实验六 分页内存管理算法模拟
实验七分页内存管理算法模拟
姓名：黄中圣
学号：20140288
班级：14级计科三班
一、实验目的
1、熟悉基本分页存储管理。
2、建立描述分页内存管理中的页目录表、页表结构。
3、实现进行虚拟内存到物理内存的映射算法。
二、实验理论基础及教材对应关系
1、操作系统中内存管理。
2、基本分页内存、分段内存管理。
3、页目录表、页表的作用，以及虚拟地址到物理地址的映射关系。
三、实验内容与步骤
题目：分页存储管理的设计与实现。
某系统采用了两级页表机制，可使页表所占用内存尽量少，分页地址变换机构如下图所示：
分页地址变换机构
页目录表共1024项，每个页表1024项，每页的大小是4K个字节。地址转换时，先由分段部件生成线性地址，再由上面所述的分页部件，根据线性地址中的页目录索引在页目录表中找相应的项，该项值为所需页表在内存的块号，找到该页表后，然后按第21－12位的页表索引找到所需页的物理内存起始地址，把它与12位偏移直接相加得到32位的物理地址。
设系统有如表1中所示的10个段，已知：1－8段从内存的200000H处开始由低地址到高地址连续存放，映射到3G＋4M开始的线性地址空间；9段（缓冲区）放在400000H开始的内存，映射的线性地址同物理地址；显存从B8000H 开始，映射到3G开始的线性地址空间。
表1
（1）、请设计并填写页目录表和页表（需说明每张表的内存地址）内存的物理地址200000H(=0010 0000 0000 [0000 0000 0000])映射到的线性地址为3G＋4M(=[1100 0000 01] [00 0000 0000] [0000 0000 0000])，
内存的物理地址400000H(= 0100 0000 0000 [0000 0000 0000])映射到的线性地址为400000H(=[0000 0000 01] [00 0000 0000] [0000 0000 0000])，
内存的物理地址B8000H(=1011 1000 [0000 0000 0000])映射到的线性地址为3G(=[1100 0000 00] [00 0000 0000] [0000 0000 0000])，
页目录表#0索引为0000 0000 01，该项值为所需页表在内存的块号，找到该页表后，00 0000 0000为页表索引，该值找到所需页的物理内存起始地址，又12位偏移值为0000 0000 0000，所以物理内存起始地址为：400000H 页目录表#1索引为1100 0000 00，该项值为所需页表在内存的块号，找到该页表后，00 0000 0000为页表索引，该值找到所需页的物理内存起始地址，又12位偏移值为0000 0000 0000，所以物理内存起始地址为：B8000H
页目录表#1索引为1100 0000 01，该项值为所需页表在内存的块号，找到该页表后，00 0000 0000为页表索引，该值找到所需页的物理内存起始地址，又12位偏移值为0000 0000 0000，所以物理内存起始地址为：200000H 所以设置页目录表1张，内存地址为....，
页表3张内存起始地址分别为0000 0000 01，1100 0000 00，1100 0000 01 （2）、线性地址为：C0401010H、C0404010H、C0414010H，则物理地址是多少，所在段的段名是什么？（需写出计算的详细步骤）
C0401010=(1100 0000 01)(00 0000 0001) (0000 0001 0000)物理地址为：
0010 0000 0001 (0000 0001 0000)=201010H在第2段
C0404010=(1100 0000 01)(00 0000 0100) (0000 0100 0000)物理地址为：
0010 0000 0100 (0000 0100 0000)=204040H在第5段
C0414010=(1100 0000 01)(00 0001 0100) (0000 0001 0000)物理地址为：
0010 0001 0100 (0000 0001 0000)=214010H在第6段
实验步骤：
1、定义页目录表、页表的数据结构，以及必要的数据。
#define Page_Size 4096 // 页面大小
#define Pages 26 // 本题定义的总的页面个数
#define FirstLinearAddr 0xC0000000+0x400000// 线性地址3G + 4M
#define SecondLinearAddr 0x400000 // 线性地址0x400000
#define ThirdLinearAddr 0xC0000000// 线性地址3G
#define IDT 0
#define TSS 1
#define GDT 2
#define PDT 3 // 页目录表的下标
#define PT1 4 // 第1 个页表的下标
#define PT2 5 // 第2 个页表的下标
#define PT3 6 // 第3 个页表的下标
#define PT4 7 // 第4 个页表的下标
// ......省略其它页表
#define CODE 20
#define STACK 21
#define DATA 22
#define BUFFER 23
#define DISPLAYMEM 24
2、初始化页目录表、页表中的数据
p = (unsigned int *)PysicalMemAddr[PDT]; // p 指向页目录表
p[FirstLinearAddr>>22] = (unsigned int)PysicalMemAddr[PT1];// 将第1 个页表的地址填入页目录表中
p = (unsigned int *)PysicalMemAddr[PT1]; // p 指向第1 个页表
