请帮我设计一段代码,这段代码的功能是对BST、AVL、B树在运行同一段随机数搜索的时间进行计算和对比大小,全程用C语言进行计算

时间: 2023-06-26 10:09:39 浏览: 55
下面是一个简单的代码示例,用于测试BST、AVL和B树在相同随机数搜索的时间和性能: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> // 二叉搜索树节点结构体 typedef struct BSTNode { int key; struct BSTNode *left, *right; } BSTNode; // AVL树节点结构体 typedef struct AVLNode { int key; int height; struct AVLNode *left, *right; } AVLNode; // B树节点结构体 typedef struct BTreeNode { int *keys; struct BTreeNode **child; int n; int leaf; } BTreeNode; // 创建一个BST节点 BSTNode* newBSTNode(int key) { BSTNode* node = (BSTNode*)malloc(sizeof(BSTNode)); node->key = key; node->left = NULL; node->right = NULL; return node; } // 插入一个节点到BST BSTNode* BSTInsert(BSTNode* root, int key) { if (root == NULL) { return newBSTNode(key); } if (key < root->key) { root->left = BSTInsert(root->left, key); } else if (key > root->key) { root->right = BSTInsert(root->right, key); } return root; } // 在BST中查找一个节点 BSTNode* BSTSearch(BSTNode* root, int key) { if (root == NULL || root->key == key) { return root; } if (key < root->key) { return BSTSearch(root->left, key); } else if (key > root->key) { return BSTSearch(root->right, key); } } // 计算BST的高度 int BSTHeight(BSTNode* node) { if (node == NULL) { return 0; } else { int leftHeight = BSTHeight(node->left); int rightHeight = BSTHeight(node->right); if (leftHeight > rightHeight) { return leftHeight + 1; } else { return rightHeight + 1; } } } // 创建一个AVL节点 AVLNode* newAVLNode(int key) { AVLNode* node = (AVLNode*)malloc(sizeof(AVLNode)); node->key = key; node->height = 1; node->left = NULL; node->right = NULL; return node; } // 计算AVL节点的高度 int AVLHeight(AVLNode* node) { if (node == NULL) { return 0; } else { return node->height; } } // 计算AVL节点的平衡因子 int AVLBalanceFactor(AVLNode* node) { if (node == NULL) { return 0; } else { return AVLHeight(node->left) - AVLHeight(node->right); } } // 更新AVL节点的高度 void AVLUpdateHeight(AVLNode* node) { int leftHeight = AVLHeight(node->left); int rightHeight = AVLHeight(node->right); node->height = (leftHeight > rightHeight ? leftHeight : rightHeight) + 1; } // AVL左旋转 AVLNode* AVLRotateLeft(AVLNode* node) { AVLNode* right = node->right; AVLNode* leftOfRight = right->left; right->left = node; node->right = leftOfRight; AVLUpdateHeight(node); AVLUpdateHeight(right); return right; } // AVL右旋转 AVLNode* AVLRotateRight(AVLNode* node) { AVLNode* left = node->left; AVLNode* rightOfLeft = left->right; left->right = node; node->left = rightOfLeft; AVLUpdateHeight(node); AVLUpdateHeight(left); return left; } // AVL插入操作 AVLNode* AVLInsert(AVLNode* node, int key) { if (node == NULL) { return newAVLNode(key); } if (key < node->key) { node->left = AVLInsert(node->left, key); } else if (key > node->key) { node->right = AVLInsert(node->right, key); } else { return node; } AVLUpdateHeight(node); int balanceFactor = AVLBalanceFactor(node); if (balanceFactor > 1) { if (AVLBalanceFactor(node->left) < 0) { node->left = AVLRotateLeft(node->left); } return AVLRotateRight(node); } else if (balanceFactor < -1) { if (AVLBalanceFactor(node->right) > 0) { node->right = AVLRotateRight(node->right); } return AVLRotateLeft(node); } return node; } // 在AVL中查找一个节点 AVLNode* AVLSearch(AVLNode* node, int key) { if (node == NULL || node->key == key) { return node; } if (key < node->key) { return AVLSearch(node->left, key); } else if (key > node->key) { return AVLSearch(node->right, key); } } // 创建一个B树节点 BTreeNode* newBTreeNode(int t, int leaf) { BTreeNode* node = (BTreeNode*)malloc(sizeof(BTreeNode)); node->keys = (int*)malloc(sizeof(int) * (2 * t - 1)); node->child = (BTreeNode**)malloc(sizeof(BTreeNode*) * (2 * t)); node->n = 0; node->leaf = leaf; return node; } // B树分裂操作 void BTreeSplitChild(BTreeNode* parent, int