента. В противном случае функция возвращает -1.

private int NextState(ref int curState) // Функция NextState, делает обратную операцию, но при этом она еще возвращает номер бита, соответствующий вершине последней кучи, если та состоит более чем из одного элемента. В противном случае функция возвращает -1.

{

int posNewTop = -1; // позиция вершины объединенных куч.

// исключение

if ((curState & 7) == 5)

{ // curState = 0101

curState += 3; // curState = 1000

posNewTop = 3;

}

else // пытаемся найти два подряд единичных бита

{

int next = curState;

int pos = 0;

while (next != 0 && (next & 3) != 3)

{

next >>= 1;

pos++

}

if ((next & 3) == 3) // curState = 01100

{

curState += 1 << pos; // curState = 10000

posNewTop = pos + 2;

}

else if ((curState & 1) != 0) // curState = x001

curState |= 2; // curState = x011

else // curState = xx00

curState |= 1; // curState = xx01

}

return posNewTop;

}

Функция PrevState является вспомогательной функцией. Она изменяет текущее состояние с учетом того, что вершина последней кучи исключена из рассмотрения.

private void PrevState(ref int curState) //Функция PrevState изменяет текущее состояние с учетом того, что вершина последней кучи исключена из рассмотрения.

{

if ((curState & 15) == 8)

{ // curState = 1000

curState -= 3; // curState = 010

}

еlse if ((curState & 1) != 0)

{

if ((curState & 3) == 3) // curState = x011

curState ^= 2; // curState = x001

else // curState = xx01

curState ^= 1; // curState = xx00

}

else // ищим первый единичный бит

{

int prev = curState;

int pos = 0;

while (prev != 0 && !(Convert.ToBoolean(prev & 1)))

{

prev >>= 1;

pos++;

}

if (prev != 0) // curState = xx10000

{

curState ^= 1 << pos;

curState |= 1 << (pos - 1);

curState |= 1 << (pos - 2); // curState = xx01100

}

else

curState = 0;

}

}

Функция shiftDown является вспомогательной функцией. Она реализует просеивание данных массива «вниз»

private void shiftDown(int[] mas, int posHeapItemsAmount, int indexLastTop) // Реализация функции просейки вниз, в ней задается также mas[]

{

int posCurNode = indexLastTop; //indexLastTop - индекс крайней вершин

while (posHeapItemsAmount > 1) //nextPosHeapItemsAmount - количество элементво в кучи, вершина которой оказалось максимальной из всех вершин куч

{

// позиция правого сына

int posR = posCurNode - 1;

// позиция левого сына

int posL = posR - LeoNum[posHeapItemsAmount - 2]; // число элементов в текущей кучи

int posMaxChild = posL;

int posNextTop = posHeapItemsAmount - 1;

if (mas[posR] > mas[posL]) // если позиция правого сына больше левого

{

posMaxChild = posR; // то "старший сын" правый

posNextTop = posHeapItemsAmount - 2;

}

if (mas[posCurNode] < mas[posMaxChild])

{

swap(ref mas[posCurNode], ref mas[posMaxChild]);

posHeapItemsAmount = posNextTop;

posCurNode = posMaxChild;

}

else

break;

}

}

Функция make_heap_pool является вспомогательной функцией. Она создает последовательности куч из произвольного массива.

private void make_heap_pool(int[] mas) // Функция создания последовательности куч из произвольного массива.

{

for (int i = 0; i < mas.Length; i++)

{

int posHeapItemsAmount = NextState(ref curState);

if (posHeapItemsAmount != -1)

shiftDown(mas, posHeapItemsAmount, i);

}

}

Функция findPosMaxElem является вспомогательной функцией. Она ищет максимальный элемент среди вершин куч.

private int findPosMaxElem(int[] mas, int curState, int indexLastTop, ref int nextPosHeapItemsAmount) // Функция поиска максимального элемента среди вершин куч

{

int pos = 0;

// ищим позицию первого единичного бита

while (!Convert.ToBoolean(curState & 1))

{

curState >>= 1;

pos++;

}

int posMaxTopElem = indexLastTop;

nextPosHeapItemsAmount = pos;

int curTopElem = indexLastTop - LeoNum[pos];

curState >>= 1;

pos++;

while (curState != 0)

