Temario 3/29/2016. Estructuras de Datos. Clase 4 Pilas y colas

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1 /9/016 Etructura de Dato Etructura de Dato Clae 4 Pila y cola Departamento de Ciencia e Ingeniería de la Computación Univeridad Nacional del Sur Bahía Blanca, Argentina TDA Pila: Definición Implementación Epecificación formal TDA : Definición Implementación Epecificación formal Temario Etructura de dato TDA Pila (Stack) Pila: Colección de objeto actualizada uando una política LIFO (lat in firt out, el primero en entrar e el último en alir). Operacione: puh(e): Inerta el elemento e en el tope de la pila pop(): Elimina el elemento del tope de la pila y lo entrega como reultado. Si e aplica a una pila vacía, produce una ituación de error. iempty(): Retorna verdadero i la pila no contiene elemento y falo en cao contrario. top(): Retorna el elemento del tope de la pila. Si e aplica a una pila vacía, produce una ituación de error. ize(): Retorna un entero natural ue indica cuánto elemento hay en la pila. Aplicacione de Pila Navegador web (brower): Regitro de página viitada (implementación de operación back ) Editor de texto: Implementación de mecanimo comportamiento de tecla Retroceo y Ecape. Ejecución de procedimiento y funcione (recurivo o no): Organización de lo regitro de activación Validación de código HTML Compilación de una expreión y cálculo de u valor: Pao de notación infija a potfija Etructura de dato Etructura de dato 4 Aplicacione de Pila: Tipo de lo objeto Navegador web (brower): Regitro de página viitada (implementación de operación back ) Pila de URL (Pila de String) Editor de texto: Implementación de mecanimo comportamiento de tecla Retroceo y Ecape. Pila de caractere Ejecución de procedimiento y funcione (recurivo o no): Organización de lo regitro de activación Pila de regitro de activación Validación de código HTML Pila de Tag (pila de tring) Compilación de una expreión y cálculo de u valor: Pao de notación infija a potfija Pila de ímbolo (operadore y operando). Implementación de Pila Definición de una interfaz Pila: Se abtrae de la ED con la ue e implementará Se documenta el ignificado de cada método en lenguaje natural Se ua un parámetro formal de tipo repreentando el tipo de lo elemento de la pila Se definen excepcione para la condicione de error Etructura de dato Etructura de dato 6 El uo total o parcial de ete material etá permitido iempre ue e haga mención explícita de u fuente: Etructura de Dato. Nota de Clae. Sergio A. Gómez. Univeridad Nacional del Sur. (c) Departamento de Ciencia e Ingeniería de la Computación Univeridad Nacional del Sur 1

2 /9/016 Etructura de Dato public interface Stack<E> { // Inerta item en el tope de la pila. public void puh( E item ); OJO: En la PC uar comentario Javadoc. // Retorna true i la pila etá vacía y falo en cao contrario. public boolean iempty(); // Elimina el elemento del tope de la pila y lo retorna. // Produce un error i la pila etá vacía. public E pop() throw EmptyStackException; // Retorna el elemento del tope de la pila y lo retorna. // Produce un error i la pila etá vacía. public E top() throw EmptyStackException; Implementacione de pila 1) Con un arreglo ) Con una etructura enlazada ) En término de una lita (lo dejamo pendiente hata dar el TDA Lita) // Retorna la cantidad de elemento de la pila. public int ize(); Etructura de dato public cla PilaArreglo<E> implement Stack<E> { public cla PilaArreglo<E> implement Stack<E> { protected E [] dato; // Archivo: AplicacionUaPilaArreglo.java public cla AplicacionUaPilaArreglo { public tatic void main( String [] arg ) { Stack<Integer> = new PilaArreglo<Integer>();.puh( );.puh( );.puh( );.puh( );.puh( ); 9 dato MAX 1 tamaño 10 public cla PilaArreglo<E> implement Stack<E> { protected E [] dato; public cla PilaArreglo<E> implement Stack<E> { protected E [] dato; dato tamaño MAX 1 Contructor: Tamaño = 0 dato = (E []) new Object[MAX] NOTA: MAX puede er una contante o puede er recibido en el contructor. 11 dato tamaño MAX 1 Pila Vacía: iempty() Retornar tamaño== 0 1 El uo total o parcial de ete material etá permitido iempre ue e haga mención explícita de u fuente: Etructura de Dato. Nota de Clae. Sergio A. Gómez. Univeridad Nacional del Sur. (c) Departamento de Ciencia e Ingeniería de la Computación Univeridad Nacional del Sur

