Capitolo 3 Strutture dati elementari Algoritmi e Strutture Dati Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. Italiano.

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1 Capitolo 3 Strutture dati elementari Algoritmi e Strutture Dati Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. Italiano

2 Algoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 2 Gestione di collezioni di oggetti Tipo di dato: –Specifica delle operazioni di interesse su una collezione di oggetti (es. inserisci, cancella, cerca) Struttura dati: –Organizzazione dei dati che permette di supportare le operazioni di un tipo di dato usando meno risorse di calcolo possibile

3 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 3 Il tipo di dato Dizionario

4 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 4 Il tipo di dato Pila

5 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 5 Il tipo di dato Coda

6 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 6 Tecniche di rappresentazione dei dati Rappresentazioni indicizzate: –I dati sono contenuti in array Rappresentazioni collegate: –I dati sono contenuti in record collegati fra loro mediante puntatori

7 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 7 Proprietà Rappresentazioni indicizzate: –indici delle celle di un array sono numeri consecutivi –non è possibile aggiungere nuove celle ad un array Rappresentazioni collegate: –i costituenti di base sono i record –i record sono numerati tipicamente con il loro indirizzo di memoria –record creati e distrutti individualmente e dinamicamente –il collegamento tra un record A e un record B è realizzato tramite un puntatore

8 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 8 Esempi di strutture collegate Lista semplice Lista doppiamente collegata Lista circolare doppiamente collegata

9 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 9 Pro e contro Rappresentazioni indicizzate: –Pro: accesso diretto ai dati mediante indici –Contro: dimensione fissa (riallocazione array richiede tempo lineare) Rappresentazioni collegate: –Pro: dimensione variabile (aggiunta e rimozione record in tempo costante) –Contro: accesso sequenziale ai dati

10 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 10 realizzazione di un dizionario Metodo più semplice: array non ordinato Insert costa O(1) – inserisco dopo ultimo elemento Search costa O(n) – devo scorrere larray Delete costa O(n) – delete = search + cancellazione Array ordinato: Search O(log(n)) – ricerca binaria Insert O(n) Ho bisogno di: O(log(n)) confronti per trovare la giusta posizione in cui inserire lelemento O(n) trasferimenti per mantenere larray ordinato (Ricorda che O(n) + O(log(n)) = O(n)) Delete O(n) (come per Insert)

11 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 11 realizzazione di un dizionario Lista non Ordinata Search – O(n) Insert – O(1) Delete - O(n) Lista Ordinata Search – O(n) non posso usare la ricerca binaria Insert – O(n) devo mantenere ordinata la lista Delete – O(n) …e con le liste?

12 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 12 Alberi Organizzazione gerarchica dei dati Dati contenuti nei nodi, relazioni gerarchiche definite dagli archi che li collegano

13 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 13 Alberi: altre definizioni albero d-ario, albero d-ario completo grado di un nodo: numero dei suoi figli u antenato di v se u è raggiungibile da v risalendo di padre in padre v discendente di u se u è un antenato di v

14 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 14 Idea: ogni cella dellarray contiene –le informazioni di un nodo –eventualmente altri indici per raggiungere altri nodi Rappresentazioni indicizzate di alberi Vettore posizionale (per alberi d-ari completi) Vettore dei padri Per un albero con n nodi uso un array P di dimensione n Una generica cella i contiene una coppia (info,parent), dove: info: contenuto informativo del nodo i parent: indice (nellarray) del nodo padre di i

15 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 15 Rappresentazioni collegate di alberi Rappresentazione con puntatori ai figli (nodi con numero limitato di figli) Rappresentazione con liste di puntatori ai figli (nodi con numero arbitrario di figli)

16 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 16 Rappresentazioni collegate di alberi Rappresentazione di tipo primo figlio- fratello successivo (nodi con numero arbitrario di figli)

17 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 17 Visite di alberi Algoritmi che consentono laccesso sistematico ai nodi e agli archi di un albero Gli algoritmi di visita si distinguono in base al particolare ordine di accesso ai nodi

18 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 18 Algoritmo di visita generica visitaGenerica visita il nodo r e tutti i suoi discendenti in un albero Richiede tempo O(n) per visitare un albero con n nodi a partire dalla radice

19 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 19 Algoritmo di visita in profondità Lalgoritmo di visita in profondità (DFS) parte da r e procede visitando nodi di figlio in figlio fino a raggiungere una foglia. Retrocede poi al primo antenato che ha ancora figli non visitati (se esiste) e ripete il procedimento a partire da uno di quei figli.

20 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 20 Algoritmo di visita in profondità Versione iterativa (per alberi binari):

21 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 21 A L B ER O A A B L B R E B R B O LERBO

22 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 22 Algoritmo di visita in profondità Versione ricorsiva (per alberi binari): Visita in preordine: radice, sottoalbero sin, sottoalbero destro Visita simmetrica: sottoalbero sin, radice, sottoalbero destro (scambia riga 2 con 3) Visita in postordine: sottoalbero sin, sottoalbero destro, radice (sposta riga 2 dopo 4)

23 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 23 A L B ER O Preordine: A L E R B O Simmetrica: E L R A B O Postordine: E R L O B A …esempi…

24 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 24 Algoritmo di visita in ampiezza Lalgoritmo di visita in ampiezza (BFS) parte da r e procede visitando nodi per livelli successivi. Un nodo sul livello i può essere visitato solo se tutti i nodi sul livello i-1 sono stati visitati.

25 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 25 Algoritmo di visita in ampiezza Versione iterativa (per alberi binari):

26 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 26 A L B ER O A A LBERO B L B R E O O R E O R

27 Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © 2004 - The McGraw - Hill Companies, srl 27 Nozione di tipo di dato come specifica delle operazioni su una collezione di oggetti Rappresentazioni indicizzate e collegate di collezioni di dati: pro e contro Organizzazione gerarchica dei dati mediante alberi Rappresentazioni collegate classiche di alberi Algoritmi di esplorazione sistematica dei nodi di un albero (algoritmi di visita) Riepilogo