Struktury Danych i Złożoność Obliczeniowa

Struktury Danych i Złożoność
Obliczeniowa
Zajęcia 1
Podstawowe struktury danych
Tablica
●
●
Najprostsza metoda przechowywania serii
danych,
zalety:
●
●
prostota,
wady:
●
●
musimy wiedzieć, ile elementów chcemy
przechowywać (bądź w trakcie kompilacji, bądź w
czasie tworzenia tablicy),
konieczność znalezienia ciągłego miejsca w
pamięci.
Tablica
●
●
●
●
●
Przykład tworzenia tablicy w sposób statyczny,
przykład tworzenia tablicy w sposób
dynamiczny,
przykład tworzenia dynamicznej tablicy
dwuwymiarowej,
konieczność pamiętania o zwalnianiu
zaalokowanej pamięci,
jakie mamy wartości domyślne? *
Wektor (std::vector<T>)
●
●
●
Jeden z elementów biblioteki standardowej
(STL),
w bibliotece STL (w przestrzeni nazw std)
występuje jako szablon (ang. template),
w porównaniu do klasycznych tablic:
●
prostsze stosowanie,
●
umożliwia płynną „regulację” pojemności,
●
●
dostęp do elementów w ten sam sposób
(przeciążony operator indeksowania),
również potrzebuje ciągłej przestrzeni w pamięci.
Wektor (std::vector<T>)
●
●
Najprostszy przykład,
przykład utworzenia i wykorzystania tablicy
dwuwymiarowej na wektorach,
●
●
●
uwaga: każdy z wierszy może mieć inną długość,
brak konieczności zwalniania pamięci (pamięć
zwalnia destruktor a to jest wykonywane
automatycznie),
jakie mamy wartości domyślne? *
Lista
●
Jak jest skonstruowana lista?
Lista
●
Początek listy to wskaźnik
Lista
●
Przykładowa lista
Lista
Lista cykliczna
Lista dwukierunkowa
Lista (std::list<T>)
●
Konstrukcja listy dwukierunkowej,
●
cechy:
●
●
brak możliwości użycia operatora indeksowania,
●
nie wymaga ciągłości pamięci, na której operuje,
●
●
szybsze działanie przy operacjach dodawania i
usuwania w dowolnym miejscu niż tablica/wektor,
wygodne operowanie przy przeszukiwaniu przy
pomocy iteratorów (występują również w wektorze).
występuje również w prostszej wersji:
std::slist<T>, gdzie mamy do czynienia z listą
jednokierunkową.
Lista (std::list<T>)
●
●
Prosty przykład wykorzystania listy, (1)
przykład wyświetlenia elementów parzystych z
listy intów z wykorzystaniem iteratorów (2) *
Kolejka (std::queue<T>)
●
Kontener o nieco węższych zastosowaniach niż
poprzednio przedstawione,
●
dzięki temu – intuicyjne zastosowania,
●
implementacja kolejki typu FIFO,
●
W porównaniu do listy nie umożliwia iterowania
ani innego dostępu do elementów wewnątrz
kolejki; mamy dostęp tylko do elementu
pierwszego i ostatniego poprzez metody front()
i back(),
Kolejka (std::queue<T>)
●
Przykłady wykorzystania kolejki:
●
●
●
elementy do przetworzenia w ramach jakiegoś
algorytmu,
kolejka może być wykorzystana jako bufor między
dwoma interfejsami (jeden interfejs „nadaje”, drugi
„przetwarza”, ale zdarzenia mogą mieć miejsce
asynchronicznie),
najprostsze algorytmy np. w routerach wykorzystują
kolejki – pakiety przychodzą, są kolejkowane i
kolejno przesyłane do odpowiednich odbiorców.
Deque (std::deque<T>)
●
●
●
Deque to Double-Ended Queue (czyli kolejka o
dwóch końcach),
jest to swoiste „skrzyżowanie” listy i wektora,
kosztem nieco mniejszej wydajności zyskujemy
na uniwersalności:
●
●
●
możliwość iterowania po wszystkich elementach,
możliwość wykorzystania operatora indeksu, aby
dostać się natychmiastowo do konkretnego
elementu,
brak konieczności wykorzystania ciągłego
fragmentu pamięci.
Deque (std::deque<T>)
●
Przykład wykorzystania deque'a, *
●
dodajemy elementy z przodu, z tyłu,
●
używamy operatora indeksowania,
●
usuwamy elementy z dowolnej strony.
Stos (std::stack<T>)
●
●
●
Stos to struktura typu LIFO,
bardzo prosta struktura, która umożliwia de
facto trzy operacje:
●
dodanie elementu na szczyt stosu,
●
usunięcie elementu ze szczytu stosu,
●
sprawdzenie, co znajduje się na szczycie stosu,
jest to adapter („wrapper”) na kontener typu
deque, ale można wykorzystać również inny
kontener (np. vector lub list),
Stos (std::stack<T>)
Uwaga:
nie należy mylić std::stack<T> ze stosem ani
stertą jako element programu bądź systemu
operacyjnego.
Kopiec binarny
●
●
Struktura drzewiasta (choć nie
implementowana jako drzewo) w której każdy
węzeł ma dwoje dzieci (za wyjątkiem
najniższego poziomu drzewa) i mają one
wartości większe niż rodzic,
na najniższym poziomie drzewa elementy
układane są od lewej do prawej strony.
Kopiec binarny
●
Przykład kopca binarnego:
Kopiec binarny
●
Cechy:
●
●
●
●
zawsze element o najmniejszej wartości będzie na
górze kopca,
po dodaniu lub usunięciu elementu, drzewu trzeba
przywrócić własność kopca (można użyć funkcji
STL: std::make_heap),
można sobie wyobrazić kopiec w wersji min i max,
najwygodniej zaimplementować kopiec w postaci
tablicy:
Informacje
Szczegóły związane z każdą z zaprezentowanych
reprezentacji danych można znaleźć tutaj:
http://www.sgi.com/tech/stl/
Pytania?
Zadania?