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1 Algoritmi e Strutture Dati II Tipo di dato astratto e Strutture dati elementari.

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Presentazione sul tema: "1 Algoritmi e Strutture Dati II Tipo di dato astratto e Strutture dati elementari."— Transcript della presentazione:

1 1 Algoritmi e Strutture Dati II Tipo di dato astratto e Strutture dati elementari

2 2 Argomenti della lezione r Tipi di dato astratto r Strutture dati elementari r Liste o Implementazione di liste in Java r Stack r Code r Esempi di applicazione

3 3 Tipo di dato astratto r Tipo di dato astratto o ADT (Abstract Data Type): insieme di oggetti e insieme di operazioni definite su di esso r Es.: lista con operazioni di inserimento e cancellazione r Attenzione: lADT specifica cosa fa ogni operazione, non come r In Java: o Rappresentazione con interfaccia o Implementazione con classe

4 4 Vettori r Memorizzazione di elementi omogenei in locazioni continue Array unidimensionali: int[] num; String[] str; Creazione: num = new int[5]; str = new String[6]; Lunghezza: num.length str.length Accesso al singolo elemento: a[0] = 100; str[1] = str[2]; Array bidimensionali: int[][] mat = new int[4][3]; for(int i = 0; i<4; i++){ mat[i][0] = i; mat[i][1] = i+1; mat[i][2] = i+2; }

5 5 Tipo di dato Lista r Insieme di elementi tra i quali è definito un ordinamento totale. r Numerose varianti r Ammette (almeno) le operazioni seguenti: cons(elem): inserisce elem in testa alla lista cdr(): elimina l elemento in testa alla lista car(): restituisce l elemento in testa alla lista senza eliminarlo r Nelle implementazioni (es. Java) sono spesso presenti altre operazioni m cons(elem, i), remove(i), get(i)

6 6 Implementazione delle liste r Array m Si usa un array in memoria r Strutture collegate m Ogni elemento contiene un riferimento al successivo

7 7 Implementazione con array r Occorre conoscere la dimensione max della lista r Può portare a spreco di memoria r Costo delle principali operazioni: cons : O(n) (caso peggiore: elemento in prima posizione) cdr : O(n), (caso peggiore: primo elemento) car : O(1) Inserimento in pos. 2 A0A0 A1A1 A2A2 A N-3 A N-2 A N-1 Elemento non usato

8 8 Implementazione con strutture collegate r Efficienza cons, remove : O(i) (bisogna trovare la posizione dellelemento da inserire/rimuovere). O(1) per inserimenti/cancellazioni in prima posizione get : O(i) (posizione dellelemento cercato) A 0 A 1 A i A N Inserimento in pos. 1

9 9 Altri tipi di lista r Lista doppia: consente una scansione in entrambe le direzioni r Lista circolare: consente di rappresentare strutture in cui lordinamento è mod N A 0 A 1 A i A N A 0 A 1 A i A N

10 10 Liste in Java r Questi ADT sono rappresentati e implementati da interfacce e classi del package java.util (in realtà strutture dati più ricche) r Linterfaccia più generale è Collection r Rappresenta un insieme di elementi, eventualmente replicati (multinsieme) r Ammette operazioni di inserimento e cancellazione

11 11 Liste in Java/2 Interfaccia List r Rappresenta una collezione ordinata di elementi r Ammette duplicati Implementazioni: classi LinkedList, ArrayList e Vector

12 12 Liste in Java/3 Classe LinkedList r Realizza una lista doppiamente concatenata r Puntatori a inizio e fine della lista Classe ArrayList r Realizza lista mediante array r Dimensione puo essere variata dinamicamente.

13 13 Classe LinkedList LinkedList : realizza una lista come generica lista doppiamente concatenata. r Costruttore LinkedList LinkedList(): metodo costruttore r Metodi principali: void add(Object o): inserisce alla fine della lista void addFirst(Object o): inserisce in testa alla lista Object removeFirst(): elimina allinizio della lista Object removeLast(): elimina alla fine della lista Object remove(int pos): rimuove loggetto in posizione pos Object getFirst(): restituisce il primo oggetto Object getLast(): restituisce lultimo oggetto Object get(int pos): restituisce loggetto in posizione pos Iterator iterator(): restituisce un Iterator sulla lista

14 14 Classe ArrayList r Corrisponde allimplementazione con array r Costruttore ArrayList ArrayList(): costruisce lista vuota r Metodi principali: Simili a quelli di LinkedList m Fornisce anche metodi per la modifica delle dimensioni dellarray

15 15 Iteratori r Sono oggetti che implementano linterfaccia Iterator r Servono a scorrere sequenzialmente oggetti di tipo Collection (quindi anche liste) r Esempio:... LinkedList myList = new LinkedList();.... myIterator = myList.iterator();