p[(FirstLinearAddr+4096*IDT)>>12 & 0x3FF] = (unsigned int)PysicalMemAddr[IDT];// 将IDT 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*TSS)>>12 & 0x3FF] = (unsigned int)PysicalMemAddr[TSS];// 将TSS 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*GDT)>>12 & 0x3FF] = (unsigned int)PysicalMemAddr[GDT];// 将GDT 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*PDT)>>12 & 0x3FF] = (unsigned int)PysicalMemAddr[PDT];// 将PDT 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*PT1)>>12 & 0x3FF] = (unsigned int)PysicalMemAddr[PT1];// 将PT1 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*PT2)>>12 & 0x3FF] = (unsigned int)PysicalMemAddr[PT2];// 将PT2 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*PT3)>>12 & 0x3FF] = (unsigned int)PysicalMemAddr[PT3];// 将PT3 页的起始地址填入页表
p[(FirstLinearAddr+4096*PT4)>>12 & 0x3FF] = (unsigned int)PysicalMemAddr[PT4];// 将PT4 页的起始地址填入页表
3、虚拟地址到物理地址的变换
linear = 0xC0401010;
p = (unsigned int *)PysicalMemAddr[PDT]; // p 指向页目录表
pTable = (unsigned int *)p[linear>>22]; // pTable指向页表
pChar = (char *)pTable[linear>>12 & 0x3FF]; // pChar指向物理内存printf("Linear: 0x%X is in %s\n",linear,pChar);
自行变换线性地址：C0404010H、C0414010H
四、实验材料的提交与成绩评定
本实验的实验报告一份（电子版一份，格式参考学校实验报告）
算法分析——实验一
算法分析实验报告 实验一分治策略排序 实验目的 1）以排序问题为例，掌握分治法的基本设计策略； 2）熟练掌握合并排序算法的实现； 3）熟练掌握快速排序算法的实现； 4) 理解常见的算法经验分析方法。 实验环境 计算机、C语言程序设计环境、VC++6.0 实验步骤 算法的基本描述： 1、合并排序的基本思想描述：首先将序列分为两部分，分到每组只有两个元 素，然后对每一部分进行循环递归地合并排序，然后逐个将结果进行合并。 2、快速排序的基本思想描述：将要排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，最后达到排序效果。 要求：编写一个函数data-generate，生成2000个在区间[1,10000]上的随机整数，并将这些数输出到外部文件data.txt中。这些数作为本算法实验的输入数据。 程序流程图：
合并排序原理图 快速排序流程图1.生成2000个随机整数的程序：#include
{ FILE *fpt; fpt = fopen("D://data.txt","w"); srand(time(0)); for(int i=0;i<2000;i++) fprintf(fpt,"%3d\t",rand()%10000+1); return 0; fclose(fpt); } 并生成data.txt文件。 2.读取data.txt文件，并排序。实现合并排序算法输入：待排数据文件data.txt； 输出：有序数据文件resultsMS.txt 合并排序算法： #include
操作系统课程设计--连续动态分区内存管理模拟实现
（操作系统课程设计） 连续动态分区内存 管理模拟实现
目录 《操作系统》课程设计 (1) 引言 (3) 课程设计目的和内容 (3) 需求分析 (3) 概要设计 (3) 开发环境 (4) 系统分析设计 (4) 有关了解内存管理的相关理论 (4) 内存管理概念 (4) 内存管理的必要性 (4) 内存的物理组织 (4) 什么是虚拟内存 (5) 连续动态分区内存管理方式 (5) 单一连续分配（单个分区) (5) 固定分区存储管理 (5) 可变分区存储管理（动态分区） (5) 可重定位分区存储管理 (5) 问题描述和分析 (6) 程序流程图 (6) 数据结构体分析 (8) 主要程序代码分析 (9) 分析并实现四种内存分配算法 (11) 最先适应算 (11) 下次适应分配算法 (13) 最优适应算法 (16)
