摘 要

数据结构是计算机及相关专业的一门重要专业基础课程。不论是计算机专业的学生还是从事计算机科学的技术人员，为了深入学习计算机专业的软硬件课程，都必须学好这门课程。然而，数据结构中的链、表、栈、树、图以及相关的典型算法对于初学者而言是非常抽象而难懂的。最难学的原因在于指针的操作、储存方式过于抽象；当学生面对抽象概念在生活经验中缺乏可供模拟的例子，当学生面对抽象概念而无法在心中产生具体的影像时，则容易在学习过程中遭遇困难。因此本文借助多媒体技术对经典的算法有更直观、形象描绘的特点，设计与实现一款数据结构原理展示系统。

本系统实现八种不同排序算法，即：快速排序、冒泡排序、堆排序、直接插入排序、希尔排序、直接选择排序、归并排序、基数排序的排序演示。

本文分需求分析、系统设计、系统实现和系统测试陈述了系统的设计与实现。

本文结合多媒体技术，依据数据结构的特点，利用文字、声音、图像、动画 等形式描绘数据结构的算法，设计数据结构多媒体演示系统。以期能给广大初学者带来一点帮助，以提高数据结构的学习兴趣。

关键词：多媒体；数据结构；演示系统；java

Abstract

The data structure is an important professional basic course in computer and related professional. Regardless of the computer professional students in computer science and technical personnel, to study professional computer soft hardware course thoroughly, must learn this course. However, data structure of the chain, list, stack, tree, diagrams and typical algorithms for beginners is very abstract and difficult to understand. Is the most difficult to learn the reason lies in the fact that the pointer operation, storage is too abstract; when students face abstract concepts in life experience lack for simulation example, when students in the face of abstract concepts and not in the hearts of the specific image, easy to learn Learning difficulties encountered in the process, so the use of multimedia technology to the classic algorithm has a more intuitive, image description of the characteristics of the design and implementation of a data structure principle display system.

The system to achieve the sort demonstration for the eight different sorting algorithms, namely: quick sort, bubble sort, heap sort, direct insertion sort, Hill sort, direct selection sort, merge sort, radix sort.

The design and implementation of the system be stated, to divide into the requirements analysis, system design, system implementation and system test.

Combining with multimedia technology, according to the characteristics of the data structure, the use of text, sound, image, animation and so on form depicted data structure algorithm, data structure design of multimedia presentation system. A little helps be given for the majority of beginners, to improve the learning interest of the data structure.

Key words：Multimedia; data structure; demonstration system; Java

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题来源、研究目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究的现状 1

1.2.2 国内研究的现状 2

1.3 主要内容 2

第2章 需求分析 3

2.1设计系统的目的 3

2.2系统功能需求 3

2.3系统技术要求 4

2.4系统可行性分析 4

2.4.1技术可行性 4

2.4.2应用可行性 4

第3章 系统设计 5

3.1总体设计 5

3.1.1优化分析模型 5

3.1.2系统体系结构设计 6

3.1.3用户界面设计 6

3.2用例设计 7

3.2.1识别参与者 7

3.2.2识别用例 8

3.2.3构建用例图 8

3.2.4 细化用例图 8

3.3类设计 9

第4章 系统实现 11

4.1系统类实现 11

4.1.1确定类 11

4.1.2确定属性 11

4.1.3继承分析 12

4.1.4构建系统包图 12

4.2系统状态实现 13

4.2.1确定状态 13

4.2.2构建事件跟踪图 13

4.2.3构建状态图 15

4.3系统交互实现 15

4.3.1构建顺序模型 15

4.3.2构建活动模型 17

4.4 系统服务实现 18

4.4.1服务分析 18

4.4.2系统最终类图 18

第5章系统测试 20

5.1测试环境 20

5.2用户界面测试 20

5.3测试方法 20

5.4测试的数据 21

5.5测试中遇到的困难 21

5.6测试结果 21

5.7系统使用说明 21

第6章 小结 24

致 谢 26

第1章 绪论

课题来源、研究目的和意义

因为信息技术的不断发展和现在信息社会的不断形成，大众接触信息的成都越来越大，计算机教育也使顺应社会的发展进入全新的阶段[1,4,5].在越来越多的学校开始使用多媒体教学而且CAI作为一种新颖的教学手段已经影响的各类学院的大多数学科，所以开发多媒体教学课件成为我国教育信息化的一种有效的手段。

