Algoritmi di Ricerca. Esempi di programmi Java. Prof. Angela Bonifati

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1 Passaggio dei parametri in Java Nel seguente esempio public class parametri2 public static void main(string args[]) int x = 1; int y; double d[] = new double[2]; d[0] = 25; y= metodo1(d, x); System.out.println("Il valore di d[0] = " + d[0]); System.out.println("Il valore di x = " + x); System.out.println("Il valore di y = " + y); static int metodo1(double s[], int i) s[0] = 100; i = i+17; return i; Il valore stampato nel main sarà pari a 100. Perché l'assegnamento effettuato nel metodo viene eseguito nella stessa locazione di memoria originale di d. Mentre il valore di x non cambia e sarà stampato il valore 1. Il valore di x stampato sarà Fondamenti di Informatica Algoritmi di Ricerca Esempi di programmi Java Prof. Angela Bonifati 2

2 Ricerca in una sequenza di elementi Data una sequenza di elementi, occorre verificare se un elemento fa parte della sequenza oppure l elemento non è presente nella sequenza stessa. In generale una sequenza di elementi si può realizzare come un array. E la scansione avviene usando un indice. Se la sequenza non è ordinata a priori occorre eseguire una ricerca lineare o sequenziale. Se la sequenza è ordinata è opportuno eseguire una ricerca binaria. 3 Ricerca lineare L algoritmo di ricerca lineare (o sequenziale) in una sequenza (array) è basato sulla seguente strategia: Gli elementi dell array vengono analizzati in sequenza, confrontandoli con l elemento da ricercare (chiave) per determinare se almeno uno degli elementi è uguale alla chiave. Quando si trova un elemento uguale alla chiave la ricerca termina. La ricerca è sequenziale, nel senso che gli elementi dell array vengono scanditi uno dopo l altro sequenzialmente. L algoritmo prevede che al più tutti gli elementi dell array vengano confrontati con la chiave. Se l elemento viene trovato prima di raggiungere la fine della sequenza non sarà necessario proseguire la ricerca. 4

3 Ricerca lineare in Java /* Questo metodo implementa la ricerca lineare restituendo l'indice di un elemento di seq uguale all elemento cercato (chiave) oppure 1 che indica che l elemento non è presente nella sequenza.*/ public static int riclineare(int[] seq, int chiave) int i; // indice per la scansione di seq int ind_elem; // indice di un elemento uguale a boolean trovato = false; // alla chiave ind_elem = -1; for(i=0; trovato==false && i<seq.length; i++) if (seq[i]==chiave) ind_elem = i; trovato = true; return ind_elem; 5 Uso della ricerca lineare per contare le occorrenze L algoritmo di ricerca lineare può essere usato per verificare quante volte un elemento è presente in una sequenza: 1. Gli elementi dell array vengono analizzati in sequenza, confrontandoli con l elemento da ricercare (chiave) per determinare se uno degli elementi è uguale alla chiave. 2. Quando si trova un elemento uguale alla chiave si incrementa un contatore e il passo 1 viene rieseguito fino alla fine della sequenza. 6

4 Calcolo delle occorrenze /* Questo metodo conta quante volte l elemento cercato (chiave) è presente in seq e ritorna il valore delle occorrenze (il valore 0 indica che l elemento non è presente nella sequenza).*/ public static int Conta(int[] seq, int chiave) int i; // indice per la scansione di seq int occorre; // valore delle occorrenze della // chiave in seq occorre = 0; for(i=0; i<seq.length; i++) if (seq[i] == chiave) occorre++; return occorre; 7 Ricerca binaria L algoritmo di ricerca lineare richiede che al più tutti gli elementi dell array vengano confrontati con la chiave. Questo è necessario perché la sequenza non è ordinata. Se la sequenza su cui occorre effettuare la ricerca è ordinata si può usare un algoritmo di ricerca molto più efficiente che cerca la chiave sfruttando il fatto che gli elementi della sequenza sono già disposti in un dato ordine. Esempi di sequenze ordinate: elenco telefonico, agenda, etc. In questi casi si usa un algoritmo di ricerca binaria che è più efficiente perché riduce lo spazio di ricerca. 8

