Strutture dati e loro organizzazione. Gabriella Trucco

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1 Strutture dati e loro organizzazione Gabriella Trucco

2 Introduzione I linguaggi di programmazione di alto livello consentono di far riferimento a posizioni nella memoria principale tramite nomi descrittivi (variabili) anziché indirizzi numerici Dato: un particolare valore che una variabile può assumere Tipo di dato: modello matematico che caratterizza l'insieme di valori che una variabile può assumere, e le operazioni che possono essere eseguite su di essa

3 Tipi di dato primitivi Intero dati numerici costituiti da numeri interi Operazioni: aritmetiche e confronto Reali dati numerici costituiti da numeri non interi Operazioni simili a interi Booleani Vero/falso Operatori dell algebra booleana, confronto Caratteri Dati alfanumerici Operazioni: concatenazione, confronto

4 Struttura dati Un modo per memorizzare e organizzare i dati e rendere efficiente l accesso e la modifica dei dati stessi Esempi: array, matrici, grafi, alberi, tabelle hash, heap, liste, code, pile,... Una struttura dati consiste di: un modo sistematico di organizzare i dati un insieme di operatori che permettono di manipolare gli elementi della struttura

5 Struttura dati Statiche: la dimensione è definita al momento della creazione. Una volta terminato lo spazio allocato, è necessario creare un altra struttura di dimensione maggiore dello stesso tipo e copiarvi dentro il contenuto della prima Array, record Dinamiche: la dimensione della struttura dati può variare nel tempo senza limite. L unico limite è la quantità di memoria disponibile nella macchina su cui andrà in esecuzione l applicazione Liste, code, pile, alberi, grafi

6 Strutture dati Lineari: i dati sono disposti in sequenza e possono essere nominati come primo, secondo, terzo,... Non lineari: i dati non sono disposti in sequenza Omogenee: i dati sono tutti dello stesso tipo Non omogenee: i dati sono di tipi diverso Esempio: il tipo di dato array rappresenta una struttura dati lineare, omogenea, a dimensione fissa

7 Struttura dati Nozione astratta svincolata dalla concreta rappresentazione della struttura nel modello di calcolo Implementazione: descrive il modo con il quale la struttura è memorizzata e viene gestita dal calcolatore Ogni struttura dati ammette più implementazioni con un costo diverso Spazio di memorizzazione Tempo per l esecuzione delle operazioni primitive sulla struttura

8 Array In alcuni casi, informazione da elaborare consiste di un aggregazione di valori anziché un solo valore Utile indicare l insieme di valori con una sola variabile: variabile di tipo strutturato Array: Insieme di variabili, tutte dello stesso tipo, identificato da un nome unico. Gli elementi dell array sono disposti in memoria in posizioni consecutive.

9 Definizione di array Specificare: Nome della variabile Tipo di elementi Numero di elementi presenti (cardinalità dell array ESEMPI Definizione di una variabile array v contenente 20 interi: int v[20]; Definizione di una variabile array w contenente 10 float: float w[10];estelar)

10 Accesso agli elementi di un array Specificare il nome della variabile La posizione dell elemento tramite un valore intero (indice) v[0]: primo valore dell array v[n-1]: N-mo elemento

11 Inizializzazione di un array

12 Operazioni Inizializzazione: operazione di input per ciascuno degli elementi Stampa: fare la stampa di ognuno degli elementi. Quale costrutto usare? Ciclo iterativo Esempio int v[5]={23, 2, 4, 3, 54} for (i=0; i<5; i++) print v[i];

13 Ricapitolando Array = blocco di elementi dello stesso tipo struttura dati statica e omogenea, usata in molti linguaggi di programmazione ispirata alla nozione matematica di vettore, (o di matrice, nel caso di array bidimensionali). sorta di casellario: le cui caselle sono dette celle dell'array stesso. Ogni cella come una variabile tradizionale che rappresenta un elemento dell'array; tutte le celle sono variabili di uno stesso tipo preesistente, detto tipo base dell'array. array di interi, array di stringhe, array di caratteri Ciascuna delle celle dell'array è identificata da un valore di indice. indice numerico con valori che assumono numeri interi contigui che partono da 0 o da 1 cella di indice 0, di indice 1, e, in generale, di indice N, dove N è un intero compreso fra 0 (o 1) e il valore massimo per gli indici dell'array.

14 Array Implementazione di un array A di n elementi di tipo primitivo (int, char,...): è memorizzato in n celle consecutive a partire da un indirizzo ind A Scorrimento sequenziale tramite un ciclo iterativo in tutti i suoi elementi o a partire da alcuni di essi oltre a poter accedere singolarmente ad una sua generica posizione. il tempo di accesso ad un generico elemento i è uguale al tempo di accesso della cella di indirizzo ind A+ i, quindi è costante int vettore[5]; // definisce "vettore" come array di 10 elementi interi vettore[0] = 3; // assegna il valore "0" alla cella di indice 0 vettore[1] = 2; vettore[2] = 5; vettore[3] = 0; vettore[4] = 3;

15 Array bidimensionali Matrici: necessari due indici per identificare un elemento dell array Per definire un array bidimensionale, è necessario specificare: il nome della variabile array il tipo degli elementi il numero degli elementi presenti nelle due dimensioni (cardinalità di riga e cardinalità di colonna dell array) Es: double mat [10][10];

16 Esempio

17 Array multidimensionali Un indice per ogni dimensione ogni elemento è identificato dalla combinazione di valori di tutti gli indici del vettore

18 Esempio di matrice: immagine bitmap Costituita da una griglia di n m punti (dot o pixel) colorati n:l numero di righe di punti (pixel rows) m: numero di colonne di punti (pixel columns) Esempio: immagine (ingrandita)

19 Qualità immagine bitmap Dipende da: numero di punti nell immagine (pixel count) numero dei colori: profondità di colore (color depth) Maggiori sono il numero di punti e la profondità di colore, maggiore è la qualità purtroppo aumenta anche la dimensione Occorre tenere sempre conto dell impiego dell immagine

20 Esempi Es1: immagine in due colori, bianco e nero, ingrandita, di un carattere per lo schermo numero di punti e colori molto basso, ma sufficiente Es2: immagine =1.92 Mpixel, in 2 24 = colori, ridotta

21 Profondità di colore I colori percepiti variano in modo continuo Nelle immagini digitali si utilizzano colori tratti da un insieme finito, rappresentabile con un numero finito di bit. Tale numero è la profondità di colore (color depth), o risoluzione cromatica, dell immagine. Profondità di colore maggiormente usate: 1 bit: il pixel può essere solo bianco o nero 8 bit: il pixel può avere uno tra 2 8 = 256 differenti colori. 16 bit: 2 16 = ( 64k ) colori 18 bit: ( 256k ) colori 24 bit: 2 24 colori. La profondità è detta True Color.

22 Profondità di colore

23 Record Record (o tipo aggregato) = blocco di dati in cui elementi diversi possono appartenere a tipi diversi Struttura dati che può essere eterogenea o omogenea. Combinazione di elementi che possono essere di diverso tipo, ad esempio un intero, un numero in virgola mobile e un carattere testuale. Gli elementi che lo compongono sono detti anche campi, e sono identificati da un nome. Struct del linguaggio C Struct { char Nome[25]; int Età; }Impiegato;