现今，多媒体系统的应用更以极强的渗透力已进入生活的各个领域。多媒体正是融合人机交互式信息交流和传播媒体。它具有以下优点：

（1）多样性的信息载体

（2）交互式多媒体：学生可以与信息多媒体进行交互，更好的满足学生要求。

（3）信息的集成性：计算机能够综合处理多种信息媒体，包括信息媒体的集成和处理这些媒体的设备的集成；

（4）媒体的数字化：媒体以数字形式存在；

（5）信息的实时性：声音、动态图像随时间变化。

综上，多媒体展示系统成为了取代以往单一的教学模式的新形式。数据结构是计算机存储、组织数据的方式，简单来说，数据结构是一门研究非数值计算的程序设计问题中计算机的操作对象以及它们之间的关系和操作等的学科。

互联网多媒体的快速发展，多媒体展示系统被应用到教学过程中。可以根据不同的学科特征、不同的内容，利用多媒体手段创造情景，划不可见为可见、化无形为有形、化静为动等特点，最大程度地调动学生的积极性激发学生的学习兴趣。作为一种新型的教学辅助形式，和传统的教学相比有着不可比拟的优势。它使得教学课堂更加直观生动，更加突出重点，能够取得传统教学辅助手段达不到的效果。鉴于多媒体展示系统较之传统教学的优势显著，决定开发数据结构课程实验演示的多媒体演示系统。

国内外研究现状

国外研究的现状

国外很多高等院校广泛应用网络教育平台进行教学，其中包括开放大学(the open university)、琼斯网上大学、学习空间(learning space)、欧洲进度学校(eu-ro pace)、等网络教育平台^[2][3][11]，纵观以上网络教育平台，主要有以下特点：

自主的教学方式。学生们能够从多媒体资源中获取重要信息，不需要规定时间，不需要规定的课程，同学们能够根据自己的情况需要惊醒独立自主的学习。能够通过引擎搜锁找到自己想要学习的知识，并且自己解决问题。

“点对点”式教学。同学们能够通过网上聊天或者邮件与老师进行通信交流，从而得到学习上面的帮助和指导。这种就弥补了传统教学中很难实现的点对点教学。学

“广播”式教学。这种教学就是在学习课程中通过发布进行学习的方式。我们可以通过网络资源进行学习和理解，比较适合进行远程学习的人。

国外网络教育平台存在的不足：

1. 网上答疑的系统还不是特别的完善，还需要长期的开发。
2. 容易忽视教育功能本身，容易让不法商家有利可图，进行虚假欺骗。

国内研究的现状

对于大多数学校来说，还是把使用多媒体教学发在一个起步阶段^[12][13][14]。因为许多的个别原因，还是很少的学生会一直接触这种教学，还没有真正将多媒体教学作为教学工具。还有就是CAI课件很少被使用。数据结构课程是一门计算机专业学生必修的专业技术基础课，是计算机设计程序的重要理论基础。“数据结构”从1968年才在国外设立成一门独立的课程。它是介于数学、计算机硬件和计算机软件三者之间的一门核心课程。数据结构这一门课的内容不仅是一般程序设计（特别是非数值性程序设计）的基础，而且是设计和实现编译程序、操作系统、数据库系统及其他系统程序的重要基础^[7]。

主要内容

第1章绪论，这部分主要讲述的是课题的研究背景、目的和意义，国内外研究现状以及各章的内容简介。

第2章系统概述主要包括项目概述、需求分析概述、系统环境设计。

第3章总体系统的陈述，包括系统的范围及用例分析

第4章详细的设计，包括构建类模型、状态模型、交互模型、定义服务等

第5章系统的功能实现、设计及步骤：包括系统设计、系统测试以及系统使用及说明，并配合以图文，使论文直观，易懂。

第6章总结与展望，对本次系统的设计与实现进行总结，同时对后期的研究进行了展望。

最后是参考文献和致谢。

第2章 需求分析

2.1设计系统的目的

多媒体技术的迅速发展，无疑让现代展示设计有了一个渐进的、更为丰富的内涵。在展示设计中，能够在展示空间中充当场景、模拟实物、把版面文字、展品、灯光、音乐协调成为一个整体关系，这样提高了信息传递的效率，也易于观赏者所接受。而网络平台无疑增加了这个展示空间。

数据结构原理演示系统主要是针对学生对于数据结构原理的不直观理解而导致的原理不清而制作的而最难理解的部分就是排序，所以我选用了排序的部分进行示例分析。排序在人们的日常生活和学习、科研、生产等各个方面有着重要的应用。因此掌握常用的排序算法是很必要的。此次毕业设计拟开发一个排序算法动画演示系统，以提高对排序算法的掌握程度。

本系统实现八种不同排序算法即：快速排序、冒泡排序、堆排序、直接插入排序、希尔排序、直接选择排序、归并排序、基数排序的排序演示。用户可以选择排序算法以演示输入数据在该排序算法下的排序过程。

2.2系统功能需求

图2.1 系统功能图

本系统主要实现三个功能：输入数据功能，排序演示功能，显示代码功能。该系统的功能结构图如图2.1所示。

1. 输入数据

用户手动输入想要排序的测试数据。