Информационная система начальника жилищно-эксплуатационной службы
Информационная система начальника жилищно-эксплуатационной службы
47
КУРСОВОЙПРОЕКТ
по курсу «Структуры и организация данных в ЭВМ»
на тему
«Информационная система начальникажилищно-эксплуатационной службы»
Введение
Тема данного курсового проекта - «Информационная система начальника жилищно-эксплуатационной службы». При этом по заданию к курсовому проекту необходимо использовать структуру данных типа вектор и сортировку QuickSort.
Для разработки приложения была выбрана среда программирования Delphi.
1. Создавать законченные приложения для Windows самой различной направленности.
2. Быстро создавать профессионально выглядящий оконный интерфейс для любых приложений; интерфейс удовлетворяет всем требованиям Windows и автоматически настраивается на ту систему, которая установлена, поскольку использует функции, процедуры и библиотеки Windows.
3. Создавать свои динамически присоединяемые библиотеки компонентов, форм, функций, которые потом можно использовать из других языков программирования.
4. Создавать мощные системы работы с базами данных любых типов.
5. Формировать и печатать сложные отчеты, включающие таблицы, графики и т.п.
6. Создавать справочные системы, как для своих приложений, так и для любых других.
7. Создавать профессиональные программы установки для приложений Windows, учитывающие всю специфику и все требования операционной системы.
Delphi - быстро развивающаяся система. Первая версия Delphi была выпущена в феврале 1995 года, в 1996 году вышла вторая версия, 1997 - третья, 1998 - четвертая, 1999 - пятая, 2001 - шестая. Все версии, начиная с Delphi 2.0, рассчитаны на разработку 32-разрядных приложений, т.е. приложений для операционных систем Windows 95/98, NT и т.д. В 2002 году вышла седьмая версия, основным нововведением в которой были Интернет-технологии.
Проект данной курсовой работы представляет собой инструмент для управления информационной системой начальника жилищно-эксплуатационной службы.
1. Состав DELPHI-проекта
1.1 Состав проекта
Данный проект состоит из двух форм: InputForm и ReportForm:
На форме InputForm расположены следующие компоненты (см. рис1):
- компонент AddBtn - верхняя кнопка кнопка в правой части формы для добавления записей данных.
- компонент CopyBtn - кнопка для копирования записей данных.
- компонент DelBtn - кнопка для удаления записей данных.
- компонент SortBtn - кнопка для сортировки выделенного столбца в таблице данных.
- компонент FindBtn - кнопка для поиска определенного пользователем значения в столбце данных.
- компонент SaveBtn - кнопка для сохранения всех табличных данных на форме в текстовых файл.
- компонент LoadBtn - кнопка для загрузки всех табличных данных на форме из текстового файла.
- компонент SaveBtn - кнопка для сохранения всех табличных данных на форме в текстовых файл.
- компонент FBtn - кнопка для отображения формы ReportForm и формирования отчета Ф5.
- компонент BitBtn1 - кнопка для закрытия приложения.
- компонент MSpinEdit - поле ввода для задания количества этажей M.
- компонент KSpinEdit - поле ввода для задания количества подъездов К.
На форме также находятся компоненты Label1, Label2 для отображения подсказок для ввода информации и невизуальные компоненты OpenDialog1, SaveDialog1 для вызова стандартных окон открытия и сохранения файлов.
- компонент PageControl1 - содержит вкладки TabSheet 1-5 на которых отражены данные (соответственно «Квартиры», «СХЕМА», «ГК (Р)», «Жители члены семей ГК (А)», и «Атрибуты квартир (С)»).
Компоненты TabSheet 1-5 содержат в себе элементы таблиц StringGrid 1-5, которые связаны с векторами данных, соответственно «Kvart», «Scheme», «GK», «People», «FlatAtr»).
Рис. 1 - Главная форма программы
На форме ReportForm расположены следующие компоненты (см. рис 2):
- компоненты Panel1, Panel2 - панели на форме для разделения формы на отчет и панель кнопок.
- компонент OkBtn - кнопка для закрытия формы.
- компонент ListBox1 - список для отображения отчета.
Рис. 2 - форма для формирования отчета Ф5.
1.2Основные модули и процедуры, входящиев состав программного комплекса
Список модулей:
Программа содержит следующие модули:
Unit1 - модуль главной формы проекта.
Unit2 - модуль отчетной формы проекта.
MyTypes - модуль с описаниями классов данных.
Список основных процедур, входящих в состав программного комплекса:
- procedure LoadButtonClick - процедура загрузки данных из файла в векторы.
