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彭聪《教学计划编制问题》第１页共34页１教学计划编制问题学生姓名：彭聪指导老师：黄道昌摘要本课程设计主要针对计算机系本科课程，根据课程之间的依赖关系，制定课程安排计划，并满足各学期课程数目大致相同。在课程设计中，系统开发平台为WindowsXP，程序设计设计语言采用C++，程序运行平台为WindowsXP，数据结构为邻接表。对于每个学期的课程数目采用了学分变量进行控制，以实现各学期课程数目大致相同。在程序设计中，采用了面向对象解决问题的方法。程序通过调试运行，初步实现了设计目标，并且经过适当完善后，将可以应用在教学中解决教学计划编制问题。关键词程序设计；数据结构；AOV网；邻接表；C++；课程计划彭聪《教学计划编制问题》第２页共34页２1引言计算机系的学生必须要完成教学计划中规定的一系列课程，有些课程之间存在相互之间的依赖关系。比如说：《C++程序设计基础》应在《数据结构》之前开设，《大学物理（下）》必须要在《大学物理（上）》学完之后才可以学习。在教学计划编制的过程中，有一个层次的关系。因此，有一个有效、便捷的教学计划编制系统是十分重要的。1.1课程设计目的本课程设计主要是针对计算机系本科课程，根据课程之间的依赖关系，制定课程安排计划，并满足各学期课程数目大致相同。教学计划编制系统是基于C++的软件系统，通过建立AOV网，按学期对课程序号、课程代号、课程名称以及课程学分进行相应输出，并且保证用户实现自由选择专业选修课功能。1.2课程设计内容教学计划编制系统主要是处理课程之间的依赖关系。表1.1列出了若干门计算机系本科课程，其中有些课程不要求先修课程，例如，C1是独立于其他课程的基础课，而有些课程却需要有先修课程，比如，学完程序设计语言C++和离散数学后才能学习数据结构。具体情况如表1.1所示。表1.1课程以及课程之间的依赖关系课程代号课程名称先修课程C1高等数学无C2计算机科学导论无C3离散数学C1C4程序设计语言C++C1、C2C5数据结构C3、C4C6计算机原理C2、C4C7数据库原理C4、C5、C6彭聪《教学计划编制问题》第３页共34页３先修课程规定了课程之间的依赖关系，这种关系可以用AOV网来表示，其中顶点表示课程，弧表示依赖关系，如图1.1所示。图1.1表1.1对应的AOV网程序的主要功能是实现课程的排序，以满足同一学期所修的课程相互之间无依赖关系，并且已修完其所有先修课程。另外，设置学分变量，控制每个学期的课程量基本均匀。C1C7C6C4C5C3C2彭聪《教学计划编制问题》第４页共34页４2概要设计2.1设计思路数据结构课程主要讨论数据表示和数据处理的基本问题。数据要能被计算机处理，首先必须能够存储在计算机的内存中，这项任务称为数据表示，数据表示的核心任务是数据结构的设计；一个实际问题的求解必须满足各项处理要求，这项任务称为数据处理，数据处理的核心任务是算法设计。本课程设计是基于C++程序设计语言实现的。C++语言的主要特点表现在两个方面，一是全面兼容C，二是支持面向对象的方法。因此，C++既支持面向过程的程序设计，又支持面向对象的程序设计。C++语言最有意义的方面是支持面向对象的特征，基于对象的程序是以类和对象为基础的，程序的操作是围绕对象进行的。在此基础上利用了继承机制和多态性，就成为面向对象的程序设计。数据结构中的数据表示和数据处理问题都可以通过C++类中数据和对数据进行操作的函数来实现。2.2数据表示教学计划编制问题中，操作对象是课程。课程之间的依赖关系用AOV网表示，AOV网的构造采用邻接表实现。因此，本程序设计定义了两个类：课程类和邻接表类。课程类（Lesson）添加了5个私有成员变量用来定义课程的5个属性：课程代号、课程名称、课程序号、课程学分以及是否被选择过的课程标记。同时还定义了8个成员函数，已实现相关的操作功能。邻接表类（ALGraph）定义了2个整型成员变量和1个结构体数组来存放顶点数、边数和顶点表。