{

if ((curState & 1) != 0)

{

if (mas[curTopElem] > mas[posMaxTopElem])

{

posMaxTopElem = curTopElem;

nextPosHeapItemsAmount = pos;

}

curTopElem -= LeoNum[pos];

}

curState >>= 1;

pos++;

}

return posMaxTopElem;

}

Функция swap является вспомогательной функцией. Она выполняет переприсваивание значений.

private void swap(ref int a, ref int b) // функция переприсваивания (swap)

{

int temp = b;

b = a;

a = temp;

}

2.4 Руководство пользователя

1. Для корректной работы программы необходимо заполнить вручную или сгенерировать с помощью кнопки массив данных.

2. Чтобы автоматически заполнить массив данных нажмите кнопку «Сгенерировать»

3. Необходимо в раскрывающемся списке выбрать подходящий вам метод сортировки.

4. Для получения результата сортировки нажмите кнопку «Сортировать»

Заключение

Язык программирования C# на основе Visual Studio способен реализовать все необходимые средства для сортировки данных.

Во время выполнения поставленной задачи были улучшены навыки программирования, работы с методами сортировок. Разработанная программа наглядно демонстрирует реализацию 3 методов сортировки. Основное преимущество программы - выполнение сортировки динамически задаваемых данных.

Был проведен анализ предметной области, выявлены требования к разрабатываемой программе, было спроектировано и реализовано приложение, определена эффективность разработки.

Программа корректна.

Список использованных источников

1. Плавная сортировка // Информационный ресурс Википедиа [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Плавная_сортировка - Загл с экрана Яз. рус., англ.

2. Пирамидальная сортировка // Информационный ресурс Википедиа [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Пирамидальная_сортировка - Загл с экрана Яз. рус., англ.

3. Сортировка выбором // Информационный ресурс Википедиа [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Сортировка_выбором - Загл с экрана Яз. рус., англ.

4. Герберт Шилдт, C# 4.0 Полное руководство, учебное пособие [Текст] // Герберт Шилдт. - Московский дом книги, 2008. - 340с.

5. Дональд Кнут, Искусство программирования, том 3. Сортировка и поиск [Текст] // Дональд Кнут. - Вильямс, 2007. - 457с.

Приложение

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

using System.Windows.Forms;

namespace ApplicationSort

{

public partial class Form1 : Form

{

public Form1()

{

InitializeComponent();

comboBox1.DropDownStyle = ComboBoxStyle.DropDownList;

comboBox1.SelectedIndex = 0;

}

private void button1_Click(object sender, EventArgs e) // задать рандом

{

Random rand = new Random();

richTextBox1.Clear();

for (int i = 0; i < 100; i++)

richTextBox1.Text += rand.Next(0, 100) + “”;

}

private void button2_Click(object sender, EventArgs e)

{

try

{

// присваиваем int[]arr значения введенные или сгенерированные

int[] arr = richTextBox1.Text.

Split(new char[] { ` ' }, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries)

.Select(x => int.Parse(x))//используем LINQ, для удобства конвертации string -> int

.ToArray();

// значения индекса соответствует вызову определенного метода.

int k = comboBox1.SelectedIndex;

if (k == 0)

heapSort(arr); // выбираем метод сортировки пирамидой

else if (k == 1)

selectSort(arr); // выбираем сортировку выборкой

else

smoothSort(arr); // выбираем плавную сортировку

Print(arr); // вывод результата

// обработка исключений

}

catch (ArgumentNullException ex) // если значения принимают недопустимый аргумент

{

MessageBox.Show(ex.Message);

}

catch (FormatException)

{

MessageBox.Show(“Вводите только целые числа”);

}

catch (Exception exp) // исключения, которые могут возникунть во время выполнения программы

{

MessageBox.Show(exp.Message);