16 16 Iteratori/2 myIterator permette di scorrere gli elementi di myList r Metodi: Object next(): restituisce lelemento successivo della lista boolean hasNext(): vero se la lista contiene altri elementi void remove(): elimina dalla lista lelemento corrente r E solamente un oggetto di ausilio per scorrere la lista r Si può ovviamente scorrere la lista direttamente usando gli indici

17 17 Classe Vector E simile ad ArrayList I metodi sono simili a quelli di ArrayList r E una classe sincronizzata m E consigliabile usarla quando più thread accedono alla stessa struttura dati

18 18 Classe Vector/2 Array: r Possono contenere tipi di dati primitivi r Dimensione fissa r Pochi metodi ma maggiore efficienza Classe Vector r Contiene Object. I tipi di dati primitivi devono essere convertiti mediante gli opportuni wrapper. r Gestione flessibile dello spazio di memoria. r Gran numero di metodi a scapito dell'efficienza

19 19 Esempi di uso della classe Vector e dellinterfaccia Iterator Vector v = new Vector(); String st = br.readLine(); // br BufferedReader while (st != null) { v.addElement(st); st = br.readLine(); } System.out.println(); Iterator it = v.iterator(); while (it.hasNext()) System.out.println(it.next());......

20 20 Vector di tipi di dato primitivi Vector v = new Vector(); String st = br.readLine(); // br BufferedReader while (st != null) { int num = Integer.parseInt(st); v.addElement(new Integer(num)); st = br.readLine(); } System.out.println(); Iterator it = v.iterator(); while (it.hasNext()) System.out.println(it.next());

21 21 La classe java.lang.Object Java definisce una classe speciale Object. Tutte le altre classi sono sottoclassi di Object. Ed è quindi la radice della gerarchia di classi Java E una classe abstract.

22 22 Metodi della classe Object /1 La classe Object definisce alcuni metodi di utilità, fra cui: public boolean equals(Object obj) confronta il contenuto di this ed obj, restituendo true se sono equivalenti false in caso contrario. Viene ridefinito per implementare un concetto di uguaglianza relativo alla classe in cui è ridefinito.

23 23 Metodi della classe Object /2 public String toString() restituisce una rappresentazione standard delloggetto come stringa. Viene chiamato automaticamente quando si ottiene loutput di un oggetto con println(). Molte classi ridefiniscono questo metodo in modo da ottenere una descrizione opportuna dei tipi di oggetto creati.

24 24 Metodi della classe Object /3 m public Object clone() ritorna una copia delloggetto. m Deep cloning: copia in profondità i dati riferiti dai campi delloggetto. Difficile da realizzare se si desidera mantenera la generalità sui dati memorizzati m Shallow cloning: copia solo i riferimenti ai dati memorizzati nei campi, non gli oggetti stessi

25 25 Wrapper di tipi di dato primitivi r Trasformano un tipo di dato primitivo in un oggetto. Object o = new Integer(5) Object p = new Character(c) Object q = new Double(5.0) r Metodo parse per ottenere il tipo di dato primitivo dalloggetto int a = Integer.parseInt(o) double f = Double.parseDouble(q) r Le stringhe sono considerate oggetti

26 26 Tipo astratto Pila r Lista nella quale inserimenti e cancellazioni avvengono solo in testa (disciplina LIFO). r Operazioni sempre presenti push(el): inserisce l'elemento specificato da el in cima alla pila pop(): elimina l'elemento in cima alla pila top(): restituisce l'elemento in cima alla pila senza cancellarlo dalla lista isEmpty(): verifica se la pila è vuota r Altre operazioni clear(): elimina tutti gli elementi dalla pila

27 27 Implementazione del tipo Pila r Realizzazione tramite Array r Liste: realizzazione tramite lista concatenata A 0 A 1 A i top = i A 0 A 1 A i A N top Start

28 28 Implementazione asd_library asd_library.stack.Stack

29 29 Implementazione tramite LinkedList public class LLStack { private list= new java.util.LinkedList(); public LLStack(){ } public void clear(){ list.clear(); } public boolean isEmpty(){ return list.isEmpty(); } public Object topEl(){ return list.getLast(); } public Object pop(){ return list.removeLast(); } public void push(Object el){ list.add(el); } public String toString(){ return list.toString(); } Attenzione: java.util.Stack non realizza una vera pila (ci sono operazioni in più)

30 30 Implementazione tramite java.util.Stack r Stack Stack(): Crea una pila vuota r boolean empty(): restituisce true se la pila è vuota r Object peek(): realizza l'operazione topEl() r Object pop(): rimuove e restituisce l'elemento affiorante r Object push(el): inserisce l'elemento specificato in cima alla pila r int search(el):restituisce la posizione di el all'interno della pila