同时还定义了4个成员函数实现用来实现AOV网的构造、删除、排序以及相关输出功能。2.3数据处理数据处理必须借助函数来实现。本程序设计通过调用类的各种成员函数实现各种需要彭聪《教学计划编制问题》第５页共34页５操作。课程类（Lesson）的成员函数如表2.1所示。表2.1Lesson类的成员函数函数名称功能声明voidSetLes()对课程各种属性进行赋值stringGetNum()获得课程代号stringGetName()获得课程名称floatGetLesScore()获得课程学分intGetLesNo()获得课程序号boolGetSelect()获得是否选择过的标志变量voidSetSelect()设置选择控制标志变量，以避免重复选课voidSetName()单独定义设置课程名称的函数，以方便一些操作邻接表类（ALGraph）的成员函数如表2.2所示。表2.2ALGraph类的成员函数函数名称功能声明ALGraph()构造函数~ALGraph()析构函数voidTopSort()实现AOV网中顶点的排序并进行相应的输出voidBalanScore()平衡每次输出的顶点的数目彭聪《教学计划编制问题》第６页共34页６3详细设计3.1课程类的定义课程类（Lesson）添加了5个私有成员变量：LesNum（课程代号）、LesName（课程名称）、LesScore（课程学分）、LesNo（课程序号）以及Select（是否被选择过的课程标记），分别用来定义课程的5个属性；同时还定义了8个成员函数：SetLes（对课程各种属性进行赋值）、GetNum（获得课程代号）、GetName（获得课程名称）、GetLesScore（获得课程学分）、GetLesNo（获得课程序号）、GetSelect（获得是否选择过的标志变量）、SetSelect（设置选择控制标志变量）和SetName（单独定义设置课程名称），用来实现相关的操作功能。计算机系一共有65门课程，其中相互之间存在依赖关系的课程有56门，另外9门为独立课程，不存在依赖关系。LessonB[65]定义课程类的对象数组，可以通过调用课程类的各种成员函数对65门课程的课程序号、课程代号、课程名称以及课程学分等等进行操作。3.2邻接表类的定义邻接表是一种顺序存储与链接存储相结合的存储方法。在邻接表中存在两种结点结构：顶点表结点和边表结点，如图3.1所示。顶点表结点边表结点图3.1邻接表表示的结点结构采用C++中的结构类型描述上述结点，用C++中的类实现基于邻接表存储结构下图的各种数据类型和操作功能。由于采用了C++的模板机制，邻接表中的数据元素可以是任意的。在本次课程设计中，邻接表中的数据元素初始化为课程类对象。3.3重要函数的实现adjlistnextIndegreevertexfirstedge彭聪《教学计划编制问题》第７页共34页７（1）邻接表构造函数ALGraph邻接表构造函数ALGraph(Ta[],intn,inte,intedge[][73])，初始化一个有n个顶点、e条边和73个依赖关系的AOV网。当定义一个邻接表类的对象时，调用该构造函数，通过实参与形参相结合，实现课程信息的存储，建立AOV网，实现课程及课程之间的关系。流程图如图3.2所示。图3.2邻接表ALGraph的构造函数（2）邻接表成员函数TopSort邻接表成员函数TopSort(TOutLes[10][100],TB[65])按批次扫描AOV网，每次扫描后都将得到的入度为0的顶点依次存入数组的每行，同时对存入顶点的后继顶点进行入度减1操作。不同批次扫描得到的顶点存在数组的不同列。在此函数中通过用户的输入，还实现了专业课选择操作，并且实现了相关的输出功能。初始化顶点表初始化边表，并在相应的边表中插入结点结束运行彭聪《教学计划编制问题》第８页共34页８邻接表成员函数TopSort流程图如图3.3所示。所有顶点是否处理完？将入度为0的顶点入栈是否为空？