}

}

private void Print(int[] array) // результат

{

richTextBox2.Clear(); // очищение поля

foreach (var x in array) // перебор в переменную х всех значений массива array, в который записывается результат сортировки выбранным методом

richTextBox2.Text += x + “ “; // добавление этих значений

}

private void selectSort(int[] array) // сортировка выборкой

{

int min; // объявляем min

for (int i = 0; i < array.Length; i++) // перебираем элементы

{

min = i; // присваиваем наименьший элемент i-ому

for (int j = i + 1; j < array.Length; j++)

if (array[j] < array[min]) // если элменент массива меньше минимального

min = j; // присваиваем новое минимальное значение элементу массиву

// swap-функция. Меняем местами значения

int temp = array[i];

array[i] = array[min];

array[min] = temp;

}

}

private void heapSort(int[] array) // сортировка пирамидой

{

int i, temp; // объявляем переменные

for (i = array.Length / 2 - 1; i >= 0; i--) // элементы с номерами начиная с array.Length / 2 - 1 это листья, то нужно переупорядочить поддеревья с корнями в индексах

downHeap(array, i, array.Length - 1); // вызывается функция downHeap и ей передаются аргументы

for (i = array.Length - 1; i > 0; i--)

{

temp = array[i];

array[i] = array[0];

array[0] = temp;

downHeap(array, 0, i - 1); // в функцию передаются аргументы с шагом - 1

}

}

private void downHeap(int[] array, int k, int n) // функция нижней сортировки

{

// объявляем переменные

int new_elem;

int child;

new_elem = array[k];

while (k <= n / 2) // пока у array[k] есть дети выполняем

{

child = 2 * k;

// выбираем большего сына

if (child < n && array[child] < array[child + 1])

child++;

if (new_elem >= array[child]) break;

// иначе

array[k] = array[child]; // переносим сына наверх

k = child;

}

array[k] = new_elem;

}

// принцип формирования чисел Леонардо L(N) = L(N-1) + L(N-2) + 1

int[] LeoNum = { 1, 1, 3, 5, 9, 15, 25, 41, 67, 109, 177, 287, 465, 753, 1219, 1973, 3193, 5167, 8361, 13529, 21891, 35421, 57313, 92735, 150049, 242785, 392835, 635621, 1028457, 1664079, 2692537, 4356617, 7049155, 11405773, 18454929, 29860703, 48315633, 78176337, 126491971, 204668309, 331160281, 535828591, 866988873, 1402817465 }; // числа леонардо

int curState; // Переменная curState - это текущее состояние последовательности куч, двоичное представление которой задает размерности этих куч.

// Двоичное представление числа curState является описанием

// текущего состояния массива куч.

// Двоичное представление: 10110

// Числа Леонардо 95311

// Т.е. первые 9 элементов - это первая кучу, вторые 3 - вторая куча,

// и последний - это третья куча

// После выполнение функции число curState будет описывать массив куч после добавления

// одного элемента в конец. Его двоичное представление будет 11000 = 24.

// Результат: Номер бита, соответствующий вершине последней кучи, если та состоит более,

// чем из одного элемента

private int NextState(ref int curState) // Функция NextState, делает обратную операцию, но при этом она еще возвращает номер бита, соответствующий вершине последней кучи, если та состоит более чем из одного элемента. В противном случае функция возвращает -1.

{

int posNewTop = -1; // позиция вершины объединенных куч.

// исключение

if ((curState & 7) == 5)

{ // curState = 0101

curState += 3; // curState = 1000

posNewTop = 3;

}

else // пытаемся найти два подряд единичных бита

{

int next = curState;

int pos = 0;

while (next != 0 && (next & 3) != 3)

{

next >>= 1;

pos++;

}

if ((next & 3) == 3) // curState = 01100

{

curState += 1 << pos; // curState = 10000

posNewTop = pos + 2;

}

else if ((curState & 1) != 0) // curState = x001

curState |= 2; // curState = x011

else // curState = xx00

curState |= 1; // curState = xx01

}

return posNewTop;

}

private void PrevState(ref int curState) //Функция PrevState изменяет текущее состояние с учетом того, что вершина последней кучи исключена из рассмотрения.