最坏适应算法......................................................... (18) 回收内存算法 (20) 调试与操作说明 (22) 初始界面 (22) 模拟内存分配 (23) 已分配分区说明表面 (24) 空闲区说明表界面 (24) 回收内存界面 (25) 重新申请内存界面..........................................................26. 总结与体会 (28) 参考文献 (28) 引言 操作系统是最重要的系统软件，同时也是最活跃的学科之一。我们通过操作系统可以理解计算机系统的资源如何组织，操作系统如何有效地管理这些系统资源，用户如何通过操作系统与计算机系统打交道。 存储器是计算机系统的重要组成部分，近年来，存储器容量虽然一直在不断扩大，但仍不能满足现代软件发展的需要，因此，存储器仍然是一种宝贵而又紧俏的资源。如何对它加以有效的管理，不仅直接影响到存储器的利用率，而且还对系统性能有重大影响。而动态分区分配属于连续分配的一种方式，它至今仍在内存分配方式中占有一席之地。 课程设计目的和内容： 理解内存管理的相关理论，掌握连续动态分区内存管理的理论；通过对实际问题的编程实现，获得实际应用和编程能力。
算法设计与分析实验报告贪心算法
算法设计与分析实验报告 贪心算法 班级：2013156 学号：201315614 姓名：张春阳哈夫曼编码 代码 #include printf("\n"); for(i=0;i 实验七存储管理---------常用页面置换算法模拟实验 实验目的 通过模拟实现请求页式存储管理的几种基本页面置换算法，了解虚拟存储技术的特点，掌握虚拟存储请求页式存储管理中几种基本页面置换算法的基本思想和实现过程，并比较它们的效率。 实验内容 设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法计算访问命中率。 1、最佳淘汰算法（OPT） 2、先进先出的算法（FIFO） 3、最近最久未使用算法（LRU） 4、最不经常使用算法（LFU） 5、最近未使用算法（NUR） 命中率＝１－页面失效次数／页地址流长度 实验准备 本实验的程序设计基本上按照实验内容进行。即首先用srand( )和rand( )函数定义和产生指令序列，然后将指令序列变换成相应的页地址流，并针对不同的算法计算出相应的命中率。（1）通过随机数产生一个指令序列，共320条指令。指令的地址按下述原则生成： A：50%的指令是顺序执行的 B：25%的指令是均匀分布在前地址部分 C：25%的指令是均匀分布在后地址部分 具体的实施方法是： A：在[0，319]的指令地址之间随机选取一起点m B：顺序执行一条指令，即执行地址为m+1的指令 C：在前地址[0,m+1]中随机选取一条指令并执行，该指令的地址为m’ D：顺序执行一条指令，其地址为m’+1 E：在后地址[m’+2，319]中随机选取一条指令并执行 F：重复步骤A-E，直到320次指令 （2）将指令序列变换为页地址流 设：页面大小为1K； 用户内存容量4页到32页； 用户虚存容量为32K。 在用户虚存中，按每K存放10条指令排列虚存地址，即320条指令在虚存中的存放方式为：第0 条-第9 条指令为第0页（对应虚存地址为[0，9]） 第10条-第19条指令为第1页（对应虚存地址为[10，19]） ……………………………… 第310条-第319条指令为第31页（对应虚存地址为[310，319]） 按以上方式，用户指令可组成32页。 实验指导 一、虚拟存储系统 UNIX中，为了提高内存利用率，提供了内外存进程对换机制；内存空间的分配和回收均以 兰州交通大学 《算法设计与分析》 实验报告3 题目03-动态规划 专业计算机科学与技术 班级计算机科学与技术2016-02班学号201610333 姓名石博洋 第3章动态规划 1. 实验题目与环境 1.1实验题目及要求 (1) 用代码实现矩阵连乘问题。 给定n个矩阵{A1,A2,…,A n}，其中A i与A i+1是可乘的，i=1,2,…,n-1。考察这n 个矩阵的连乘积A1A2…A n。由于矩阵乘法满足结合律，故计算矩阵的连乘积可以有许多不同的计算次序，这种计算次序可以用加括号的方式来确定。若一个矩阵连乘积的计算次序完全确定，则可以依此次序反复调用2个矩阵相乘的标准算法（有改进的方法，这里不考虑）计算出矩阵连乘积。 确定一个计算顺序，使得需要的乘的次数最少。 (2) 用代码实现最长公共子序列问题。 一个给定序列的子序列是在该序列中删去若干元素后得到的序列。确切地说，若给定序列X= < x1, x2,…, xm>，则另一序列Z= < z1, z2,…, zk>是X的子序列是指存在一个严格递增的下标序列< i1, i2,…, ik>，使得对于所有j=1,2,…,k有Xij=Zj 。例如，序列Z=是序列X=的子序列，相应的递增下标序列为<2,3,5,7>。给定两个序列X和Y，当另一序列Z既是X的子序列又是Y的子序列时，称Z是序列X和Y的公共子序列。例如，若X= < A, B, C, B, D, A, B>和Y= < B, D, C, A, B, A>，则序列是X和Y的一个公共子序列，序列也是X和Y的一个公共子序列。而且，后者是X和Y的一个最长公共子序列，因为X和Y没有长度大于4的公共子序列。 (3) 0-1背包问题。 现有n种物品，对1<=i<=n，已知第i种物品的重量为正整数W i，价值为正整数V i，背包能承受的最大载重量为正整数W，现要求找出这n种物品的一个子集，使得子集中物品的总重量不超过W且总价值尽量大。（注意：这里对每种物品或者全取或者一点都不取，不允许只取一部分） 使用动态规划使得装入背包的物品价值之和最大。 1.2实验环境： CPU：Intel(R) Core(TM) i3-2120 3.3GHZ 内存：12GB 操作系统：Windows 7.1 X64 编译环境：Mircosoft Visual C++ 6 2. 问题分析 (1) 分析。 