- procedure SaveButtonClick - процедура сохранения данных в файл.
- procedure FillStringGrid - процедура инициализации таблиц и заполнения их в соответствии с массивами.
- procedure PageControl1Change - процедура выбора необходимой страницы с данными и вызова перезаполнения соответствующей таблицы.
- procedure SGDblClick - процедура ввода / редактирования данных в текущей ячейки таблицы данных.
- procedure AddBtnClick - процедура добавления строки в текущую таблицу данных и вектор данных.
- procedure DelBtnClick - процедура для удаления записей данных.
- procedure SortBtnClick - процедура для сортировки выделенного столбца в таблице данных.
- procedure KSpinEditChange - процедура для изменения значения количества подъездов К в соответствии с полем ввода.
- procedure MSpinEditChange - процедура для изменения значения количества этажей M в соответствии с полем ввода.
- procedure CopyBtnClick - процедура ввода новой строки данных копированием текущей строки.
- procedure FindBtnClick - процедура для поиска определенного пользователем значения в столбце данных.
- procedure SortBtn - кнопка для сортировки выделенного столбца в таблице данных.
- procedure FButtonClick - процедура для отображения формы ReportForm и формирования отчета Ф5.
- procedure ReadVec - процедура чтения вектора данных из текстового файла.
- procedure WriteVec - процедура записи вектора данных из текстового файла.
2. Данные программы
В программе для хранения данных был спроектирован класс TVector в котором для хранения данных использовался вектор векторов FArr. Для хранения имен колонок использовался вектор FNames, описанный как array [1..100] of string. В программе были созданы 5 объектов класса TVector:
Kvart: TVector;
Scheme: TVector;
Gk: TVector;
People: TVector;
FlatAtr: TVector;
Имя массива
Тип
Размер в байтах
Kvart
TVector
100*100*16+10100+8=170108
Scheme
TVector
170108
Gk
TVector
170108
People
TVector
170108
FlatAtr
TVector
170108
Кроме того, в программе для временных нужд объявляются переменные:
KPod, M, i, j, k, x, типа integer (каждая по 4 байта);
FileNameT типа string (200 байт);
Ft типа TextFile (460 байт);
FSGVector - вектор ссылок типа TStringGrid (40 байт).
3. Логические структуры данных
Базовой структурой данного проекта является класс TVector в котором для хранения данных использовался вектор векторов FArr и организованы свойства и методы для доступа и обработки данных класса.
Объявление вектора FArr выглядит следующим образом:
FArr: array [1..100] of TVarMas, где TVarMas = array [1..MaxN] of Variant;
Вектор (array) - это линейная структура данных (список) с элементами одинакового размера в которой адрес элемента однозначно определяется его номером.
Для логического определения вектора ему необходимо происвоить имя, указать пару ограниченых значений индекса, а также указать тип элементов. Элементами векторов также могут являтся векторы.
Логическая схема структуры вектора векторов FArr:
0
1
2
…
100
1
2
3
…
100
Каждый элемент одного вектора занимает 16 байт памяти. Соответственно FArr будет занимать (100*100)*16=160000 байт.
Логическая схема структуры вектора имен FNames:
0
1
2
…
101
1
2
3
…
100
Каждый элемент вектора занимает 101 байт памяти. Соответственно вектор FNames будет занимать 100*101 =10100 байт.
4. Алгоритмы обработки основных структур
Основной операцией обработки структуры в данном программном обеспечении является сортировка QuickSort (по заданию на курсовое проектирование).
Быстрая сортировка (quicksort), часто называемая qsort по имени реализации в стандартной библиотеке языка Си - широко известный алгоритм сортировки, разработанный английским Информатиком Чарльзом Хоаром. Один из быстрых известных универсальных алгоритмов сортировки массивов (в среднем О (n log n) обменов при упорядочении n элементов), хотя и имеющий ряд недостатков.
Алгоритм
Быстрая сортировка использует стратегию «разделяй и властвуй». Шаги алгоритма таковы:
1. Выбираем в массиве некоторый элемент, который будем называть опорным элементом. С точки зрения корректности алгоритма выбор опорного элемента безразличен. С точки зрения повышения эффективности алгоритма выбираться должна медиана, но без дополнительных сведений о сортируемых данных её обычно невозможно получить. Известные стратегии: выбирать постоянно один и тот же элемент, например, средний или последний по положению; выбирать элемент со случайно выбранным индексом.