31 31 Implementazione Java con Vector public class Stack { private java.util.Vector pool= new java.util.Vector(); public Stack(){ } public Stack(int n){ pool.ensureCapacity(n) } public void clear(){ pool.clear(); } public boolean isEmpty(){ return pool.isEmpty(); } public Object topEl(){ return pool.lastElement(); } public Object pop(){ return pool.remove(pool.size()-1); } public void push(Object el){ pool.addElement(el); }

32 32 Tipo astratto coda r Lista nella quale gli inserimenti avvengono in coda e le cancellazioni (estrazioni) in testa (disciplina FIFO) r Operazioni sempre presenti clear(): elimina tutti gli elementi dalla coda isEmpty(): verifica se la coda è vuota enqueue(el): inserisce l'elemento specificato da el alla fine della coda dequeue(): elimina il primo elemento della coda firstEl(): restituisce il primo elemento della coda senza eliminarlo

33 33 Implementazione di code con array A0A0 A1A1 A2A2 A N-3 A N-2 A N-1 testa coda Elemento non usato enqueue -> coda = coda + 1 (mod N) dequeue -> testa = testa + 1 (mod N) Se (coda == testa – 1 mod N) coda piena Se (coda == testa) coda vuota (un solo elemento presente)

34 34 Implementazione di coda con Array circolare first :indice del primo elemento - testa last :indice dell'ultimo - coda size :numero di elementi dell'array public class ArrayQueue { private int first, last, size; private Object[] storage; private static final int DEFAULTSIZE = 100; // metodi nella prossima slide

35 Algoritmi e strutture dati35 Implementazione di coda con Array circolare/2 public ArrayQueue(){ this(DEFAULTSIZE); } public ArrayQueue(int n){ size = n; storage = new Object[size]; first = last = -1; } public boolean isFull(){ return ((first == 0) && (last == size - 1)) || (first == last + 1); } public boolean isEmpty(){ return first == -1; }

36 36 Implementazione di coda con Array circolare/3 public void enqueue(Object el){ if(!isFull()) if ((last == size - 1) || (last == -1)) { storage[0] = el; last = 0; if (first == -1) //caso coda vuota first=0; } else storage[++last] = el; }

37 37 Implementazione di coda con Array circolare/4 public Object dequeue(){ Object tmp = null; if(!isEmpty()) { tmp = storage[first]; if (first == last) //caso unico elemento last = first = -1; else if (first == size - 1) first = 0; else first++; } return tmp; }

38 38 Implementazione di coda con Array circolare/5 public void printAll(){ if(isEmtpy()) System.out.println("Coda vuota."); else { int i = first; do { System.out.print(storage[i] + " "); i = (i + 1) % size; } while(i != ((last + 1) % size)); System.out.println(); } } // fine classe ArrayQueue

39 39 Implementazione asd_library asd_library.queue.Queue

40 40 Implementazione di una coda con lista concatenata public class QueueNode { protected Object info; protected QueueNode next = null; public QueueNode(Object el) { info = el; } public class Queue { private QueueNode head, tail; public Queue() { head = tail = null; }

41 41 Implementazione di una coda con lista concatenata/2 public boolean isEmpty() { return head == null; } public void clear() { head = tail = null; } public Object firstEl() { return head.info; }

42 42 Implementazione di una coda con lista concatenata/3 public void enqueue(Object el) { QueueNode q = new QueueNode(el); if (!isEmpty()) { tail.next = q; tail = tail.next; } else head = tail = q; }

43 43 Implementazione di una coda con lista concatenata/4 public Object dequeue() {// cancella il nodo in // testa e restituisce il campo info if (!isEmpty()) { Object el = head.info; if (head == tail) // un solo nodo? head = tail = null; else head = head.next; return el; } else return null; } // fine metodo dequeue } // fine classe Queue

44 44 Riconoscimento di stringhe parenteticamente corrette r La stringa vuota è parenteticamente corretta r Se P 1, P 2 e P 3 sono corrette, allora lo è anche P 1 (P 2 )P 3, P 1 [P 2 ]P 3 o P 1 {P 2 }P 3 r Es.: m ab(ax)[(b)du{(mb)}] è corretta m a(ax)[c e a){b(e} non sono corrette

45 45 Algoritmo (solo un tipo di parentesi) Algorithm stringAnalyzer balanced = true; S = c = count = 0; while ((! ) && (count >= 0)) { if (c == () count++; else if (c == )) count--; c = } if ((fine di S) && (count != 0)) balanced = false; Provare a implementare il riconoscimento con parentesi di qualunque tipo. Es.: - fg{([{ab(vc)g}kj])} è corretta - gh{(df[ghj]}gh)hj non è corretta

46 46 Algoritmo (caso generale) r Usa uno stack r Se arriva (, [ o { inseriscila nello stack r Se arriva ), ] o } confrontala con lelemento affiorante m Se non corrispondono allora la stringa non è bilanciata r Se si esamina la stringa fino alla fine e lo stack non è vuoto la stringa non è bilanciata. Es.: (((er[]) ( [ ( ) ]


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