《算法设计与分析》实验报告 分治策略 姓名：XXX 专业班级：XXX 学号：XXX 指导教师：XXX 完成日期：XXX 一、试验名称：分治策略 （1）写出源程序，并编译运行 （2）详细记录程序调试及运行结果 二、实验目的 (1)了解分治策略算法思想 (2)掌握快速排序、归并排序算法 (3)了解其他分治问题典型算法 三、实验内容 (1)编写一个简单的程序，实现归并排序。 (2)编写一段程序，实现快速排序。 (3)编写程序实现循环赛日程表。设有n=2k个运动员要进行网球循环赛。现 要设计一个满足以下要求的比赛日程表：（1）每个选手必须与其它n-1个选手各赛一次（2）每个选手一天只能赛一场（3）循环赛进行n-1天 四、算法思想分析 (1)编写一个简单的程序，实现归并排序。 将待排序元素分成大小大致相同的2个子集合，分别对2个子集合进行 排序，最终将排好序的子集合合并成为所要求的排好序的集合。 (2)编写一段程序，实现快速排序。 通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有 数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数 据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据 变成有序序列。 (3)编写程序实现循环日赛表。 按分治策略，将所有的选手分为两组，n个选手的比赛日程表就可以通 过为n/2个选手设计的比赛日程表来决定。递归地用对选手进行分割， 直到只剩下2个选手时，比赛日程表的制定就变得很简单。这时只要让 这2个选手进行比赛就可以了。 五、算法源代码及用户程序 (1)编写一个简单的程序，实现归并排序。 #include 实验七分页内存管理算法模拟 姓名：黄中圣 学号：20140288 班级：14级计科三班 一、实验目的 1、熟悉基本分页存储管理。 2、建立描述分页内存管理中的页目录表、页表结构。 3、实现进行虚拟内存到物理内存的映射算法。 二、实验理论基础及教材对应关系 1、操作系统中内存管理。 2、基本分页内存、分段内存管理。 3、页目录表、页表的作用，以及虚拟地址到物理地址的映射关系。 三、实验内容与步骤 题目：分页存储管理的设计与实现。 某系统采用了两级页表机制，可使页表所占用内存尽量少，分页地址变换机构如下图所示： 分页地址变换机构 页目录表共1024项，每个页表1024项，每页的大小是4K个字节。地址转换时，先由分段部件生成线性地址，再由上面所述的分页部件，根据线性地址中的页目录索引在页目录表中找相应的项，该项值为所需页表在内存的块号，找到该页表后，然后按第21－12位的页表索引找到所需页的物理内存起始地址，把它与12位偏移直接相加得到32位的物理地址。 设系统有如表1中所示的10个段，已知：1－8段从内存的200000H处开始由低地址到高地址连续存放，映射到3G＋4M开始的线性地址空间；9段（缓冲区）放在400000H开始的内存，映射的线性地址同物理地址；显存从B8000H 开始，映射到3G开始的线性地址空间。 表1 （1）、请设计并填写页目录表和页表（需说明每张表的内存地址）内存的物理地址200000H(=0010 0000 0000 [0000 0000 0000])映射到的线性地址为3G＋4M(=[1100 0000 01] [00 0000 0000] [0000 0000 0000])， 内存的物理地址400000H(= 0100 0000 0000 [0000 0000 0000])映射到的线性地址为400000H(=[0000 0000 01] [00 0000 0000] [0000 0000 0000])， 内存的物理地址B8000H(=1011 1000 [0000 0000 0000])映射到的线性地址为3G(=[1100 0000 00] [00 0000 0000] [0000 0000 0000])， 页目录表#0索引为0000 0000 01，该项值为所需页表在内存的块号，找到该页表后，00 0000 0000为页表索引，该值找到所需页的物理内存起始地址，又12位偏移值为0000 0000 0000，所以物理内存起始地址为：400000H 页目录表#1索引为1100 0000 00，该项值为所需页表在内存的块号，找到该页表后，00 0000 0000为页表索引，该值找到所需页的物理内存起始地址，又12位偏移值为0000 0000 0000，所以物理内存起始地址为：B8000H 页目录表#1索引为1100 0000 01，该项值为所需页表在内存的块号，找到该页表后，00 0000 0000为页表索引，该值找到所需页的物理内存起始地址，又12位偏移值为0000 0000 0000，所以物理内存起始地址为：200000H 所以设置页目录表1张，内存地址为....， 页表3张内存起始地址分别为0000 0000 01，1100 0000 00，1100 0000 01 （2）、线性地址为：C0401010H、C0404010H、C0414010H，则物理地址是多少，所在段的段名是什么？（需写出计算的详细步骤） C0401010=(1100 0000 01)(00 0000 0001) (0000 0001 0000)物理地址为： 0010 0000 0001 (0000 0001 0000)=201010H在第2段 C0404010=(1100 0000 01)(00 0000 0100) (0000 0100 0000)物理地址为： 0010 0000 0100 (0000 0100 0000)=204040H在第5段 C0414010=(1100 0000 01)(00 0001 0100) (0000 0001 0000)物理地址为： 0010 0001 0100 (0000 0001 0000)=214010H在第6段 实验步骤： 1、定义页目录表、页表的数据结构，以及必要的数据。 #define Page_Size 4096 // 页面大小 信息工程学院实验报告 课程名称：操作系统Array实验项目名称：请求页式存储管理中常用页面置换算法模拟实验时间： 班级姓名：学号： 一、实验目的: 1.了解内存分页管理策略 2.掌握调页策略 3.掌握一般常用的调度算法 4.学会各种存储分配算法的实现方法。 5.了解页面大小和内存实际容量对命中率的影响。 二、实验环境: PC机、windows2000 操作系统、VC++ 三、实验要求： 本实验要求4学时完成。 1.采用页式分配存储方案，通过分别计算不同算法的命中率来比较算法的优劣，同时也考虑页面大 小及内存实际容量对命中率的影响； 2.实现OPT 算法 (最优置换算法) 、LRU 算法 (Least Recently) 、 FIFO 算法 (First IN First Out)的模拟； 3.会使用某种编程语言。 实验前应复习实验中所涉及的理论知识和算法，针对实验要求完成基本代码编写、实验中认真调试所编代码并进行必要的测试、记录并分析实验结果。实验后认真书写符合规范格式的实验报告，按时上交。 四、实验内容和步骤： 1.编写程序，实现请求页式存储管理中常用页面置换算法LRU算法的模拟。要求屏幕显示LRU算法 的性能分析表、缺页中断次数以及缺页率。 2.在上机环境中输入程序，调试，编译。 3.设计输入数据，写出程序的执行结果。 4.根据具体实验要求，填写好实验报告。 五、实验结果及分析： 实验结果截图如下： 利用一个特殊的栈来保存当前使用的各个页面的页面号。当进程访问某页面时，便将该页面的页面号从栈中移出，将它压入栈顶。因此，栈顶始终是最新被访问页面的编号，栈底是最近最久未被使用的页面号。当访问第5个数据“5”时发生了缺页，此时1是最近最久未被访问的页，应将它置换出去。同理可得，调入队列为：1 2 3 4 5 6 7 1 3 2 0 5，缺页次数为12次，缺页率为80%。 六、实验心得： 本次实验实现了对请求页式存储管理中常用页面置换算法LRU算法的模拟。通过实验，我对内存分页管理策略有了更多的了解。 最近最久未使用（LRU）置换算法的替换规则：是根据页面调入内存后的使用情况来进行决策的。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间，当需淘汰一个页面的时候选择现有页面中其时间值最大的进行淘汰。 最佳置换算法的替换规则：其所选择的被淘汰页面，将是以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。 先进先出(FIFO)页面置换算法的替换规则：该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。该算法实现简单只需把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总是指向最老的页面。 三种替换算法的命中率由高到底排列OPT>LRU>FIFO。 本次的程序是在网上查找的相关代码然后自己进行修改，先自己仔细地研读了这段代码，在这过程中我对C++代码编写有了更深的了解。总之，本次实验使我明白要学会把课堂上的理论应用到实际操作中。我需要在今后熟练掌握课堂上的理论基础，只有坚实的基础，才能在实际操作中更得心应手。 附录： #include "" #include <> const int DataMax=100; const int BlockNum = 10; 模拟退火算法 模拟退火算法来源于固体退火原理，将固体加温至充分高，再让其徐徐冷却，加温时，固体内部粒子随温升变为无序状，内能增大，而徐徐冷却时粒子渐趋有序，在每个温度都达到平衡态，最后在常温时达到基态，内能减为最小。根据Metropolis准则，粒子在温度T时趋于平衡的概率为e-ΔE/(kT)，其中E为温度T时的内能，ΔE为其改变量，k为Boltzmann常数。用固体退火模拟组合优化问题，将内能E模拟为目标函数值f，温度T演化成控制参数t，即得到解组合优化问题的模拟退火算法：由初始解i和控制参数初值t开始，对当前解重复“产生新解→计算目标函数差→接受或舍弃”的迭代，并逐步衰减t值，算法终止时的当前解即为所得近似最优解，这是基于蒙特卡罗迭代求解法的一种启发式随机搜索过程。退火过程由冷却进度表(Cooling Schedule)控制，包括控制参数的初值t及其衰减因子Δt、每个t值时的迭代次数L和停止条件S。 模拟退火算法的模型 模拟退火算法可以分解为解空间、目标函数和初始解三部分。 模拟退火的基本思想: (1)初始化：初始温度T(充分大)，初始解状态S(是算法迭代的起 点)，每个T值的迭代次数L (2) 对k=1，……，L做第(3)至第6步： (3) 产生新解S′ (4) 计算增量Δt′=C(S′)-C(S)，其中C(S)为评价函数 (5) 若Δt′<0则接受S′作为新的当前解，否则以概率exp(-Δt′/T) 接受S′作为新的当前解. (6) 如果满足终止条件则输出当前解作为最优解，结束程序。终止条件通常取为连续若干个新解都没有被接受时终止算法。 (7) T逐渐减少，且T->0，然后转第2步。 算法对应动态演示图： 模拟退火算法新解的产生和接受可分为如下四个步骤： 第一步是由一个产生函数从当前解产生一个位于解空间的新解；为便于后续的计算和接受，减少算法耗时，通常选择由当前新解经过简单地变换即可产生新解的方法，如对构成新解的全部或部分元素进行置换、互换等，注意到产生新解的变换方法决定了当前新解的邻域结构，因而对冷却进度表的选取有一定的影响。 第二步是计算与新解所对应的目标函数差。因为目标函数差仅由变换部分产生，所以目标函数差的计算最好按增量计算。事实表明，对大多数应用而言，这是计算目标函数差的最快方法。 