5 Ricerca binaria L algoritmo di ricerca binaria cerca un elemento in una sequenza ordinata in maniera crescente (o non decrescente) eseguendo i passi seguenti finché l elemento viene trovato o si è si è completata la ricerca senza trovarlo: 1. Confronta la chiave con l elemento centrale della sequenza, 2. Se la chiave è uguale all elemento centrale, allora la ricerca termina positivamente, 3. Se invece la chiave è maggiore dell elemento centrale si effettua la ricerca solo sulla sottosequenza a destra, 4. Se invece la chiave è minore dell elemento centrale dello spazio di ricerca, si effettua la ricerca solo sulla sottosequenza a sinistra. 1 sequenza chiave Ricerca binaria in Java /* Questo metodo implementa la ricerca binaria restituendo l'indice di un elemento di seq uguale all elemento cercato (chiave) o 1 che indica che l elemento non è presente*/ public static int ricbinaria(int[] seq, int chiave) // seq è ordinato in modo non decrescente int indice; // indice di un elemento uguale a chiave int inizio; int fine; int centro; inizio = 0; fine = seq.length-1; indice = -1; while (indice ==-1 && inizio <= fine) centro = (inizio+fine)/2; if (seq[centro]==chiave) // trovato indice = centro; else if (chiave > seq[centro]) // continua a destra inizio = centro + 1; else // continua a sinistra fine = centro - 1; return indice; 10

6 Ricerca binaria inizio=0 centro=4 fine=8 chiave inizio=5 centro=6 fine= inizio=7 centro=7 fine= indice = 7 11 Ricerca binaria inizio=0 centro=4 fine=8 chiave inizio=0 centro=1 fine= inizio=0 fine=0 centro= indice = 0 12

7 Ricerca binaria Inizialmente la ricerca è fatta su N elementi dove N indica la lunghezza della sequenza (lo spazio di ricerca ha dimensione N). Ad ogni iterazione lo spazio della ricerca si riduce di circa la metà. Potremmo dire che si passa da N ad N/2 e cosi via. Il caso peggiore si ha quando l elemento cercato non si trova nella sequenza (non esiste un elemento uguale alla chiave). Nel caso peggiore, l iterazione viene eseguita log 2 N volte. 13 Esempio di gestione di un elenco di nomi L esempio seguente definisce una classe Studenti i cui oggetti sono elenchi di N nomi e matricole di studenti con metodi per inizializzare, cercare e stampare i dati degli studenti in elenco. Ogni elenco è definito come un oggetto composto da due campi che sono array di stringhe e di interi: nomi e matricole. Ognuno di questi due campi contengono rispettivamente una sequenza di nomi e di matricole in maniera che elenco.nomi[i] e elenco.matricole[i] avendo lo stesso valore dell indice contengono rispettivamente il nome ed la matricola di uno studente. Nell esempio esiste un altra classe TestStudenti che contiene il main e usa i metodi della classe Studenti. 14

8 Esempio di gestione di un elenco di nomi class Studenti String[] nomi = new String[100]; //VARIABILE D ISTANZA int[] matricole =new int[nomi.length]; //VARIABILE D ISTANZA void leggidati() // METODO PER LEGGERE NOMI E MATRICOLE for (int i=0; i< nomi.length; i++) nomi[i]=console.readstring ("Inser. nome " + (i+1) + ": "); matricole[i]=console.readint("inser. Matr. " + (i+1) + ": "); void stampadati() // METODO PER VISUALIZZARE NOMI E MATRICOLE for (int i=0; i<nomi.length; i++) System.out.println(nomi[i] + " " + matricole[i]); // continua 15 Esempio di gestione di un elenco di nomi // continua int cercamatricola(int MT) //METODO CHE CERCA PER MATRICOLA int j = 0; int i ; boolean trovato = false; for (i=0; i<matricole.length && trovato==false; i++) if (MT == matricole[i]) trovato = true ; j = i; if (trovato == true) return j; else return -1; // fine della classe Studenti 16

