Argomenti della lezione. Tipo di dato astratto. Array. Tipo di dato Lista. Liste Implementazione di liste in Java Stack Code

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1 Argomenti della lezione! Tipi di dato astratti! Strutture dati elementari Liste Implementazione di liste in Java Stack Code! Esempi di applicazione Tipo di dato astratto! Tipo di dato astratto o ADT (Abstract Data Type): insieme di oggetti e insieme di operazioni definite su di esso! Es.: lista con operazioni di inserimento e cancellazione! Attenzione: l ADT specifica cosa fa ogni operazione, non come! In Java: " Rappresentazione con interfaccia " Implementazione con classe 1 2 Array! 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; Tipo di dato Lista! Insieme di elementi tra i quali è definito un ordinamento totale.! Numerose varianti! 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! Nelle implementazioni (es. Java) sono spesso presenti altre operazioni cons(elem, i), remove(i), get(i) 3 4

2 Implementazione delle liste Implementazione con array! Array Si usa un array in memoria! Strutture collegate Ogni elemento contiene un riferimento al successivo! Occorre conoscere la dimensione max della lista! Può portare a spreco di memoria! Costo delle principali operazioni: cons: O(n) (caso peggiore: elemento in prima posizione) cdr: O(n), (caso peggiore: primo elemento) car: O(1) A 0 A 1 A 2 A N-3 A N-2 A N-1 Elemento non usato Inserimento in pos Implementazione con strutture collegate! Efficienza cons, remove: O(i) (bisogna trovare la posizione dell elemento da inserire/rimuovere). O(1) per inserimenti/cancellazioni in prima posizione get: O(i) (posizione dell elemento cercato) Altri tipi di lista! Lista doppia: consente una scansione in entrambe le direzioni A 0 A 1 A i A N A 0 A 1 A i A N! Lista circolare: consente di rappresentare strutture in cui l ordinamento è mod N Inserimento in pos. 1 A 0 A 1 A i A N 7 8

3 Liste in Java Liste in Java/2! Questi ADT sono rappresentati e implementati da interfacce e classi del package java.util (in realtà strutture dati più ricche)! L interfaccia più generale è Collection! Rappresenta un insieme di elementi, eventualmente replicati (multinsieme)! Ammette operazioni di inserimento e cancellazione 9! Interfaccia List! Rappresenta una collezione ordinata di elementi! Ammette duplicati! Implementazioni: classi LinkedList, ArrayList e Vector 10 Liste in Java/3 Classe LinkedList Classe LinkedList! Realizza una lista doppiamente concatenata! Puntatori a inizio e fine della lista Classe ArrayList! Realizza lista mediante array! Dimensione puo essere variata dinamicamente.! LinkedList: realizza una lista come generica lista doppiamente concatenata.! Costruttore LinkedList LinkedList(): costruttore! Metodi principali: void add(object o): inserisce alla fine della lista void addfirst(object o): inserisce in testa alla lista Object removefirst(): elimina all inizio della lista Object removelast(): elimina alla fine della lista Object remove(int pos): rimuove l oggetto in posizione pos Object getfirst(): restituisce il primo oggetto Object getlast(): restituisce l ultimo oggetto Object get(int pos): restituisce l oggetto in posizione pos Iterator iterator(): restituisce un Iterator sulla lista 11 12

4 Classe ArrayList Iteratori! Corrisponde all implementazione con array! Costruttore ArrayList ArrayList() : costruisce lista vuota! Metodi principali: Simili a quelli di LinkedList Fornisce anche metodi per la modifica delle dimensioni dell array! Sono oggetti che implementano l interfaccia Iterator! Servono a scorrere sequenzialmente oggetti di tipo Collection (quindi anche liste)! Esempio:... LinkedList mylist = new LinkedList();... Iterator myiterator = mylist.iterator(); Iteratori/2 Classe Vector! myiterator permette di scorrere gli elementi di mylist! Metodi: Object next(): restituisce l elemento successivo della lista boolean hasnext(): vero se la lista contiene altri elementi void remove(): elimina dalla lista l elemento corrente! E solamente un oggetto di ausilio per scorrere la lista! Si può ovviamente scorrere la lista direttamente usando gli indici!e simile ad ArrayList!I metodi sono simili a quelli di ArrayList!E una classe sincronizzata E consigliabile usarla quando più thread che accedono alla stessa struttura dati 15 16