i, BTreeNode* child) { int t = (parent->n + 1) / 2; BTreeNode* newChild = newBTreeNode(child->leaf, t); newChild->n = t - 1; for (int j = 0; j < t - 1; j++) { newChild->keys[j] = child->keys[j + t]; } if (!child->leaf) { for (int j = 0; j < t; j++) { newChild->child[j] = child->child[j + t]; } } child->n = t - 1; for (int j = parent->n; j >= i + 1; j--) { parent->child[j + 1] = parent->child[j]; } parent->child[i + 1] = newChild; for (int j = parent->n - 1; j >= i; j--) { parent->keys[j + 1] = parent->keys[j]; } parent->keys[i] = child->keys[t - 1]; parent->n += 1; } // B树插入操作 BTreeNode* BTreeInsertNonFull(BTreeNode* node, int key, int t) { int i = node->n - 1; if (node->leaf) { while (i >= 0 && key < node->keys[i]) { node->keys[i + 1] = node->keys[i]; i--; } node->keys[i + 1] = key; node->n += 1; } else { while (i >= 0 && key < node->keys[i]) { i--; } if (node->child[i + 1]->n == 2 * t - 1) { BTreeSplitChild(node, i + 1, node->child[i + 1]); if (key > node->keys[i + 1]) { i++; } } node->child[i + 1] = BTreeInsertNonFull(node->child[i + 1], key, t); } return node; } // 在B树中查找一个节点 BTreeNode* BTreeSearch(BTreeNode* node, int key) { int i = 0; while (i < node->n && key > node->keys[i]) { i++; } if (i < node->n && key == node->keys[i]) { return node; } if (node->leaf) { return NULL; } return BTreeSearch(node->child[i], key); } // 生成一个随机数 int random(int min, int max) { return rand() % (max - min + 1) + min; } // 打印BST的信息 void printBSTInfo(BSTNode* root, clock_t start, clock_t end) { printf("BST height: %d\n", BSTHeight(root)); printf("BST search time: %ldms\n", end - start); } // 打印AVL的信息 void printAVLInfo(AVLNode* root, clock_t start, clock_t end) { printf("AVL height: %d\n", root->height); printf("AVL search time: %ldms\n", end - start); } // 打印B树的信息 void printBTreeInfo(BTreeNode* root, clock_t start, clock_t end) { printf("B-tree height: %d\n", root->leaf ? 0 : root->child[0]->n + 1); printf("B-tree search time: %ldms\n", end - start); } // 测试BST void testBST(int n) { BSTNode* root = NULL; for (int i = 0; i < n; i++) { int key = random(1, n * 10); root = BSTInsert(root, key); } int searchKey = random(1, n * 10); clock_t start = clock(); BSTNode* result = BSTSearch(root, searchKey); clock_t end = clock(); if (result != NULL) { printf("BST search key %d: found\n", searchKey); } else { printf("BST search key %d: not found\n", searchKey); } printBSTInfo(root, start, end); } // 测试AVL void testAVL(int n) { AVLNode* root = NULL; for (int i = 0; i < n; i++) { int key = random(1, n * 10); root = AVLInsert(root, key); } int searchKey = random(1, n * 10); clock_t start = clock(); AVLNode* result = AVLSearch(root, searchKey); clock_t end = clock(); if (result != NULL) { printf("AVL search key %d: found\n", searchKey); } else { printf("AVL search key %d: not found\n", searchKey); } printAVLInfo(root, start, end); } // 测试B树 void testBTree(int n) { int t = 2; BTreeNode* root = newBTreeNode(t, 1); for (int i = 0; i < n; i++) { int key = random(1, n * 10); BTreeInsertNonFull(root, key, t); } int searchKey = random(1, n * 10); clock_t start = clock(); BTreeNode* result = BTreeSearch(root, searchKey); clock_t end = clock(); if (result != NULL) { printf("B-tree search key %d: found\n", searchKey); } else { printf("B-tree search key %d: not found\n", searchKey); } printBTreeInfo(root, start, end); } int main() { srand((unsigned int)time(NULL)); int n = 10000; testBST(n); testAVL(n); testBTree(n); return 0; } ``` 在这个代码中,我们使用了三种不同的数据结构:BST、AVL和B树。它们都可以用于搜索和查找操作,但是它们的性能和特点各不相同。 在测试函数中,我们首先生成了一个包含n个随机数的数据集,然后将这些随机数插入到每个数据结构中。接下来,我们随机选择一个数字,对每个数据结构进行搜索,并记录搜索时间。最后,我们打印出每个数据结构的高度和搜索时间,以便进行比较。 这个代码示例只是一个简单的实现,您可以根据需要进行修改和扩展。

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