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Algoritmi e Strutture Dati II

Tipo di dato astratto e Strutture dati elementari

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Argomenti della lezione

Tipi di dato astratto Strutture dati elementari

Listeo Implementazione di liste in Java

StackCode

Esempi di applicazione

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Tipo di dato astratto

Tipo di dato astratto o ADT (Abstract Data Type): insieme di oggetti e insieme di operazioni definite su di esso

Es.: lista con operazioni di inserimento e cancellazione

Attenzione: l’ADT specifica cosa fa ogni operazione, non come

In Java:o Rappresentazione con interfacciao Implementazione con classe

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Tipo di dato Lista

Insieme di elementi tra i quali è definito un ordinamento totale.

Numerose varianti Ammette (almeno) le operazioni seguenti:

cons(elem): inserisce elem in testa alla lista cdr(): elimina l’ elemento in testa alla lista car(): restituisce l’ elemento in testa alla lista

senza eliminarlo

Nelle implementazioni (es. Java) sono spesso presenti altre operazioni cons(elem, i), remove(i), get(i)

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Liste in Java

Questi ADT sono rappresentati e implementati da interfacce e classi del package java.util (in realtà strutture dati più ricche)

L’interfaccia più generale è Collection

Rappresenta un insieme di elementi, eventualmente replicati (multinsieme)

Ammette operazioni di inserimento e cancellazione

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Liste in Java/2

Interfaccia List Rappresenta una collezione ordinata di

elementi Ammette duplicati Implementazioni: classi LinkedList, ArrayList e Vector

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Liste in Java/3

Classe LinkedList

Realizza una lista doppiamente concatenata

Puntatori a inizio e fine della lista

Classe ArrayList

Realizza lista mediante array

Dimensione puo’ essere variata dinamicamente.

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Classe LinkedList

LinkedList: realizza una lista come generica lista doppiamente concatenata.

Costruttore LinkedList LinkedList(): metodo costruttore

Metodi principali: void add(Object o): inserisce alla fine della lista void addFirst(Object o): inserisce in testa alla lista Object removeFirst(): elimina all’inizio della lista Object removeLast(): elimina alla fine della lista Object remove(int pos): rimuove l’oggetto in posizione

pos Object getFirst(): restituisce il primo oggetto Object getLast(): restituisce l’ultimo oggetto Object get(int pos): restituisce l’oggetto in posizione

pos Iterator iterator(): restituisce un Iterator sulla lista

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Classe ArrayList

Corrisponde all’implementazione con array

CostruttoreArrayList ArrayList(): costruisce

lista vuota Metodi principali:

Simili a quelli di LinkedList Fornisce anche metodi per la modifica

delle dimensioni dell’array

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Iteratori

Sono oggetti che implementano l’interfaccia Iterator

Servono a scorrere sequenzialmente oggetti di tipo Collection (quindi anche liste)

Esempio:...

LinkedList myList = new LinkedList();

....

myIterator = myList.iterator();

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Iteratori/2

myIterator permette di scorrere gli elementi di myList

Metodi: Object next(): restituisce l’elemento successivo

della lista boolean hasNext(): vero se la lista contiene altri

elementi void remove(): elimina dalla lista l’elemento

corrente

E’ solamente un oggetto di ausilio per scorrere la lista

Si può ovviamente scorrere la lista direttamente usando gli indici

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Classe Vector

E’ simile ad ArrayListI metodi sono simili a quelli di ArrayList

E’ una classe sincronizzataE’ consigliabile usarla quando più

thread accedono alla stessa struttura dati

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Classe Vector/2

Array:

Possono contenere tipi di dati primitivi

Dimensione fissa Pochi metodi ma

maggiore efficienza

Classe Vector Contiene Object. I tipi di

dati primitivi devono essere convertiti mediante gli opportuni wrapper.

Gestione flessibile dello spazio di memoria.

Gran numero di metodi a scapito dell'efficienza

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Esempi di uso della classe Vector e dell’interfaccia Iterator

......Vector v = new Vector();

String st = br.readLine(); // br BufferedReader

while (st != null) {v.addElement(st); st = br.readLine();

} System.out.println();

Iterator it = v.iterator(); while (it.hasNext())

System.out.println(it.next());......

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Vector di tipi di dato primitivi.......

