【摘要】：算法是計(jì)算機(jī)學(xué)科中的重要基礎(chǔ)和核心專業(yè)知識。然而算法的學(xué)習(xí)過程中涉及到大量抽象和復(fù)雜的概念,學(xué)生極易感到枯燥,失去學(xué)習(xí)興趣。采用算法演示系統(tǒng)可加深學(xué)生對算法知識的理解,提高教學(xué)質(zhì)量。目前,國內(nèi)外已有一些算法演示系統(tǒng)應(yīng)用在教學(xué)活動中,并取得了較好的效果。但這些算法主要是二維平面展示,且普遍存在著運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,操作繁瑣,交互方式差,運(yùn)行界面不友好等問題。為改善上述情況,論文基于WebGL技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個三維的算法演示系統(tǒng)。WebGL是一種3D繪圖標(biāo)準(zhǔn),通過WebGL技術(shù),前端web開發(fā)工程師可以輕松的在瀏覽器里創(chuàng)建和展示復(fù)雜的3D場景和模型。該系統(tǒng)共分為算法演示和自定義代碼編輯兩大模塊。算法演示模塊能夠在瀏覽器中利用3D模型對算法執(zhí)行過程進(jìn)行詳細(xì)的演示,而且用戶可以對算法的參數(shù)和算法的執(zhí)行步驟進(jìn)行手動控制。目前算法演示模塊已經(jīng)完成了對10種常見算法的可視化。自定義代碼編輯模塊為用戶提供了自定義代碼編輯器,用戶可以根據(jù)自己的理解使用編輯器對更多的算法進(jìn)行可視化實(shí)現(xiàn)。這對于系統(tǒng)內(nèi)容豐富化的推進(jìn)具有極大的推動作用。因此基于WebGL的三維算法演示系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用具有極其廣闊的前景。論文著重介紹了相關(guān)技術(shù)、系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵問題的解決和系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測試等內(nèi)容。在相關(guān)技術(shù)中,詳細(xì)介紹了開發(fā)過程中所使用的技術(shù)。在系統(tǒng)需求分析階段,從功能性需求和非功能性需求兩個方面對系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析明確了系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)階段,提出了組件化和模塊化的設(shè)計(jì)原則,確定了系統(tǒng)的總體功能框架,并通過系統(tǒng)功能架構(gòu)圖進(jìn)行全面展示。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段,首先介紹了系統(tǒng)中一些關(guān)鍵問題的解決方案,其次利用時序圖對各個算法進(jìn)行詳細(xì)的分析,同時提取出各個算法中相同的功能邏輯模塊,設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)函數(shù)。這大大提高了代碼的重復(fù)利用率和系統(tǒng)開發(fā)的速度。其中包括冒泡排序、插入排序、選擇排序、快速排序、歸并排序、希爾排序、折半查找、二叉樹-堆、圖的深度遍歷和廣度遍歷、單鏈表的增刪改查共10種算法。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和測試階段,通過關(guān)鍵代碼和界面截圖對系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行展示。并按照系統(tǒng)的功能測試用例對系統(tǒng)各個模塊和算法進(jìn)行全面的測試,根據(jù)出現(xiàn)的問題進(jìn)行修改和完善。論文對基于WebGL的三維算法演示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)的描述和展示。最后對已完成的工作進(jìn)行了總結(jié),并對系統(tǒng)以后的完善方向提出了展望。
[Abstract]:Algorithm is an important foundation and core professional knowledge in computer science. However, the learning process involves a large number of abstract and complex concepts, students can easily feel boring and lose interest in learning. Using the algorithm demonstration system can deepen the students' understanding of the algorithm knowledge and improve the teaching quality. At present, some algorithms demonstration systems have been used in teaching activities at home and abroad, and good results have been obtained. But these algorithms are mainly two-dimensional plane display, and there are many problems such as complex running environment, complicated operation, poor interaction mode, unfriendly running interface and so on. In order to improve the above situation, this paper designs and implements a 3D algorithm demonstration system. WebGL is a 3D drawing standard based on WebGL technology. Front-end web development engineers can easily create and display complex 3D scenes and models in browsers. The system is divided into two modules: algorithm demonstration and custom code editing. The algorithm demonstration module can use 3D model in the browser to demonstrate the algorithm execution process in detail, and the user can manually control the parameters of the algorithm and the execution steps of the algorithm. At present, the algorithm demonstration module has completed the visualization of 10 common algorithms. The custom code editing module provides the custom code editor for the user. The user can use the editor to visualize more algorithms according to his own understanding. This is a great push to enrich the content of the system. Therefore, the development and application of 3D algorithm demonstration system based on WebGL has a very broad prospect. This paper mainly introduces the related technology, the requirement analysis of the system, the overall design of the system, the solution of the key problems, the detailed design of the system, the realization and test of the system, and so on. In the related technology, the technology used in the development process is introduced in detail. In the phase of system requirement analysis, the requirements of the system are analyzed in detail from the two aspects of functional requirements and non-functional requirements. In the stage of the overall design of the system, the design principles of componentization and modularization are put forward, the overall functional framework of the system is determined, and the system function architecture diagram is presented. In the detailed design phase, the solution of some key problems in the system is first introduced, and then each algorithm is analyzed in detail by using sequence diagram, and the same functional logic module is extracted from each algorithm. Design the corresponding realization function. This greatly improves the code reuse rate and system development speed. It includes bubble sort, insert sort, selection sort, quick sort, merge sort, Hill sort, half search, binary tree-heap, depth traversal and breadth traversal of graphs, and the addition and deletion of single chain table. In the phase of system implementation and testing, the realization of system function is demonstrated by key code and interface screenshots. According to the system function test cases, the system modules and algorithms are tested comprehensively and modified and improved according to the existing problems. In this paper, the design and implementation of 3D algorithm demonstration system based on WebGL are described and demonstrated in detail. Finally, the finished work is summarized and the future improvement direction of the system is prospected.
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP311.52

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本文編號：2195176