2. Операция разделения массива: реорганизуем массив таким образом, чтобы все элементы, меньшие или равные опорному элементу, оказались слева от него, а все элементы, большие опорного - справа от него. Обычный алгоритм операции:
1. Два индекса - l и r, приравниваются к минимальному и максимальному индексу разделяемого массива соответственно.
2. Вычисляется индекс опорного элемента m.
3. Индекс l последовательно увеличивается до m до тех пор, пока l-й элемент не превысит опорный.
4. Индекс r последовательно уменьшается до m до тех пор, пока r-й элемент не окажется меньше опорного.
5. Если r = l - найдена середина массива - операция разделения закончена, оба индекса указывают на опорный элемент.
6. Если l < r - найденную пару элементов нужно обменять местами и продолжить операцию разделения с тех значений l и r, которые были достигнуты. Следует учесть, что если какая-либо граница (l или r) дошла до опорного элемента, то при обмене значение m изменяется на r-й или l-й элемент соответственно.
3. Рекурсивно упорядочиваем подмассивы, лежащие слева и справа от опорного элемента.
4. Базой рекурсии являются наборы, состоящие из одного или двух элементов. Первый возвращается в исходном виде, во втором, при необходимости, сортировка сводится к перестановке двух элементов. Все такие отрезки уже упорядочены в процессе разделения.
Поскольку в каждой итерации (на каждом следующем уровне рекурсии) длина обрабатываемого отрезка массива уменьшается, по меньшей мере, на единицу, терминальная ветвь рекурсии будет достигнута всегда и обработка гарантированно завершится.
Этот алгоритм в применении к нашему вектору FArr реализован следующи методом класса TVector:
// Процедура сортировки вектора по индексу SortId с режимом xMode
// xMode = 1 - по возрастанию
// xMode = 2 - по убыванию
// xMode = 0-использовать текущий режим SortMode и затем поменять его
procedure TVector. Sort (xMode: integer = 0);
procedure QSort (l, r: Integer);
function Less (var x, y: Variant): boolean;
begin
if (X < Y) and (SortMode=1) // по возрастанию
then Less:=true
else Less:=false;
end;
var
i, j, x: integer;
y: TVarMas; //Variant;
begin
i:= l; j:= r; x:= (l+r) DIV 2;
repeat
while Less (FArr[i] [SortId], FArr[x] [SortId]) do i:= i + 1;
while Less (FArr[x] [SortId], FArr[j] [SortId]) do j:= j - 1;
if i <= j then
begin
y:= FArr[i];
FArr[i]:= FArr[j];
FArr[j]:= y;
i:= i + 1; j:= j - 1;
end;
until i > j;
if l < j then QSort (l, j);
if i < r then QSort (i, r);
end;
begin {QuickSort};
if xMode<>0
then SortMode:= xMode;
QSort (1, Size);
if xMode=0 then // Поменяем режим сортировки
begin
if SortMode = 1
then SortMode:=2 else SortMode:=1;
end;
end;
Оценка эффективности
QuickSort является существенно улучшенным вариантом алгоритма сортировки с помощью прямого обмена (его варианты известны как «Пузырьковая сортировка»), известного, в том числе, своей низкой эффективностью. Принципиальное отличие состоит в том, что в первую очередь меняются местами наиболее удалённые друг от друга элементы массива.
· Лучший случай. Для этого алгоритма самый лучший случай - если в каждой итерации каждый из подмассивов делился бы на два равных по величине массива. В результате количество сравнений, делаемых быстрой сортировкой, было бы равно значению рекурсивного выражения CN = 2CN/2+N. Это дало бы наименьшее время сортировки.
· Среднее. Даёт в среднем O (n log n) обменов при упорядочении n элементов. В реальности именно такая ситуация обычно имеет место при случайном порядке элементов и выборе опорного элемента из середины массива либо случайно.
· 2CN/2 покрывает расходы по сортировке двух полученных подмассивов; N - это стоимость обработки каждого элемента, используя один или другой указатель. Известно также, что примерное значение этого выражения равно CN = N lg N.
· Худший случай. Худшим случаем, очевидно, будет такой, при котором на каждом этапе массив будет разделяться на вырожденный подмассив из одного опорного элемента и на подмассив из всех остальных элементов. Такое может произойти, если в качестве опорного на каждом этапе будет выбран элемент либо наименьший, либо наибольший из всех обрабатываемых. Худший случай даёт O (n?) обменов, но количество обменов и, соответственно, время работы - это не самый большой его недостаток. Хуже то, что в таком случае глубина рекурсии при выполнении алгоритма достигнет n, что будет означать n-кратное сохранение адреса возврата и локальных переменных процедуры разделения массивов.