{

if ((curState & 15) == 8)

{ // curState = 1000

curState -= 3; // curState = 0101

}

else if ((curState & 1) != 0)

{

if ((curState & 3) == 3) // curState = x011

curState ^= 2; // curState = x001

else // curState = xx01

curState ^= 1; // curState = xx00

}

else // ищим первый единичный бит

{

int prev = curState;

int pos = 0;

while (prev != 0 && !(Convert.ToBoolean(prev & 1)))

{

prev >>= 1;

pos++;

}

if (prev != 0) // curState = xx10000

{

curState ^= 1 << pos;

curState |= 1 << (pos - 1);

curState |= 1 << (pos - 2); // curState = xx01100

}

else

curState = 0;

}

}

private void shiftDown(int[] mas, int posHeapItemsAmount, int indexLastTop) // Реализация функции просейки вниз, в ней задается также mas[]

{

int posCurNode = indexLastTop; //indexLastTop - индекс крайней вершины

while (posHeapItemsAmount > 1) //nextPosHeapItemsAmount - количество элементво в кучи, вершина которой оказалось максимальной из всех вершин куч

{

// позиция правого сына

int posR = posCurNode - 1;

// позиция левого сына

int posL = posR - LeoNum[posHeapItemsAmount - 2]; // число элементов в текущей кучи

int posMaxChild = posL;

int posNextTop = posHeapItemsAmount - 1;

if (mas[posR] > mas[posL]) // если позиция правого сына больше левого

{

posMaxChild = posR; // то "старший сын" правый

posNextTop = posHeapItemsAmount - 2;

}

if (mas[posCurNode] < mas[posMaxChild])

{

swap(ref mas[posCurNode], ref mas[posMaxChild]);

posHeapItemsAmount = posNextTop;

posCurNode = posMaxChild;

}

else

break;

}

}

private void make_heap_pool(int[] mas) // Функция создания последовательности куч из произвольного массива.

{

for (int i = 0; i < mas.Length; i++)

{

int posHeapItemsAmount = NextState(ref curState);

if (posHeapItemsAmount != -1)

shiftDown(mas, posHeapItemsAmount, i);

}

}

// Среди вершин куч находим максимальный элемент

// mas - массив

// curState - число, двоичное представление которого описывает текущий массив куч

// indexLastTop - индекс крайней вершины

// nextPosHeapItemsAmount - количество элементво в кучи, вершина которой оказалось максимальной из всех вершин куч

// Возврат: индекс элемента(одной из вершин кучи), который больше чем остальные вершины куч

private int findPosMaxElem(int[] mas, int curState, int indexLastTop, ref int nextPosHeapItemsAmount) // Функция поиска максимального элемента среди вершин куч

{

int pos = 0;

// ищим позицию первого единичного бита

while (!Convert.ToBoolean(curState & 1))

{

curState >>= 1;

pos++;

}

int posMaxTopElem = indexLastTop;

nextPosHeapItemsAmount = pos;

int curTopElem = indexLastTop - LeoNum[pos];

curState >>= 1;

pos++;

while (curState != 0)

{

if ((curState & 1) != 0)

{

if (mas[curTopElem] > mas[posMaxTopElem])

{

posMaxTopElem = curTopElem;

nextPosHeapItemsAmount = pos;

}

curTopElem -= LeoNum[pos];

}

curState >>= 1;

pos++;

}

return posMaxTopElem;

}

private void smoothSort(int[] mas) // функция плавная сортировки

{

make_heap_pool(mas); // вызов функции, создающей последовательность куч из произвольного массива

for (int i = mas.Length - 1; i >= 0; i--)

{

int nextPosHeapItemsAmount = 0;

int posMaxTopElem = findPosMaxElem(mas, curState, i, ref nextPosHeapItemsAmount); // максимальный верхний элемент кучи получает значение в виде результата функции findPosMaxElem

if (posMaxTopElem != i)

{

swap(ref mas[i], ref mas[posMaxTopElem]); // вызываем функцию swap и передаем в нее значения mas[i] и mas[posMaxTopElem]

shiftDown(mas, nextPosHeapItemsAmount, posMaxTopElem); // вызываем функцию shiftDown

}

PrevState(ref curState); // вызываем функцию PreveState и передаем значения, ссылаясь(ref) на значение переменной curState

}

}

private void swap(ref int a, ref int b) // функция перестановки(swap)

{

int temp = b;

b = a;

a = temp;

}

}

}

Размещено на Allbest.ru