Tipi mutabili e immutabili : richiamo. Algoritmi e Laboratorio a.a Lezioni. Collezioni di elementi

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1 Tipi mutabili e immutabili : richiamo. Università di Torino Facoltà di Scienze MFN Corso di Studi in Informatica Curriculum SR (Sistemi e Reti) Algoritmi e Laboratorio a.a Lezioni prof. Elio Giovannetti Parte 17 Collezioni, Insiemi, Dizionari Quest' opera è pubblicata sotto una Licenza Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.5. I valori di tipo primitivo (int, double, bool, ecc.) sono enti non modificabili: il valore 3 è 3 e non può diventare 5! Le variabili, invece, anche se di tipo primitivo, sono per definizione enti modificabili: il contenuto di una variabile può variare! Gli oggetti di alcune classi, ad esempio quelli della classe String, sono non modificabili: non esistono metodi che permettano di modificare un oggetto String, vi sono soltanto metodi che permettono, a partire da un oggetto String, di generarne di nuovi che presentino delle variazioni rispetto ad esso. Gli oggetti della maggior parte delle classi sono modificabili: essi possiedono metodi che permettono di modificare il contenuto dei campi dell'oggetto. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez.17 2 Collezioni di elementi Un genere di struttura-dati molto comune (in informatica come nel mondo reale) è quello delle collezioni modificabili di elementi, cioè delle collezioni di elementi cui si possono aggiungere o da cui si possono togliere elementi, e di cui si può stabilire se contengano o no un dato elemento. Se si ammette che vi possano essere elementi ripetuti, una tale struttura è matematicamente un multiinsieme (in inglese multiset o bag) dinamicamente modificabile. Se invece non si ammettono elementi ripetuti la struttura è matematicamente un insieme (in inglese set). Tipo astratto Collezione: una possibile specifica (molto informale) Operazioni: creazione di una Collezione vuota; stabilire se una Collezione è vuota o no; aggiungere un elemento ad una Collezione; stabilire se un oggetto appartiene ad una collezione; cancellazione di un esemplare (istanza) di elemento di una collezione. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez /02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez.17 4 L'interfaccia ICollection<T> e la classe Collection<T> della libreria di C# (versione 2.0). Metodi: void Add(T item) aggiunge l'oggetto item; bool Remove(T item) toglie l'oggetto item, se presente, restituendo true; altrimenti restituisce false; void Clear() "svuota" la collezione; bool Contains(T item) restituisce true o false a seconda che l'oggetto item sia presente o no; void CopyTo(T[] ar, int i) copia tutti gli elementi della collezione nella porzione di array iniziante dall'indice i. La classe Collection<T> implementa direttamente l'interfaccia ICollection<T>. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez.17 5 L'interfaccia Collection<E> nelle API di Java 1.5 Metodi: boolean add(e el) aggiunge l'elemento el; boolean remove(object ob) toglie l'oggetto ob, se presente; boolean contains(object ob) determina se contiene ob; boolean isempty() determina se la collezione è vuota; void clear() "svuota" la collezione. Nelle API Java non esiste una classe che implementi direttamente l'interfaccia Collection; ogni implementazione di Collection è in realtà l'implementazione di un'interfaccia derivata da (cioè più specifica di) Collection. Ad esempio, particolari collections sono gl'insiemi, nei quali la add può fallire restituendo false (se si cerca di aggiungere un elemento già presente). 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez

2 Insiemi Un Insieme (in inglese Set) è una collezione che non ammette elementi duplicati. Le operazioni sono le stesse delle collezioni, ma l'operazione add aggiunge un nuovo elemento solo se questo non è già presente (e il booleano restituito indica l'esito dell'operazione). Nelle API di Java 1.5 vi è l'interfaccia Set<E>, che estende l'interfaccia Collection<E>. Essa è implementata da diverse classi, fra cui TreeSet<E> (implementazione tramite albero di ricerca) e HashSet<E> (implementazione tramite tavola hash). Si noti che in Java l'interfaccia Collection, per potere avere Set fra le interfacce da essa derivate, dichiara il metodo add come restituente un booleano. Naturalmente, in una eventuale implementazione diretta di Collection che ammetta i duplicati, il metodo add restituirà sempre true. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez.17 7 Dizionari I dizionari sono particolari collezioni nelle quali gli elementi contengono ciascuno un componente-chiave che identifica l'intero elemento, in modo che la ricerca possa avvenire in base alla chiave. Così, in un dizionario ordinario, le chiavi sono le parole, e l'elemento associato a ciascuna chiave è la voce del dizionario (contenente definizione, esempi, ecc.) corrispondente a quella parola. Del tipo astratto dizionario sono possibili definizioni leggermente diverse fra loro, e anche nelle librerie dei vari linguaggi di programmazione si trovano definizioni diverse. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez.17 8 Tipo astratto Dizionario: una possibile specifica Insieme di dati: definizione 1: un insieme di coppie chiave-valore, dove le chiavi sono di un dato tipo K e i valori (sul libro di testo chiamati elementi) di un dato tipo V (o E); definizione 2 (non equivalente alla 1): un insieme di elementi di tipo E, ciascuno dei quali contiene (esplicitamente o implicitamente) una chiave di tipo K. Assumiamo inoltre che le chiavi degli elementi presenti in un dizionario debbano essere tutte distinte. Nota Nel libro di Demetrescu è usata la Definizione 1. Nel libro di Crescenzi è usata la Definizione 2. Nel nostro corso si userà prevalentemente la Definizione 2 (chiave contenuta nell'elemento), pur menzionando talvolta entrambe le definizioni. Osserva: Secondo la Definizione 1 la chiave di un elemento è "separata" dalvalore dell'elemento (cioè dall'elemento vero e proprio). Secondo la Definizione 2 la chiave di un elemento si ricava dal suo valore, ad esempio è un particolare campo del record-elemento. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez /02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez Tipo astratto Dizionario: una possibile specifica (continua) Operazioni: creazione di un dizionario vuoto; stabilire se un dizionario è vuoto o no (opzionale); inserimento di un elemento; ricerca dell'elemento corrispondente a una data chiave; cancellazione dell'elem. corrispondente a una data chiave. Nota linguistica per le slides successive: "chiave" in inglese si dice "key", pronuncia "ki"; come al solito, useremo il termine inglese perché più corto. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez Nota linguistica I nomi delle tre operazioni principali del dizionario non sono standardizzati, ma variano a seconda della lingua, del libro di testo, del linguaggio di programmazione. Esempi: Demetrescu: search, insert, delete; Cormen ecc.: search, insert, delete; Crescenzi: ricerca, inserisci, cancella; Bertossi: appartiene, inserisci, cancella; Goodrich-Tamassia: find, insert, remove; Java (interfaccia Map): get, put, remove; C# (interfaccia IDictionary): TryGetValue, Add, Remove; Nelle slides successive si useranno, per ragioni di spazio, perlopiù nomi corti come find, add, remove. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez

3 Dizionario secondo la Definizione 1: una possibile specifica più precisa delle tre operazioni di base. E find(k key): restituisce l'elemento associato alla chiave key; se nel dizionario non è presente tale chiave, void add(k key, E el): inserisce nel dizionario la chiave key, viene lanciata una opportuna eccezione; boolean remove(k key): se la chiave key è presente nel dizionario, la elimina insieme all'elemento ad essa associato, restituendo il valore true; se non è presente, restituisce il valore false. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez Dizionario secondo la Definizione 1: una diversa possibile specifica delle tre operazioni di base. E find(k key): restituisce l'elemento associato alla chiave key; se nel dizionario non è presente tale chiave, void add(k key, E el): inserisce nel dizionario la chiave key, l'elemento ad essa associato viene sostituito con il nuovo elemento el; E remove(k key): cancella dal dizionario la chiave key con l'elemento ad essa associato, restituendo l'elemento cancellato (oppure un elemento nullo se nel dizionario non è presente un elemento di chiave key) 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez Dizionario secondo la Definizione 1. Una possibile definizione alternativa di inserimento E add(k key, E el): inserisce nel dizionario la chiave key, sostituisce l'elemento ad essa associato con il nuovo elemento el, restituendo il vecchio elemento; se invece la chiave key non è già presente nel dizionario, restituisce un "elemento nullo" (dopo aver inserito la nuova chiave con il nuovo elemento). Nota: L'operazione così definita è una semplice variante dell'omonima operazione definita nella slide precedente. Dizionario secondo la Definizione 2: una possibile specifica precisa delle tre operazioni di base. E find(k key): restituisce l'elemento di chiave key; se nel dizionario non è presente un elemento di tale chiave, void add(e el): inserisce nel dizionario l'elemento el; se un elemento con la stessa chiave di quella di el è già presente, esso viene sostituito con il nuovo elemento; E remove(k key): cancella dal dizionario l'elemento di chiave key, restituendo l'elemento cancellato (oppure un elemento nullo se nel dizionario non è presente un elemento di chiave key) 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez /02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez Dizionario secondo la Definizione 2. Definizione alternativa di inserimento E add(e el): inserisce nel dizionario l'elemento el; se un elemento con la stessa chiave è già presente, lo sostituisce con il nuovo elemento el, restituendo il vecchio elemento; se invece nel dizionario non è presente un elemento con la stessa chiave di quello da inserire, restituisce un "elemento nullo" (dopo aver inserito il nuovo elemento). Altre variazioni Si possono considerare dizionari che ammettono chiavi duplicate. Si possono considerare dizionari ordinati, ossia si può richiedere che l'insieme K di tutte le possibili chiavi sia un insieme su cui è definito un ordine totale; in tal caso si possono considerare le operazioni di elementodichiavemin e elementodichiavemax. La terminologia varia leggermente a seconda dei libri e delle librerie di programmi (come spesso in informatica). Alcuni chiamano Dizionari solo quelli che permettono chiavi ripetute, e chiamano invece Maps quelli che non ammettono chiavi ripetute. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez /02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez

4 Dizionario di elementi di un tipo E: realizzazione C typedef char * string; typedef struct ElemStruct * E; typedef struct DictStruct * Dictionary; int keyof(e elem); E newelem(int n, string s); void printelem(e el); void add(e el, Dictionary* d); // inserimento E find(int key, Dictionary d); // ricerca E remove(int key, Dictionary* d); // cancellazione Il tipo ElemStruct è definito nel file dizionario.c 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez Nota Il tipo E dell'elemento è definito come tipo puntatore a una struttura, e non direttamente come struct, al fine di poter definire nel file.h il tipo astratto E senza definirne la realizzazione concreta. La realizzazione concreta, cioè il tipo struct, è definito nel file.c 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez Esempio: dizionario di studenti Il tipo E è il tipo Student (scriviamo Student al posto di E): typedef char * string; typedef struct StudentStruct * Student; typedef struct DictStruct * Dictionary; int keyof(student elem); Student newstudent(int n, string s); void printstudent(student el); void add(student el, Dictionary* d); Student find(int key, Dictionary d); Student remove(int key, Dictionary* d); 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez Dizionario di studenti: realizzazione. file dizionario.c #include "dizionario.h" struct StudentStruct { int matr; string nome; ; int keyof(student el) { return el->matr; Student newstudent(int n, string s) { Student pstruct = malloc(sizeof(struct StudentStruct)); pelem->matr = n; pelem->nome = strdup(s); return pstruct; 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez Dizionario di studenti: realizzazione. file dizionario.c (continua) void printstudent(student el) { printf("%d %s\n", el->matr, el->nome); (realizzazione della struttura dizionario, per mezzo di array o lista o albero, ecc.) Dizionario generico con chiavi intere in C typedef struct ElemStruct * E; typedef struct DictionaryStruct * Dictionary; int keyof(void* el); void printelem(void* el); void add(void* el, Dictionary* d); void* find(int key, Dictionary d); void* remove(int key, Dictionary* d); 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez /02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez

5 Dizionari nella libreria di C# interface IDictionary<TKey,TValue> metodi: bool TryGetValue(TKey key, out TValue value): restituisce true o false a seconda che la chiave key sia o no presente, e nel primo caso restituisce nel parametro di output value il valore associato alla chiave; void Add (TKey key, TValue value): aggiunge la chiave key con associato il valore value; bool Remove(TKey key): cancella la chiave key e il valore ad essa associato. Dizionari nelle API di Java 1.5 La classe astratta Dictionary<K,V> è dichiarata obsoleta. Al suo posto è stata introdotta l'interfaccia Map<K,V>. Fra le classi che implementano tale interfaccia vi sono: class TreeMap<K,V>: realizzazione tramite albero; class HashMap<K,V>: realizzazione con tavola hash. La libreria fornisce poi una classe Dictionary<TKey,TValue> che implementa l'interfaccia. 04/02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez /02/ E. Giovannetti - AlgELab Lez