5. Руководство пользователя
Данное програмное обеспечение имеет интуитивно понятный интерфейс и использует все возможности среды Delphi.
Программа имеет пять вкладок. При первоначальном запуске активируется первая - вкладка «Квартиры» (см. рис. 3).
Рис. 3 - Вкладка таблицы квартир
На каждой вкладке с элементами таблицы можно выполнить операции добавления новой строки, удаление существующей, изменение значения ячеек, а также сортировки текущего столбца и поиска заданного значения в текущем столбце. Сортировка выполняется методом быстрой сортировки QuickSort. При выполнении сортировки вначале выполняется сортировка по возрастанию, при следующем нажатии кнопки «Сортировка» выполняется сортировка по убыванию и т.д.
На вкладке «Квартиры» можно изменить только колонки: «Номер квартиры», «Стоимость квартиры», «Признак приват.». Остальные колонки рассчитываются по таблицам «Атрибуты квартир (С)» и «СХЕМА» следующим образом:
Три первых колонки определяются исходя из данных таблицы «СХЕМА». Колонка «Жилая площадь» = сумма площадей всех комнат, взятых из таблицы С.
Колонка «Общая площадь» =атр. 4 + атрибуты 7-9 из таблицы С.
Одновременно после ввода / изменения номера квартиры выдается информационное сообщение (см. рис. 4)
Рис. 4 - Информационное сообщение
В случае попытки редактирования колонок №№2-5 выдается следующее сообщение (см. рис. 5).
Рис. 5 - Сообщение о невозможности редактирования ячейки
При переходе на вкладку «СХЕМА» отображается следующее окно (см. рис. 6)
Рис. 6 - Вкладка схемы квартир «СХЕМА»
Здесь также можно редактировать значения, удалять их и добавлять новые, сортировать и искать определенные значения.
Третья вкладка «ГК (Р)» содержит атрибуты таблицы главных квартиросъемщиков квартир (см. рис. 7).
Рис. 7 - Вкладка таблицы главных квартиросъемщиков ГК(Р)
В данной вкладке как и в прдедыдущих можно радактировать атрибуты, удалять их, добавлять новые, сортировать и искать определенные значения.
В четвертой вкладке находится таблица жителей квартир - членов семей главных квартиросъемщиков (А). (см. рис. 8)
Рис. 8 - Вкладка таблицы жителей квартир - членов семей главных квартиросъемщиков (А)
На пятой вкладке находится таблица (С) с атрибутами квартир (С). (см. рис. 9)
Рис. 9 - Вкладка таблицы (С) с атрибутами квартир
Из всех вкладок доступны кнопки «Сохранить в файл» и «Загрузить из файла» с помощью которых можно сохранить данные всех вкладок в текстовый файл *.dat и загрузить данные из файла.
Для формирования отчета формы Ф5 необходимо нажать на кнопку «Отчет Ф5», при этом открывается новое окно с отчетными данными (см. рис. 10). Закрыть окно можно нажав на кнопку «ОК».
Рис. 9 - Вкладка таблицы (С) с атрибутами квартир
Заключение
В процессе разработки данного курсового проекта были изучены и закреплены знания по физическим размещениям структур данных и методам их обработки (сортировки). В среде Delphi была разработана информационная система начальника жилищно-эксплуатационной службы. При создании программы не использовались компоненты баз данных данной среды Delphi.
Тестирование данного продукта показало полноту реализованных функций и отсутствие ошибок и недочётов в программе. Были изучены базовая структура данных типа вектор и метод быстрой сортировки QuickSort.
Литература
1
Структуры и организация данных в компьютере. Учебное пособие / Лакин В.И., Романов А.В. - Мн.: БНТУ, 2004 - 176 с.
2
Архангельский А.Я. Delphi 6. Справочное пособие. М.: ЗАО «Издательсво БИНОМ», 2001. 1024 с.
3
Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. СПб: Невский диалект, 2001. - 352 с.
4
Ананий В. Левитин Глава 4. Метод декомпозиции: Быстрая сортировка // Алгоритмы: введение в разработку и анализ = Introduction to The Design and Analysis of Algorithms. - М.: «Вильямс», 2006. - С. 174-179.
5
Кнут Д.Э. Искусство программирования, том 1. Основные алгоритмы. М.: Издательский дом «Вильямс», 2002. 720 с.
6
Кнут Д.Э. Искусство программирования, том 3. Сортировка и поиск. М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. 832 с.