3 /9/016 Etructura de Dato public cla PilaArreglo<E> implement Stack<E> { protected E [] dato; public cla PilaArreglo<E> implement Stack<E> { protected E [] dato; dato MAX 1 tamaño Apilar: Puh(E item): Si tamaño == MAX entonce error ( Pila llena ) dato[tamaño] = item tamaño = tamaño + 1 NOTA: En el cao de la ituación de error e puede: (1) Diparar una excepción indicando pila llena, o () Incrementar el tamaño del arreglo 1 dato tamaño MAX 1 Tope: E pop() Si tamaño == 0 entonce error ( Pila vacía ) aux = dato[tamaño 1] dato[tamaño 1] = null tamaño = tamaño 1 retornar aux 14 Pila: Implementación con nodo enlazado // Archivo: PilaEnlazada.java public cla PilaEnlazada<E> implement Stack<E> { // Archivo: AplicacionUaPilaEnlazada.java public cla AplicacionUaPilaEnlazada { public tatic void main( String [] arg ) { Stack<Integer> = new PilaEnlazada<Integer>();.puh( );.puh( );.puh( );.puh( );.puh( ); 1 Pila: Implementación con nodo enlazado public cla Nodo<E> { private E elemento; private Nodo<E> iguiente; public Nodo() { thi(null, null); public Nodo( E item ) {thi(item,null); public Nodo( E item, Nodo<E> ig ) { elemento=item; iguiente=ig; public E getelemento() { return elemento; public void etelemento( E elemento ) { thi.elemento=elemento; public Nodo<E> getsiguiente() { return iguiente; public void etsiguiente( Nodo<E> iguiente ){ thi.iguiente = iguiente; Public cla PilaEnlazada<E> implement Stack<E> { 16 Pila: Implementación con nodo enlazado Pila: Implementación con nodo enlazado Public cla PilaEnlazada<E> implement Stack<E> { Contructor: Head = null Tamaño = 0 Public cla PilaEnlazada<E> implement Stack<E> { iempty(): Return head == null O Retornar tamaño == El uo total o parcial de ete material etá permitido iempre ue e haga mención explícita de u fuente: Etructura de Dato. Nota de Clae. Sergio A. Gómez. Univeridad Nacional del Sur. (c) Departamento de Ciencia e Ingeniería de la Computación Univeridad Nacional del Sur

4 /9/016 Etructura de Dato Pila: Implementación con nodo enlazado Pila: Implementación con nodo enlazado Public cla PilaEnlazada<E> implement Stack<E> { puh(e item): Nodo<E> aux = new Nodo<E>( ) aux.etelemento( item ) aux.etsiguiente( head ) head = aux tamaño = tamaño + 1 public cla PilaEnlazada<E> implement Stack<E> { E pop(): Si iempty() entonce error( Pila vacia ) aux = head.getelemento() head = head.getsiguiente() tamaño = tamaño 1 retornar aux 19 0 Pila: Implementación con nodo enlazado Pregunta: Por ué conviene inertar en la cabeza de la lita y no en la cola? Si la pila tiene n elemento: Al inertar en la cabeza tenemo operacione con O(1) Al inertar en la cola tenemo operacione con O(n) Epecificación formal de una pila Operacione: create : Stack<E> // Crea una pila vacía puh : Stack<E> x E Stack<E> // Apila un elemento en una pila pop : Stack<E> Stack<E> // Deapila un elemento de la pila iempty : Stack<E> boolean // Tetea i la pila etá vacía top : Stack<E> E // Retorna el tope de la pila Axioma: (1) iempty( create ) = true () iempty( puh(,x) ) = fale () pop( puh(,x) ) = (4) top( puh(, x ) ) = x 1 Etructura de Dato TDA : Colección de objeto actualizada iguiendo una política FIFO (firt in firt out, el primero en entrar e el primero en alir) Operacione: enueue(e): Pone el elemento e al final de la cola deueue(): Elimina el elemento del frente de la cola y lo retorna. Si la cola etá vacía e produce un error. front(): Retorna el elemento del frente de la cola. Si la cola etá vacía e produce un error. iempty(): Retorna verdadero i la cola no tiene elemento y falo en cao contrario ize(): Retorna la cantidad de elemento de la cola. : Aplicacione de pedido para atención por orden de llegada Sitema de reerva en una aerolínea Centro de reerva Línea de producción para atención de proceo de epera Etructura de dato 4 El uo total o parcial de ete material etá permitido iempre ue e haga mención explícita de u fuente: Etructura de Dato. Nota de Clae. Sergio A. Gómez. Univeridad Nacional del Sur. (c) Departamento de Ciencia e Ingeniería de la Computación Univeridad Nacional del Sur 4