第三步是判断新解是否被接受,判断的依据是一个接受准则，最常用的接受准则是Metropo1is准则: 若Δt′<0则接受S′作为新的当前解S，否则以概率exp(-Δt′/T)接受S′作为新的当前解S。 第四步是当新解被确定接受时，用新解代替当前解，这只需将当前解中对应于产生新解时的变换部分予以实现，同时修正目标函数值即可。此时，当前解实现了一次迭代。可在此基础上开始下一轮试验。而当新解被判定为舍弃时，则 学生实验报告书 实验课程名称算法设计与分析开课学院计算机科学与技术学院 指导教师姓名李晓红 学生姓名 学生专业班级软件工程zy1302班2015-- 2016学年第一学期 实验课程名称：算法设计与分析 同组者实验日期2015年10月20日第一部分：实验分析与设计 一．实验内容描述（问题域描述） 1、利用分治法，写一个快速排序的递归算法，并利用任何一种语言，在计算机上实现，同时 进行时间复杂性分析； 2、要求用递归的方法实现。 二.实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确定，试验步骤等，用硬件逻辑或者算法描述） 本次的解法使用的是“三向切分的快速排序”，它是快速排序的一种优化版本。不仅利用了分治法和递归实现，而且对于存在大量重复元素的数组，它的效率比快速排序基本版高得多。 它从左到右遍历数组一次，维护一个指针lt使得a[lo..lt-1]中的元素都小于v，一个指针gt 使得a[gt+1..hi]中的元素都大于v，一个指针i使得a[lt..i-1]中的元素都等于v，a[i..gt]中的元素都还未确定，如下图所示： public class Quick3way { public static void sort(Comparable[] a, int lo, int hi) { if (lo >= hi) return; int lt = lo, i = lo + 1, gt = hi; Comparable pivot = a[lo]; 第二部分：实验调试与结果分析 一、调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等） 1、调试方法描述： 对程序入口进行断点，随着程序的运行，一步一步的调试，得到运行轨迹； 2、实验数据： "R", "B", "W", "W", "R", "W", "B", "R", "R", "W", "B", "R"； 3、实验现象： 4、实验过程中发现的问题： （1）边界问题： 在设计快速排序的代码时要非常小心，因为其中包含非常关键的边界问题，例如： 什么时候跳出while循环，递归什么时候结束，是对指针的左半部分还是右半部分 排序等等； （2）程序的调试跳转： 在调试过程中要时刻记住程序是对那一部分进行排序，当完成了这部分的排序后， 会跳到哪里又去对另外的那一部分进行排序，这些都是要了然于心的，这样才能准 确的定位程序。 二、实验结果分析（包括结果描述、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等） 1、实验结果： 《算法分析与设计》实验指导书 《算法分析与设计》课程是计算机专业的一门必修课程。开设算法分析与设计实验，目的就是为了使学生消化理论知识，加深对讲授内容的理解，尤其是一些算法的实现及其应用，培养学生独立编程和调试程序的能力，使学生对算法的分析与设计有更深刻的认识。 《算法分析与设计》课程实验的目的：是为了使学生在课程学习的同时，通过实验环境中的实际操作，对部分算法的具体应用有一个初步的了解，使学生加深了解和更好地掌握《算法分析与设计》课程教学大纲要求的内容。 《算法分析与设计》课程实验的注意事项：在《算法分析与设计》的课程实验过程中，要求学生做到： (1)预习实验指导书有关部分，认真做好实验内容的准备，就实验可能出 现的情况提前作出思考和分析。 (2)认真书写实验报告。实验报告包括实验目的和要求，实验情况及其分 析。 (3)遵守机房纪律，服从辅导教师指挥，爱护实验设备。 (4)实验课程不迟到。如有事不能出席，所缺实验一般不补。 《算法分析与设计》课程实验的验收：实验的验收将分为两个部分。第一部分是上机操作，包括检查程序运行和即时提问。第二部分是提交电子的实验报告。 实验一算法实现一 一、实验目的与要求 熟悉C/C++语言的集成开发环境； 通过本实验加深对分治法、贪心算法的理解。 二、实验内容: 掌握分治法、贪心算法的概念和基本思想，并结合具体的问题学习如何用相应策略进行求解的方法。 三、实验题 1. 【伪造硬币问题】给你一个装有n个硬币的袋子。n个硬币中有一个是伪造的。你的 任务是找出这个伪造的硬币。为了帮助你完成这一任务，将提供一台可用来比较两组硬币重量的仪器，利用这台仪器，可以知道两组硬币的重量是否相同。试用分治法的思想写出解决问题的算法，并计算其时间复杂度。 2.【找零钱问题】一个小孩买了价值为33美分的糖，并将1美元的钱交给售货员。售 货员希望用数目最少的硬币找给小孩。假设提供了数目有限的面值为25美分、10美分、5美分、及1美分的硬币。给出一种找零钱的贪心算法。 a)实验步骤 理解算法思想和问题要求； 编程实现题目要求； 上机输入和调试自己所编的程序； 验证分析实验结果； 整理出实验报告。 四、实验程序 五、实验结果 六、实验分析 实验七请求页式存储管理中常用页面置换算法模拟实验七请求页式存储管理中常用页面置换算法模拟实验学时:4 实验类型:设计 实验要求:必修 一、实验目的 (1)了解内存分页管理策略 (2)掌握调页策略 (3)掌握一般常用的调度算法 (4)学会各种存储分配算法的实现方法。 (5)了解页面大小和内存实际容量对命中率的影响。 二、实验内容 (1)采用页式分配存储方案，通过分别计算不同算法的命中率来比较算法的优劣，同时也考虑页面大小及内存实际容量对命中率的影响; (2)实现OPT 算法 (最优置换算法) 、LRU 算法 (Least Recently) 、 FIFO 算法 (First IN First Out)的模拟; (3)会使用某种编程语言。 