5 Classe Vector/2 Esempi di uso della classe Vector e dell interfaccia Iterator Array:! Possono contenere tipi di dati primitivi! Dimensione fissa! Pochi metodi ma maggiore efficienza Classe Vector! Contiene Object. I tipi di dati primitivi devono essere convertiti mediante gli opportuni wrapper.! Gestione flessibile dello spazio di memoria.! Gran numero di metodi a scapito dell'efficienza 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()); 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()); Tipo astratto Pila! Lista nella quale inserimenti e cancellazioni avvengono solo in testa (disciplina LIFO).! 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! Altre operazioni clear(): elimina tutti gli elementi dalla pila 20

6 Implementazione del tipo Pila Implementazione Java con Vector! Realizzazione tramite Array A i A 1 A 0 top = i! Liste: realizzazione tramite lista concatenata Start top A 0 A 1 A i A N 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); Implementazione tramite LinkedList Implementazione tramite java.util.stack 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) 23! Stack Stack(): Crea una pila vuota! boolean empty(): restituisce true se la pila è vuota! Object peek(): realizza l'operazione topel()! Object pop(): rimuove e restituisce l'elemento affiorante! Object push(el): inserisce l'elemento specificato in cima alla pila! int search(el):restituisce la posizione di el all'interno della pila 24

7 Tipo astratto coda! Lista nella quale gli inserimenti avvengono in coda e le cancellazioni (estrazioni) in testa (disciplina FIFO)! Operazioni sempre presenti 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! Altre operazioni clear(): elimina tutti gli elementi dalla coda Implementazione di code con array A 0 A 1 A 2 A N-3 A N-2 A N-1 testa coda enqueue -> coda = coda + 1 (mod N) dequeue -> testa = testa + 1 (mod N) Elemento non usato Se (coda == testa 1 mod N) coda piena Se (coda == testa) coda vuota (un solo elemento presente) 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 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; 27 Algoritmi e strutture dati 28

8 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; 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; // Restituisce null se coda vuota 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 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; 31 32

9 Implementazione di una coda con lista concatenata/2 Implementazione di una coda con lista concatenata/3 public boolean isempty() { return head == null; public void clear() { head = tail = null; public Object firstel() { return head.info; public void enqueue(object el) { QueueNode q = new QueueNode(el); if (!isempty()) { tail.next = q; tail = tail.next; else head = tail = q; 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 Riconoscimento di stringhe parenteticamente corrette! La stringa vuota è parenteticamente corretta! 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! Es.: ab(ax)[(b)du{(mb)] è corretta a(ax)[c e a){b(e non sono corrette 35 36

10 Algoritmo (solo un tipo di parentesi) Algorithm stringanalyzer balanced = true; S = <Leggi la stringa> c = <primo carattere di S> count = 0; while ((! <fine di S>) && (count >= 0)) { if (c == ( ) count++; else if (c == ) ) count--; c = <prossimo carattere di S> if ((fine di S) && (count!= 0)) balanced = false; Provare a implementare il riconoscimento con parentesi di qualunque tipo. Es.: - fg{([{ab(vc)gkj]) è corretta - gh{(df[ghj]gh)hj non è corretta 37 Algoritmo (caso generale)! Usa uno stack! Se arriva (, [ o { inseriscila nello stack! Se arriva ), ] o confrontala con l elemento affiorante Se non corrispondono allora la stringa non è bilanciata! Se si esamina la stringa fino alla fine e lo stack non è vuoto la stringa non è bilanciata. Es.: (((er[]) ( [ ( ) ] 38