5 /9/016 Etructura de Dato : Aplicacione de pedido para atención por orden de llegada Sitema de reerva en una aerolínea de paajero Centro de reerva de Aitente a epectáculo Línea de producción de producto para atención de proceo de proceo de epera de perona : Aplicacione (avanzada) Buffer de entrada alida Socket: Etructura de dato para comunicar do programa: un programa inerta (encola) dato en el ocket y otro programa lo conume (deencolando). Lo dato on conumido en el orden en ue e produjeron. Etructura de dato Etructura de dato 6 Implementación de Definición de una interfaz : Se abtrae de la ED con la ue e implementará Se documenta el ignificado de cada método en lenguaje natural Se ua un parámetro formal de tipo repreentando el tipo de lo elemento de la pila Se definen excepcione para la condicione de error public interface Queue<E> { // Inerta el elemento e al final de la cola public void enueue(e e); Etructura de dato // Elimina el elemento del frente de la cola y lo retorna. // Si la cola etá vacía e produce un error. public E deueue() throw EmptyQueueException; // Retorna el elemento del frente de la cola. // Si la cola etá vacía e produce un error. public E front() throw EmptyQueueException; // Retorna verdadero i la cola no tiene elemento // y falo en cao contrario public boolean iempty(); // Retorna la cantidad de elemento de la cola. public int ize(); Implementacione de cola 1) Con un arreglo ) Con una etructura enlazada ) En término de una lita (lo dejamo pendiente hata dar el TDA Lita) N 1 f 0 r e un arreglo ue mantiene lo elemento de la cola El tamaño de e N f e la poición en del próximo elemento a eliminar en un deueue r e la poición en la cual e va a inertar el iguiente elemento con un enueue. Implementaremo operacione en O(1) 9 Etructura de dato 0 El uo total o parcial de ete material etá permitido iempre ue e haga mención explícita de u fuente: Etructura de Dato. Nota de Clae. Sergio A. Gómez. Univeridad Nacional del Sur. (c) Departamento de Ciencia e Ingeniería de la Computación Univeridad Nacional del Sur

6 /9/016 Etructura de Dato N N 1 f 0 r f 0 r Contructor: f = 0 r = 0 Contructor: f = 0 r = 0 iempty(): Retornar f == r Etructura de dato 1 Etructura de dato N N 1 f 0 r f 0 r Contructor: f = 0 r = 0 iempty(): Retornar f == r front(): Si iempty() entonce error( cola vacía ) retornar [f] Etructura de dato Contructor: f 0 r 0 iempty(): Retornar f == r deueue(): Si iempty() entonce error( cola vacía ) temp = [f]; [f] = null; f = (f+1) mod N; retornar temp front(): Si iempty() entonce error( cola vacía ) retornar [f] Etructura de dato N 1 f 0 r Size(): Retornar (N f+r) mod N enueue(e): Si ize() == N 1 entonce error( cola llena ) [r] = e r = (r+1) mod N Nota: La cola puede almacenar N 1 elemento a lo umo Etructura de dato : Implementación con nodo enlazado public cla Enlazada<E> implement Queue<E> { protected Nodo<E> head, tail; Implementaremo operacione en orden 1. public void enueue( E elem ) { Nodo<E> nodo = new Nodo<E>(); nodo.etelemento( elem ); nodo.etsiguiente( null ); if (tamaño == 0 ) head = nodo; ele tail.etsiguiente( nodo ); tail = nodo; tamaño++; 6 El uo total o parcial de ete material etá permitido iempre ue e haga mención explícita de u fuente: Etructura de Dato. Nota de Clae. Sergio A. Gómez. Univeridad Nacional del Sur. (c) Departamento de Ciencia e Ingeniería de la Computación Univeridad Nacional del Sur 6

7 /9/016 Etructura de Dato : Implementación con nodo enlazado public cla Enlazada<E> implement Queue<E> { protected Nodo<E> head, tail; public E deueue() throw EmptyQueueException { if( tamaño == 0 ) throw new EmptyQueueException( cola vacia ); E tmp = head.getelemento(); head = head.getnext(); tamaño ; if( tamaño == 0 ) tail = null; return tmp; Problema: Inertar lo elemento 1,,, 4 en una cola y luego motrar todo lo elemento de la cola. public cla App { public tatic void main( String [] arg ) { try { Queue<Integer> = new Enlazada<Integer>(); for( int i=1; i<=4; i++).enueue( i ); while(!.iempty() ) Sytem.out.println(.deueue() ); catch( EmptyQueueException e ) { Sytem.out.println( e: + e.getmeage() ); Epecificación formal de una cola Operacione: create : Queue<E> // Crea una cola vacía enueue : Queue<E> x E Queue<E> // Encola un elemento en la cola deueue : Queue<E> Queue<E> // Deencola un elemento de la cola iempty : Queue<E> boolean // Tetea i la cola etá vacía front : Queue<E> E // Retorna el frente de la cola Axioma: (1) iempty(create) = true () iempty(enueue(,x)) = fale () front(enueue(,x)) = { x, if iempty() { front (), otherwie (4) deueue(enueue(,x)) = { create if iempty() { enueue(deueue(),x) otherwie Etructura de Dato 9 Bibliografía Goodrich & Tamaia, Data Structure and Algorithm in Java, 4th edition, John Wiley & Son, 006, Capítulo Se puede profundizar la parte de :][lita enlazada en la Sección. La epecificación formal de pila y cola etá baada en SE 0, Algebraic Specification e0/alg_pec_lec.html 40 El uo total o parcial de ete material etá permitido iempre ue e haga mención explícita de u fuente: Etructura de Dato. Nota de Clae. Sergio A. Gómez. Univeridad Nacional del Sur. (c) Departamento de Ciencia e Ingeniería de la Computación Univeridad Nacional del Sur