用数组OutLes保存每次入栈的入度为0的顶点；并进行相应的调整。将当前结点的后继结点减1输出课程名称对每个学期的课程量进行控制图3.3邻接表类成员函数TopSort否是否是运行结束彭聪《教学计划编制问题》第９页共34页９（3）邻接表类成员函数BalanScore邻接表类成员函数BalanScore(TOutLes[10][100],intcount,ints,floatscore,TB[65])主要通过设置学分变量对每个学期的课程量进行控制，以实现不同学期的课程数目大致相等。对于某个学期课程学分未达到最少修读学分的问题，主要通过插入独立课程补足学分解决，同时在插入的同时设置学分上限，以免超过学分修读范围。最后将课程信息按不同学期依次进行输出。彭聪《教学计划编制问题》第１０页共34页１０邻接表类成员函数BalanScore流程图如图3.4所示。运行学分是否21？显示可以进行选择的课程信息进行选择学分是否在21~29总学分29本次选择无效，重新选择输出课程信息结束否是否是是否图3.4邻接表类成员函数BalanScore彭聪《教学计划编制问题》第１１页共34页１１4运行环境与测试结果4.1运行环境在本课程设计中，系统开发平台为WindowsXP,程序运行环境为VisualC++6.0，程序设计语言为C++。VisualC++一般分为三个版本：学习版、专业版和企业版，不同版本适合于不同类型的应用开发。实验中可以使用这三个版本的任意一种，在本课程设计中，以VisualC++6.0为编程环境。VisualC++以拥有“语法高亮”，IntelliSense（自动编译功能）以及高级除错功能而著称。比如，它允许用户进行远程调试和单步执行等。还有允许用户在调试期间重新编译被修改的代码，而不必重新启动正在调试的程序。其编译及建置系统以预编译头文件、最小重建功能及累加链接著称。这些特征明显缩短程式编辑、编译及链接的时间花费，在大型软件计划上尤其显著。VisualC++6.0秉承VisualC++以前版本的优异特性，为用户提供了一套良好的开发环境，主要包括文本编辑器、资源编辑器、工程创建工具和Debugger调试器等等。用户可以在集成开发环境中创建工程，打开工程，建立、打开和编辑文本，编译、链接、运行和调试应用程序。4.2测试结果（1）对所有课程输出情况的测试在主函数运行初，先利用课程类定义了对象数组，通过对象数组调用了各种成员函数，实现对计算机系本科课程信息的总体输出。同时，使用制表符和设置宽度函数，调整输出结果，使查看更清楚。彭聪《教学计划编制问题》第１２页共34页１２计算机系本科课程信息部分输出如图4.1所示。图4.1部分本科课程输出（2)对利用学分均匀每学期课程量的测试输出数组OutLes[10][100]第一行元素保存的课程名称，即第一学期课程名称，独立课程暂时不计入内。如图4.2所示。图4.2排序输出及已选学分学分未达到修读要求，根据提示选择可选的独立课程补足学分。彭聪《教学计划编制问题》第１３页共34页１３具体情况如图4.2、4.3和4.4所示。图4.3提示输入选择课程的序号图4.4提示与选择当所选课程的学分已大于学分修读下限时，此时停止选择，输出第1个学期的课程信息。彭聪《教学计划编制问题》第１４页共34页１４第1个学期的课程信息输出情况如图4.4所示。图4.4第1个学期课程信息（3）对选择专业选修课的测试当排序输出过程中遇到专业选修课时，可以通过根据提示输入所选课来进行选择，如图4.5所示。图4.5选择专业选修课（4）对计算机系本科课程安排计划的输出测试通过对课程排序、保存、判断、选择和插入等一系列操作，最终解决计算机系本科课程的编制的问题，并输出结果。彭聪《教学计划编制问题》第１５页共34页１５前3个学期的课程安排计划输出如图4.6、4.7和4.8所示。图4.6第1个学期的课程安排计划图4.7第2个学期的课程安排计划图4.8第3个学期的课程安排计划彭聪《教学计划编制问题》第１６页共34页１６5结束语这次课程设计内容是计算机系本