24
АБСТРАКТНЫЕ ТИПЫ ДАННЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ, СПИСКИ Максименкова Ольга Вениаминовна Младший научный сотрудник МНУЛ ИССА Старший преподаватель Департамента программной инженерии Факультета компьютерных наук (с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 1

Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

АБСТРАКТНЫЕ ТИПЫ ДАННЫХПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ, СПИСКИ

Максименкова Ольга Вениаминовна

Младший научный сотрудник МНУЛ ИССА

Старший преподаватель Департамента программной инженерии Факультета компьютерных наук

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 1

Page 2: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Цели

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 2

Познакомиться

• С контейнерами и последовательностями, как с

абстрактными типами данных;

• С динамическими структурами данных;

• Со способами реализации этих представлений на языке

C++

Получить навыки

• Реализации некоторых АТД на языке C++

Page 3: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Соглашения о терминологии

• Абстрактный Тип Данных (АТД) [abstract logic design] –

функциональное описание некоторого класса сущностей в

терминах операций, которые могут выполняться над ними.

• Интерфейс АТД – формальное и однозначное описание синтаксиса

и семантики операций, которые могут выполняться над

экземплярами АТД.

ТАК ЖЕ, КАК ОПИСАНИЕ ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ НЕ

ОПРЕДЕЛЯЕТ ОСОБЕННОСТИ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ, ТАК И

ИНТЕРФЕЙС АТД НЕ ОПРЕДЕЛЯЕТ РЕАЛИЗАЦИЮ АТД.

Page 4: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Контейнер

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 4

• Контейнер [container] – Абстрактный тип данных, представляющий

собой структурированную коллекцию информационных элементов,

доступ к которым определяется структурой контейнера.

• Добавление и удаление элементов контейнера назовём его

трансформацией.

• Доступ к элементу контейнера – операция получения или

изменения значения этого элемента.

• Последовательность [sequence] – контейнер, в котором элементы

упорядочены по индексам (пронумерованы).

Page 5: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Некоторые виды последовательностей

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 5

• Вектор [vector]

• последовательность, в которой возможен доступ к любому элементу по индексу элемента

• Дек

• Стек

• Очередь

Page 6: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Дек

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 6

• Дек [deque, double ended queue] – последовательность, в

которой возможны только:

1. доступ: к концевым элементам;

2. добавление: до начального и после конечного элемента;

3. удаление: концевых элементов.

Удаление Добавление

Добавление Удаление

Deque

Page 7: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Очередь

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 7

• Очередь [queue] – дек, в котором возможны только:

1. доступ: к начальному элементу;

2. добавление: после конечного элемента;

3. удаление: начального элемента.

• Конечный элемент очереди часто называют хвостом очереди,

а начальный – головой очереди.

Добавление Удаление

Queue

Page 8: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Стек

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 8

• Стек [stack] – дек, в котором возможны только:

1. доступ: к конечному элементу;

2. добавление: после конечного элемента;

3. удаление: конечного элемента.

• Конечный элемент стека называют вершиной стека.

Удаление

Добавление

Stack

Page 9: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

СпискиОдносвязный

Двусвязный

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 9

Page 10: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Список

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 10

• Список представляет собой такую реализацию последовательности однотипных элементов, когда элементы связаны друг с другом посредством ссылок.

• Каждый элемент списка содержит не только информационное поле, но одно или более полей со ссылками на другие элементы.

Page 11: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Наиболее распространённые списки

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 11

• односвязные списки• каждый элемент, кроме последнего, содержит ссылку на

следующий, последний элемент ссылается на null

• двухсвязные списки• каждый элемент, кроме первого и последнего, содержит ссылки на

предыдущий и следующий

Page 12: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Односвязный список

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 12

Value Value Value null ...

Начало списка [Top]

5 7 10 null ...

foo bar baz null ...

Примеры

Page 13: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Модель элемента односвязного списка

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 13

Value Value Value null ...

