Tema 4.- Pilas y Colas

Transcripción

1 Apuntes elaborados por: Eduardo Quevedo, Raquel López y Aaron Asencio Revisado por: Javier Miranda el???? Tema 4.- Pilas y Colas Las pilas y colas son estructuras de datos que se utilizan generalmente para simplificar ciertas operaciones de programación. Estas estructuras pueden implementarse mediante arrays o mediante listas enlazadas. Pilas: Las pilas son estructuras de datos que tienes dos operaciones básicas: push (para insertar un elemento) y pop (para extraer un elemento). Su característica fundamental es que al extraer se obtiene siempre el último elemento que acaba de insertarse. Por esta razón también se conocen como estructuras de datos LIFO (del inglés Last In First Out). Una posible implementación mediante listas enlazadas sería insertando y extrayendo siempre por el principio de la lista. Gracias a las pilas es posible el uso de la recursividad (lo veremos en detalle en el tema siguiente). La variable que llama al mismo procedimiento en el q está, habrá que guardarla así como el resto de variables de la nueva llamada, para a la vuelta de la recursividad ir sacandolas, esto es posible a la implementación de pilas. Las pilas se utilizan en muchas aplicaciones que utilizamos con frecuencia. Por ejemplo, la gestión de ventanas en Windows (cuando cerramos una ventana siempre recuperamos la que teníamos detrás). Otro ejemplo es la evaluación general de cualquier expresión matemática para evitar tener que calcular el número de variables temporales que hacen falta. Por ejemplo: * (8 2 * 5)

2 Colas: Las colas también son llamadas FIFO (First In First Out), que quiere decir el primero que entra es el primero que sale. Colas simples: Se inserta por un sitio y se saca por otro, en el caso de la cola simple se inserta por el final y se saca por el principio. Para gestionar este tipo de cola hay que recordar siempre cual es el siguiente elemento que se va a leer y cual es el último elemento que se ha introducido. Colas circulares: En las colas circulares se considera que después del último elemento se accede de nuevo al primero. De esta forma se reutilizan las posiciones extraídas, el final de la cola es a su vez el principio, creándose un circuito cerrado Lo que se ha hecho es insertar (5), sacar (1), e insertar (8). Se sabrá que una tabla está llena cuando rear y front estén en una posición de diferencia. El teclado de ordenador se comporta exactamente como una cola circular. Para implementar las colas circulares mediante listas enlazadas se pone en el tipo T_Lista los punteros front y rear. 2

3 Colas con prioridad: Las colas con prioridad se implementan mediante listas o arrays ordenados. No nos interesa en este caso que salgan en el orden de entrada sino con una prioridad que le asignemos. Puede darse el caso que existan varios elementos con la misma prioridad, en este caso saldrá primero aquel que primero llego (FIFO). Paquete Pila: Finalmente implementamos el paquete pila tanto para un array como para listas. Esta implementación será realmente útil para el tema siguiente, recursividad. Array: ADS generic type TDato is private; package Pila_generica is private type TPila (Maximo : Positive) is private; Llena, Vacia, FueraDeRango : exception; procedure Push ( Pila : in out TPila; Dato : in TDato ); procedure Pop ( Pila : in out TPila; Dato: out TDato ); function PilaVacia (Pila : in TPila) return Boolean; function PilaLlena (Pila : in TPila) return Boolean; function Valor ( Pila : in TPila; Index : Positive ) return TDato; type TVector is array (Positive range <>) of TDato; type TPila (Maximo : Positive) is record Contenido : TVector (1.. Maximo); Cima : Natural := 0; end record; ADB with Text_IO; with Unchecked_Deallocation; use Text_IO; package body Pila_Generica_Dinamica is procedure Free is new Unchecked_Deallocation (TNodo,TPuntero); 3

4 function Vacia (Pila : in TPila) return Boolean is return Pila.Cab = null; procedure Push (Pila: in out TPila; Dato: in TDato) is NuevoNodo : TPuntero := new TNodo; NuevoNodo.Dato := Dato; NuevoNodo.Sig := Pila.Cab; Pila.Cab := NuevoNodo; procedure Pop ( Pila : in out TPila; Dato : out TDato) is if Pila.Vacia = True then raise Vacia; Dato := P.Dato; Free(P); if Pila.Cab = null then else procedure Reset (Pila : in out TPila) is while Pila.Cab /= null loop Free (P); end loop; 4

5 Listas: ADS generic type TDato is private; package Pila_Generica_Dinamica is private type TPila is private; Vacia : Exception; function Vacia (Pila : in TPila) return Boolean; procedure Reset (Pila : in out TPila); procedure Push (Pila : in out TPila; Dato : in TDato); procedure Pop (Pila : in out TPila; Dato : out TDato); Type TNodo; Type TPuntero is access TNodo; Type TNodo is record Dato : TDato; Sig : TPuntero; end record; Type TPila is record Cab : TPuntero; Vacia : Boolean := True; end record; ADB with Text_IO; with Unchecked_Deallocation; use Text_IO; package body Pila_Generica_Dinamica is procedure Free is new Unchecked_Deallocation (TNodo,TPuntero); function Vacia (Pila : in TPila) return Boolean is return Pila.Cab = null; 5

6 procedure Push (Pila: in out TPila; Dato: in TDato) is NuevoNodo : TPuntero := new TNodo; NuevoNodo.Dato := Dato; NuevoNodo.Sig := Pila.Cab; Pila.Cab := NuevoNodo; procedure Pop ( Pila : in out TPila; Dato : out TDato) is if Pila.Vacia = True then raise Vacia; Dato := P.Dato; Free(P); if Pila.Cab = null then else procedure Reset (Pila : in out TPila) is while Pila.Cab /= null loop Free (P); end loop; 6