三、实验原理 分页存储管理将一个进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的片，称为页面或页。 在进程运行过程中，若其所要访问的页面不在内存而需把它们调入内存，但内存已无空闲空间时，为了保证该进程能正常运行，系统必须从内存中调出一页程序或数据，送磁盘的对换区中。但应将哪个页面调出，须根据一定的算法来确定。 通常，把选择换出页面的算法称为页面置换算法(Page_Replacement Algorithms)。 一个好的页面置换算法，应具有较低的页面更换频率。从理论上讲，应将那些以后不再会访问的页面换出，或将那些在较长时间内不会再访问的页面调出。 1、最佳置换算法OPT(Optimal) 它是由Belady于1966年提出的一种理论上的算法。其所选择的被淘汰页面，将是以后永不使用的或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。采用最佳置换算法，通常可保证获得最低的缺页率。但由于人目前还无法预知一个进程在内存的若干个页面中，哪一个页面是未来最长时间内不再被访问的，因而该算法是无法实现的，便可以利用此算法来评价其它算法。 2、先进先出(FIFO)页面置换算法 这是最早出现的置换算法。该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。该算法实现简单只需把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指针，使它总是指向最老的页面。 3、最近最久未使用置换算法 (1)LRU(Least Recently Used)置换算法的描述 FIFO置换算法性能之所以较差，是因为它所依据的条件是各个页面调入内存的时间，而页面调入的先后并不能反映页面的使用情况。最近最久未使用(LRU)置换算法，是根据页面调入内存后的使用情况进行决策的。由于无法预测各页面将来的使用情况，只能利用“最近的过去”作为“最近的将来”的近似，因此，LRU置换算法是选择最近最久未使用的页面予以淘汰。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间t,，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其t值最大的，即最近最久未使用的页面予以淘汰。 (2)LRU置换算法的硬件支持 本科实验报告 课程名称：算法设计与分析 实验项目：递归与分治算法 实验地点：计算机系实验楼110 专业班级：物联网1601 学号：2016002105 学生：俞梦真 指导教师：郝晓丽 2018年05月04 日 实验一递归与分治算法 1.1 实验目的与要求 1．进一步熟悉C/C++语言的集成开发环境； 2．通过本实验加深对递归与分治策略的理解和运用。 1.2 实验课时 2学时 1.3 实验原理 分治（Divide-and-Conquer）的思想：一个规模为n的复杂问题的求解，可以划分成若干个规模小于n的子问题，再将子问题的解合并成原问题的解。 需要注意的是，分治法使用递归的思想。划分后的每一个子问题与原问题的性质相同，可用相同的求解方法。最后，当子问题规模足够小时，可以直接求解，然后逆求原问题的解。 1.4 实验题目 1．上机题目：格雷码构造问题 Gray码是一个长度为2n的序列。序列无相同元素，每个元素都是长度为n的串，相邻元素恰好只有一位不同。试设计一个算法对任意n构造相应的Gray码（分治、减治、变治皆可）。 对于给定的正整数n，格雷码为满足如下条件的一个编码序列。 （1）序列由2n个编码组成，每个编码都是长度为n的二进制位串。 （2）序列中无相同的编码。 （3）序列中位置相邻的两个编码恰有一位不同。 2．设计思想： 根据格雷码的性质，找到他的规律，可发现，1位是0 1。两位是00 01 11 10。三位是000 001 011 010 110 111 101 100。n位是前n-1位的2倍个。N-1个位前面加0，N-2为倒转再前面再加1。 3．代码设计： 实验五动态规划实验 一、实验目的 1.掌握动态规划算法的基本思想。 二、实验内容 1、参考教材描述，使用动态规划算法求解多段图的最短路径问题。#include int *cost=new int[n]; int min_cost; for(i=0;i 分治策略 姓名：XXX 专业班级：XXX 学号：XXX 指导教师：XXX 完成日期：XXX 一、试验名称：分治策略 （1）写出源程序，并编译运行 （2）详细记录程序调试及运行结果 二、实验目的 (1)了解分治策略算法思想 (2)掌握快速排序、归并排序算法 (3)了解其他分治问题典型算法 三、实验内容 (1)编写一个简单的程序，实现归并排序。 (2)编写一段程序，实现快速排序。 (3)编写程序实现循环赛日程表。设有n=2k个运动员要进行网球循环赛。现 要设计一个满足以下要求的比赛日程表：（1）每个选手必须与其它n-1个选手各赛一次（2）每个选手一天只能赛一场（3）循环赛进行n-1天 四、算法思想分析 (1)编写一个简单的程序，实现归并排序。 将待排序元素分成大小大致相同的2个子集合，分别对2个子集合进行 排序，最终将排好序的子集合合并成为所要求的排好序的集合。 (2)编写一段程序，实现快速排序。 通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有 数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数 据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据 变成有序序列。 (3)编写程序实现循环日赛表。 按分治策略，将所有的选手分为两组，n个选手的比赛日程表就可以通 过为n/2个选手设计的比赛日程表来决定。递归地用对选手进行分割， 直到只剩下2个选手时，比赛日程表的制定就变得很简单。这时只要让 这2个选手进行比赛就可以了。 五、算法源代码及用户程序 (1)编写一个简单的程序，实现归并排序。 #include 项目一 Linux环境下几种内存调度算法模拟 1.设计原理 在进程运行过程中，若其访问的页面不在内存而需要将其调入，但内存已无空闲空间时，需要从内存中调出(淘汰)一页程序或数据，送入磁盘的对换区。 用来选择淘汰哪一页的算法叫做置换算法，也称为淘汰算法。淘汰算法是否适合某一序列直接影响系统的性能。一个好的置换算法应具有较低的页面置换频率，置换时应将以后不再会访问，或是在较长时间内不再访问的页面淘汰。 （1）先进先出算法（FIFO算法）基本思想 先进先出算法选择在内存中驻留时间最长的页面予以淘汰，即先进入内存的页面先淘汰。 其优点是算法实现简单，只须把一个进程已调入内存的页面，按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，使该指针总是指向最先进入内存的页面。 缺点是算法与进程的实际运行规律不相适应，因为进程中的某些页面经常被访问，但先进先出置换算法不能保证这些页面不被淘汰。 （2）最近最久未使用算法（LRU算法）基本思想 最近最久未使用算法选择未被访问的页中时间最长的页予以淘汰。 该算法思想中，如果某个页面被访问，则它可能马上还要被访问，即某页面长时间未被访问，则页面在最近一段时间也不会被访问，所以选择未被访问页中时间最长的予以淘汰能降低页面置换频率。 该算法的优点是性能较好，降低置换频率。缺点是实现复杂，需要硬件辅助，增加系统负担。 （3）最近未使用淘汰算法（NUR算法）基本思想 最近未使用淘汰算法淘汰第1个最近未被访问的页（淘汰页表中第一个访问位为0的页） （4）最不经常使用页面淘汰算法（LFU算法）基本思想 最不经常使用页面淘汰算法，淘汰那些到当前时间为止访问次数最少的页。页表中增加一个访问记数器。 （5）最佳置换算法（OPT算法）基本思想 当要调入一新页而必须淘汰一旧页时，最佳置换算法是所淘汰的页是以后不再使用的，或者是以后相当长的时间内不会使用的。 该算法的优点是保证获得最低的缺页率。 该算法的缺点是无法预知一个进程在内存的若干个页面，哪个在未来最长时间内不再被访问。 （6）页面淘汰算法优劣的衡量标准 操作系统采用请求分页方式管理内存时，可以使用缺页中断率衡量页面淘汰算法的优劣，缺页中断率f’，f’＝f／a （a是总的页面访问次数，f是缺页中断次数）。 对于一个给定内存页面数和给定的进程页面访问序列，如果某算法的缺页中断率最小，则该算法对于该页面访问序列而言是最好的。（7）Belady异常现象 缺页中断率还与系统设定的内存页面数有关系，通常情况下，内存页面数越大，缺页中断也越小。但在采用FIFO算法时，有时会出现当内存页面数越大，缺页次数不减少反而增加的现象，称之为Belady异常现象。 （8）抖动 导致系统效率急剧下降的主存与辅存之间的频繁的页面置换现象称为抖动。产生抖动的原因是系统使用的淘汰算法不合理，导致刚被淘汰的页面马上又要被访问的一种频繁的页面置换状态。抖动将造成系统效率下降，在选择页面置换算法时既要考虑尽可能少的缺页率和算法的简单性，同时还要尽量避免抖动的发生。 2.设计步骤和方法 算法设计与分析实验报告 实验名称统计数字问题评分 实验日期年月日指导教师 姓名专业班级学号 一.实验要求 1、掌握算法的计算复杂性概念。 2、掌握算法渐近复杂性的数学表述。 3、掌握用C++语言描述算法的方法。 4．实现具体的编程与上机实验，验证算法的时间复杂性函数。 二.实验内容 统计数字问题 1、问题描述 一本书的页码从自然数1 开始顺序编码直到自然数n。书的页码按照通常的习惯编排，每个页码都不含多余的前导数字0。例如，第6 页用数字6 表示，而不是06 或006 等。数字计数问题要求对给定书的总页码n，计算出书的全部页码中分别用到多少次数字0，1，2， (9) 2、编程任务 给定表示书的总页码的10 进制整数n (1≤n≤109) 。编程计算书的全部页码中分别用到多少次数字0，1，2， (9) 三.程序算法 将页码数除以10，得到一个整数商和余数，商就代表页码数减余数外有多少个1—9作为个位数，余数代表有1—余数本身这么多个数作为剩余的个位数，此外，商还代表1—商本身这些数出现了10次，余数还代表剩余的没有计算的商的大小的数的个数。把这些结果统计起来即可。 四.程序代码 #include int zero=1; for(int i=0;i<=l;i++) //去除前缀0 { s[0]-=zero; zero*=10; } } if(n<10) { for(int i=0;i<=n;i++) { s[i]+=1; } return; }//位数为1位时,出现次数加1 //位数大于1时的出现次数 for(int t=1;t<=l;t++)//计算规律f(n)=n*10^(n-1) { m=1;int i; for(i=1;i存储管理---------常用页面置换算法模拟实验
算法分析_实验报告3
算法分析实验报告--分治策略
实验六 分页内存管理算法模拟
请求页式存储管理中常用页面置换算法模拟
模拟退火算法算法的简介及程序
武汉理工大学算法分析实验报告
算法分析与设计实验指导书
实验七请求页式存储管理中常用页面置换算法模拟
算法设计与分析实验报告
算法分析与设计实验六
算法分析实验报告--分治策略
项目一 内存调度算法模拟
算法设计与分析实验报告 统计数字问题