Начало списка [Top]

#include "iostream"using namespace std;struct ListItem {int n;ListItem* next;

};

void main() {ListItem head; // создаём структуруhead.n = 1; // значение поля структурыhead.next = NULL; // значение поля типа указатель

}

Page 14: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Как добавить элемент в односвязный список?

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 14

// добавим элементListItem newItem;newItem.n = 2;newItem.next = NULL;// head должен "указывать" на новый элементhead.next = &newItem;

// пройдём по списку, нужен "указатель"ListItem* curr = &head;while (curr != NULL) {cout << curr->n << endl;curr = curr->next;

}system("pause");

Самостоятельно напишем функцию, добавления элемента в конец

односвязного списка следующий слайд

Page 15: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Задание

1. Описать функцию добавления нового элемента в конецодносвязного списка (как узнать, в какой список добавить элемент?).

2. Описать функцию вывода на экран всех элементов списка, начиная с головы.

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 15

Page 16: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Вставка элемента в односвязный список

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 16

Пусть имеется некоторый односвязный список и ссылка р на элемент,

после которого мы хотим вставить новый элемент.

Value Value ...

n n+1

...

Предшествующий

элемент

Состояние списка перед добавление элемента

1. создание нового элемента

2. присвоение значений его полям

3. добавление связи с элементом, следующим за P

4. добавление связи с элементом P

Алгоритм добавления элемента

Page 17: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Создание и инициализация нового элемента

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 17

?

Новый элемент [Tmp]

?

New

Новый элемент [Tmp]

?

1. Создание нового элемента

2. Присвоение значений его полям

ListItem Tmp;

Tmp.n = 2;Tmp.next = NULL;

Page 18: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Добавление связей

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 18

Максименкова О.В., 2015 18

Value Value ...

n n+1

...

New

Новый элемент [Tmp]

Предшествующий

элемент [P]

Value Value ...

n n+1

...

New

Новый элемент [Tmp]

Предшествующий

элемент [P]

3. добавление связи с элементом, следующим за P

4. добавление связи с элементом P

Tmp.next = p.next;

p.next = &Tmp;

Page 19: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Удаление элемента из односвязного списка

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 19

Пусть имеется некоторый односвязный список и ссылка р на

элемент, предшествующий тому, который мы хотим удалить.

Состояние списка перед удалением элемента

1. добавление связи между P и следующим за удаляемым элементом

2. Освобождение памяти из под удалённого элемента!!!

Алгоритм удаления элемента

Value Value

n n+1

...

Предшествующий

элемент [P]

Value ...

n+2

Page 20: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Задание

1. Описать функцию добавления элемента в произвольное место в списке (как задавать это место?)

2. Описать функцию удаления элемента из списка.

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 20

Page 21: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Двусвязный список

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 21

Value Valuenull Value ... null

Начало списка [Head] Конец списка [Tail]

5 7null 9 ... null

Page 22: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Модель элемента двусвязного списка

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 22

Value Valuenull Value ... null

Начало списка [Head] Конец списка [Tail]

struct DblListItem {int n;ListItem* next;ListItem* prev;

};

void main() {DblListItem head;head.n = 1;head.next = NULL;head.prev = NULL;

}

Page 23: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

Задание

1. Опишите набор функций для управления двусвязным списком: добавление элемента списка, удаление элемента списка, добавление элемента в конец списка, добавление элемента в начало списка; вывод списка в прямом и обратном порядке.

2. Каким образом реализовать закольцованный список?

3. * Опишите функции для управления односвязным и двусвязным закольцованным списком.

4. ** Реализуйте любой алгоритм сортировки для списка.

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 23

Page 24: Абстрактные типы данных, последовательности, списки

(с) Максименкова О.В., НИУ ВШЭ, ФКН, ДПИ, 20.06.2016 24

Спасибо за внимание!

Максименкова Ольга Вениаминовна

Старший преподаватель Департамента программной инженерии, ФКН

E-mail: [email protected]

Blog: Stop To Scale (http://stoptoscale.blogspot.ru)