Tipo de dato abstracto

Transcripción

1 /6/01 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 Tipo de dato abtracto Un tipo de dato abtracto (TDA) (en inglé, ADT por Abtract Data Type) e un tipo definido olamente en término de u operacione y de la retriccione ue valen entre la operacione. La retriccione la daremo en término de comentario. Cada TDA e repreenta en eta materia con una (o varia) interface (cada una llamada ort). Una o má implementacione del TDA e brindan en término de clae concreta. Hoy daremo lo TDA Pila (Stack) y Cola (Queue) (la clae ue viene daremo u aplicacione). Etructura de dato TDA Pila (Stack) Pila: Colección lineal de objeto actualizada en un extremo llamado tope 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. 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 4 La flecha punteada e lee implementa. Daremo tre implementacione de la interfaz Stack<E> con tre clae: PilaArreglo<E>, PilaEnlazada<E> y PilaLita<E> Diagrama UML del dieño Interface Stack<E> encabezado de operacione.. 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; PilaArreglo<E> Atributo Implementación de contructore y de operacione PilaEnlazada<E> Atributo Implementación de contructore y de operacione PilaConLita<E> Atributo Implementación de contructore y de operacione // Retorna el elemento del tope de la pila y lo retorna. // Produce un error i la pila etá vacía. public E top() throw EmptyStackException; // Retorna la cantidad de elemento de la pila. public int ize(); 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 /6/01 Etructura de Dato Implementacione de pila 1) Con un arreglo ) Con una etructura de nodo enlazado ) En término de una lita (lo dejamo pendiente hata dar el TDA Lita) public cla PilaArreglo<E> implement Stack<E> { // Archivo: AplicacionUaPilaArreglo.java public cla AplicacionUaPilaArreglo { public tatic void main( String [] arg ) { Stack<Integer> = new PilaArreglo<Integer>();.puh( );.puh( );.puh( );.puh( );.puh( ); public cla PilaArreglo<E> implement Stack<E> { protected E [] dato; public cla PilaArreglo<E> implement Stack<E> { protected E [] dato; dato MAX 1 tamaño 9 dato MAX 1 tamaño 0 Contructor: PilaArreglo( int MAX ) { Tamaño = 0; dato = (E []) new Object[MAX]; NOTA: Puedo tener contructore, uno donde el cliente epecifica MAX y otro donde no e epefica MAX y tiene un valor por defecto (e.g., para tener una pila de 0 elemento, ecribir PilaArreglo() { thi(0); 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 Pila Vacía: iempty() Retornar tamaño== 0 11 dato MAX 1 tamaño Apilar: Puh(E item): Si tamaño == TAMAÑO DEL ARREGLO 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 en O(1), o () Incrementar el tamaño del arreglo, copiar lo elemento e inertar el nuevo elemento en O(n) 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 /6/01 Etructura de Dato public cla PilaArreglo<E> implement Stack<E> { protected E [] dato; Pila: Implementación con nodo enlazado // Archivo: PilaEnlazada.java public cla PilaEnlazada<E> implement Stack<E> { 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 1 // Archivo: AplicacionUaPilaEnlazada.java public cla AplicacionUaPilaEnlazada { public tatic void main( String [] arg ) { Stack<Integer> = new PilaEnlazada<Integer>();.puh( );.puh( );.puh( );.puh( );.puh( ); 14 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> { 1 Pila: Implementación con nodo enlazado Public cla PilaEnlazada<E> implement Stack<E> { Contructor: Head = null Tamaño = 0 16 Pila: Implementación con nodo enlazado Pila: Implementación con nodo enlazado Public cla PilaEnlazada<E> implement Stack<E> { iempty(): Return head == null O Retornar tamaño == 0 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 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 /6/01 Etructura de Dato Pila: Implementación con nodo enlazado Pila: Implementación con nodo enlazado rabo 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 Pregunta: Por ué conviene inertar en la cabeza de la lita y no en el rabo? Si la pila tiene n elemento: Al inertar en la cabeza tenemo operacione con O(1) Al inertar en el rabo tenemo operacione con O(n) 0 TDA Cola Cola: Colección lineal de objeto actualizada en u extremo llamado frente y rabo iguiendo una política FIFO (firt in firt out, el primero en entrar e el primero en alir) Operacione: enueue(e): Inerta el elemento e en el rabo 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. Implementación de Cola Definición de una interfaz Cola: 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 cola Se definen excepcione para la condicione de error 1 Etructura de dato public interface Queue<E> { // Inerta el elemento e al final de la cola public void enueue(e e); // 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; Implementacione de cola 1) Con un arreglo ) Con una etructura enlazada ) En término de una lita (lo dejamo pendiente hata dar el TDA Lita) // 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(); 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 /6/01 Etructura de Dato N N 1 f 0 r f 0 r e un arreglo de N componente y mantiene lo elemento de la cola El tamaño máximo de e N 1 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) Etructura de dato Contructor: f = 0 r = 0 Etructura de dato N N 1 f 0 r f 0 r Contructor: f = 0 r = 0 iempty(): Retornar f == r Contructor: f = 0 r = 0 iempty(): Retornar f == r front(): Si iempty() entonce error( cola vacía ) retornar [f] Etructura de dato Etructura de dato N N 1 f 0 r f 0 r 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 9 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 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 /6/01 Etructura de Dato Cola: Implementación con nodo enlazado Cola: Implementación con nodo enlazado public cla ColaEnlazada<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++; 1 public cla ColaEnlazada<E> implement Queue<E> { protected Nodo<E> head, tail; Cola 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 ColaEnlazada<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() ); 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. 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 6