過(guò)程控制軟件技術(shù)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：二叉樹的建立和遍歷姓名：戚風(fēng)亮學(xué)號(hào)：1008180230指導(dǎo)教師：任登鳳1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，掌握過(guò)程控制軟件的基礎(chǔ)理論知識(shí)，本實(shí)驗(yàn)具體表現(xiàn)為二叉樹的建立和遍歷，為以后計(jì)算機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。提高邏輯思維方式，培養(yǎng)應(yīng)用可視化編程工具開發(fā)計(jì)算機(jī)軟件的能力。2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本文主要介紹二叉樹的建立和遍歷。所使用的編程軟件為matlab2010版本，主要使用其中的GUI功能，完成可視化界面操作。從更直接的角度感受二叉樹的建立和遍歷。二叉樹的建立和遍歷包含兩個(gè)方面：建立和遍歷。其中建立包括輸入二叉樹的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的元素，以及二叉樹每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的隨機(jī)存儲(chǔ)地址。與此同時(shí)，更重要的是創(chuàng)建兩個(gè)指針域：左指針域L和右指針域R，在本次實(shí)驗(yàn)中，采用產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方式生成隨機(jī)存儲(chǔ)地址，采用兩個(gè)數(shù)組代表兩個(gè)指針域。二叉樹的遍歷采用遞歸函數(shù)的方式，本實(shí)驗(yàn)中采用三個(gè)函數(shù)Front,Middle,Behind分別實(shí)現(xiàn)前序、中序以及后序的功能。（1）界面的設(shè)計(jì)：軟件的設(shè)計(jì)界面見圖1。圖1軟件的總體界面界面中主要包括以下幾個(gè)部分：a.深度m的輸入框：此輸入框在輸入某個(gè)數(shù)值后將決定二叉樹的深度，值得注意的是：本次實(shí)驗(yàn)中的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為4層，即最大為4層。當(dāng)輸入數(shù)值大于4時(shí)，將提示出錯(cuò)（見圖2），并要求重新輸入。圖2.出錯(cuò)消息提醒框同時(shí)，當(dāng)輸入層數(shù)小于4時(shí)，軟件將自動(dòng)消去最后的那幾層結(jié)點(diǎn)。（見圖3）圖3.軟件自動(dòng)按要求生成二叉樹層數(shù)b.二叉樹結(jié)點(diǎn)元素輸入框：二叉樹結(jié)點(diǎn)元素輸入框用于輸入每個(gè)結(jié)點(diǎn)的元素值，同時(shí)按照二叉樹的規(guī)則，每一個(gè)根結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)至少兩個(gè)子結(jié)點(diǎn)，即如果根結(jié)點(diǎn)的值為空（沒有值），則它的子結(jié)點(diǎn)輸入框不得輸入，即其enabled屬性為false（背景色為灰色，見圖3）。當(dāng)根結(jié)點(diǎn)輸入值后，子結(jié)點(diǎn)輸入框即可輸入（見圖4）。與此同時(shí)，由于matlab的GUI中，沒有向VB中的line控件，所以必須用代碼加以實(shí)現(xiàn)，在matlab中，函數(shù)annotation可以用來(lái)畫箭頭，具體如下：arr(1,1)=annotation(gcf,'arrow',[0.50.35],[0.80.75]);其中，后面的兩組數(shù)據(jù)為坐標(biāo)值，arr(1,1)表示第一排的第一個(gè)箭頭，在matlab中的每個(gè)圖象都對(duì)應(yīng)一個(gè)句柄值，這樣，所有箭頭都對(duì)應(yīng)各自的句柄值，進(jìn)而形成一個(gè)所有箭頭的數(shù)組，便于管理每一個(gè)圖像。圖4.根結(jié)點(diǎn)輸入后子結(jié)點(diǎn)方可輸入c.控制按鈕：生成二叉樹生成二叉樹的主要功能是，將沒有輸入值的結(jié)點(diǎn)以及箭頭隱藏，同時(shí)為每一個(gè)結(jié)點(diǎn)分配隨機(jī)的存儲(chǔ)地址（見圖5），進(jìn)而形成左右指針域。圖5.最終形成的二叉樹如圖5所示，在每個(gè)結(jié)點(diǎn)的左邊有一個(gè)數(shù)字，即代表該結(jié)點(diǎn)在內(nèi)存中的隨機(jī)地址。該數(shù)字由matlab內(nèi)部函數(shù)randperm產(chǎn)生。如：data=randperm(5)即產(chǎn)生1——5的5個(gè)隨機(jī)數(shù)（各不相同），并賦值給數(shù)組data。本次實(shí)驗(yàn)中，最關(guān)鍵的是左右指針域的建立，即左右數(shù)組的建立。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，創(chuàng)建函數(shù)[L,R,VV]=point。其中L表示左指針域，R代表右指針域，VV代表值域。至此，二叉樹已完全建立。d.重置按鈕：將界面設(shè)置為初始狀態(tài)e.退出按鈕：退出系統(tǒng)f.前序按鈕：生成二叉樹的前序遍歷。（中序按鈕、后序按鈕依次類推）3.軟件總體結(jié)構(gòu)、程序流程圖軟件總體結(jié)構(gòu)：（1）軟件界面總體上有三個(gè)部分：輸入界面二叉樹總體結(jié)構(gòu)控制界面二叉樹最終形成結(jié)果界面二叉樹遍歷顯示（2）軟件程序總體上有以下幾個(gè)方面：a.名為gouzao的函數(shù)：該函數(shù)輸入?yún)?shù)為輸入框的坐標(biāo)（x,y），返回該輸入框的特點(diǎn)。即只有該輸入框存在值時(shí)，它對(duì)應(yīng)的子結(jié)點(diǎn)輸入框方可輸入。這里所謂的存在值的相反面是“非空”，而并非“空字符串”。b.名為point的函數(shù)：該函數(shù)沒有輸入?yún)?shù)，但可以返回左指針域、右指針域以及值域。其調(diào)用格式為[L,R,VV]=point。c.名為Front、Middle、Behind的函數(shù)：這三個(gè)函數(shù)分別返回前序遍歷、中序遍歷、后序遍歷的結(jié)果。d.名為Erchashu的函數(shù)：該函數(shù)為matlab的GUI中系統(tǒng)自動(dòng)生成的m文件格式的函數(shù)。它是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，整合了以上的所有函數(shù)。程序流程圖：圖6.程序流程圖4.實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決方法本次實(shí)驗(yàn)中主要有以下兩個(gè)：（1）在設(shè)置每個(gè)結(jié)點(diǎn)的回調(diào)函數(shù)時(shí)，應(yīng)首先判斷根結(jié)點(diǎn)是否為控制，所謂控制并非“‘’”，即無(wú)法用string=“”判斷，而是利用empty判斷。這樣防止根結(jié)點(diǎn)在輸入后又刪除之后產(chǎn)生的不符合規(guī)定的結(jié)果。（2）遞歸函數(shù)的建立：在matlab中，函數(shù)的參數(shù)值無(wú)法實(shí)現(xiàn)按地址傳遞，只能按值傳遞，這就意味著遞歸函數(shù)不能像VB中那樣地建立。為此，在每一次回調(diào)函數(shù)時(shí)，必須先將必要的參數(shù)寄存在一個(gè)變量中，本實(shí)驗(yàn)中利用句柄的“userdata”屬性，將值儲(chǔ)存在變量中，在利用時(shí)，再將變量值取出。本實(shí)驗(yàn)中使用了寫文件方式，將數(shù)據(jù)先寫入外部文件中