9 Esempio di gestione di un elenco di nomi Nella classe TestStudenti definiamo il main che crea un oggetto elenco di Studenti e usa i metodi della classe per inserire i dati di ogni studente (nome e matricola) nell elenco, visualizzare l elenco degli studenti inseriti (nome e matricola), cercare uno studente di cui si conosce la matricola; la ricerca degli studenti continua finchè non viene inserito il valore 0 che indica la fine della ricerca. 17 Esempio di gestione di un elenco di nomi public class TestStudenti public static void main(string args[]) int matricola; int indice ; Studenti elenco = new Studenti(); elenco.leggidati(); System.out.println(" "); elenco.stampadati(); do matricola=console.readint("inser. la matricola da cercare : "); if ( matricola!= 0 ) indice = elenco.cercamatricola(matricola); if (indice > -1) System.out.println(elenco.nomi[indice]+" + elenco.matricole[indice]); else System.out.println ( Studente non presente nell'elenco"); while (matricola!= 0 ); // fine del main // fine della classe TestStudenti 18

10 Esempio di gestione di un elenco di nomi L esempio si può modificare ad esempio aggiungendo : Un metodo cercanome che cerca uno studente anche per nome, Un metodo per leggere i dati di un singolo studente non di tutti. Oppure modificando Il metodo cercanome per cercare tutti gli studenti con un dato nome non solo il primo che incontra. Oppure definendo altre variabili d istanza per memorizzare dati sugli studenti in elenco, ad esempio: corso di laurea, indirizzo, età, ecc. 19 Fondamenti di Informatica Semplici Algoritmi di Ordinamento Prof. Angela Bonifati 20

11 Ordinamento di una sequenza di elementi Esistono molti algoritmi di ordinamento. Tutti ricevono in input una sequenza non ordinata di elementi e restituiscono la sequenza ordinata. Algoritmi di ordinamento: selection sort, quick sort, bubble sort, merge sort. Ognuno di questi algoritmi usa un metodo diverso per ordinare una sequenza di elementi. Tutti generano lo stesso risultato (sequenza ordinata), ma alcuni sono più efficienti di altri. 21 Selection sort Ordinamento per selezione (selection sort) Questo algoritmo ordina una sequenza di elementi andando a trovare l elemento minore e portandolo nella posizione iniziale della sequenza, e l elemento in posizione iniziale nella posizione occupata del valore minore Quindi sulla sotto-sequenza non ordinata effettua la stessa operazione fino a che rimane un solo elemento (che è ordinato)

12 Selection sort L algoritmo opera su una sequenza non ordinata come se fosse composta di due sotto-sequenze: la prima ordinata e la seconda non-ordinata, andando a cercare il valore minimo nella sequenza nonordinata e portandolo nella ultima posizione della sequenza ordinata Quando la sotto-sequenza non ordinata è composta da un solo elemento l ordinamento è terminato (l ultimo elemento è il maggiore). 23 Selection Sort in Java public void ordinasel(int[] vet) for (int j = 0; j < vet.length-1; j++) int temp; int pos_min = j; for (int i = j+1; i < vet.length; i++) if (vet[pos_min] > vet[i]) pos_min = i; if (pos_min!= j) temp = vet[j]; vet[j] = vet[pos_min]; vet[pos_min] = temp; // chiude il for 24

13 Selection Sort in Java Si usano due indici i e j: j scorre su tutto l array, mentre i scorre sulla parte dell array non ordinata. All inizio si assume che la posizione dell elemento minore è 0 e dalla posizione 1 fino alla fine si cerca il valore minimo. Se questo è più piccolo dell elemento nella posizione 0 viene scambiato. Quindi si incrementa l indice j (che identifica la prima posizione della parte non ordinata) e si esegue nuovamente la ricerca del minimo nella sotto-sequenza rimanente. Alla fine l elemento che rimarrà nell ultima posizione dell array (v[v.length-1]) è il valore maggiore. 25