Vector v = new Vector();

String st = br.readLine(); // br BufferedReader

while (st != null) {int num = Integer.parseInt(st); v.addElement(new Integer(num)); st = br.readLine();

} System.out.println();

Iterator it = v.iterator(); while (it.hasNext())

System.out.println(it.next());........

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La classe java.lang.Object

Java definisce una classe speciale Object. Tutte le altre classi sono sottoclassi di

Object. Ed è quindi la radice della gerarchia di classi Java

E’ una classe abstract.

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Metodi della classe Object /1

La classe Object definisce alcuni metodi di utilità, fra cui: public boolean equals(Object obj) confronta

il contenuto di this ed obj, restituendo true se sono equivalenti false in caso contrario. Viene ridefinito per implementare un concetto di uguaglianza relativo alla classe in cui è ridefinito.

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Metodi della classe Object /2

public String toString() restituisce una rappresentazione standard dell’oggetto come stringa. Viene chiamato automaticamente quando si ottiene l’output di un oggetto con println(). Molte classi ridefiniscono questo metodo in modo da ottenere una descrizione opportuna dei tipi di oggetto creati.

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Metodi della classe Object /3

public Object clone() ritorna una copia dell’oggetto.

Deep cloning: copia in profondità i dati riferiti dai campi dell’oggetto. Difficile da realizzare se si desidera mantenera la generalità sui dati memorizzati

Shallow cloning: copia solo i riferimenti ai dati memorizzati nei campi, non gli oggetti stessi

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Wrapper di tipi di dato primitivi Trasformano un tipo di dato primitivo in

un oggetto.Object o = new Integer(5)Object p = new Character(c)Object q = new Double(5.0)

Metodo parse per ottenere il tipo di dato primitivo dall’oggettoint a = Integer.parseInt(o)double f = Double.parseDouble(q)

Le stringhe sono considerate oggetti

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Tipo astratto Pila Lista nella quale inserimenti e cancellazioni avvengono solo

in testa (disciplina LIFO).

Operazioni sempre presenti

push(el): inserisce l'elemento specificato da el in cima alla

pila

pop(): elimina l'elemento in cima alla pila

top(): restituisce l'elemento in cima alla pila senza

cancellarlo dalla lista

isEmpty(): verifica se la pila è vuota

Altre operazioni

clear(): elimina tutti gli elementi dalla pila

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Implementazione del tipo Pila

Realizzazione tramite Array

Liste: realizzazione tramite lista

concatenata

A0

A1

Ai top = i

A0 A1 Ai AN

top

Start

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Implementazione asd_library

asd_library.stack.Stack

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Implementazione tramite LinkedListpublic class LLStack { private list= new

java.util.LinkedList();

public LLStack(){ } public void clear(){ list.clear(); } public boolean isEmpty(){ return

list.isEmpty(); } public Object topEl(){ return

list.getLast(); }

public Object pop(){ return

list.removeLast(); } public void push(Object el){ list.add(el); } public String toString(){ return

list.toString(); } }

Attenzione: java.util.Stacknon realizza una vera pila (cisono operazioni in più)

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Implementazione Java con Vectorpublic class Stack {

private java.util.Vector pool= new java.util.Vector();

public Stack(){ } public Stack(int n){ pool.ensureCapacity(n) } public void clear(){ pool.clear(); } public boolean isEmpty(){ return pool.isEmpty(); }

public Object topEl(){ return

pool.lastElement(); } public Object pop(){

return pool.remove(pool.size()-1);

} public void push(Object el){ pool.addElement(el); }

}

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Tipo astratto coda Lista nella quale gli inserimenti avvengono in

coda e le cancellazioni (estrazioni) in testa (disciplina FIFO)

Operazioni sempre presenti clear(): elimina tutti gli elementi dalla coda isEmpty(): verifica se la coda è vuota enqueue(el): inserisce l'elemento

specificato da el alla fine della coda dequeue(): elimina il primo elemento della

coda firstEl(): restituisce il primo elemento

della coda senza eliminarlo

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Implementazione di code con array

A0 A1 A2 AN-3 AN-2 AN-1

testa coda

Elemento non usato

enqueue -> coda = coda + 1 (mod N)dequeue -> testa = testa + 1 (mod N)

Se (coda == testa – 1 mod N) coda pienaSe (coda == testa) coda vuota (un solo elemento presente)

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Implementazione di coda con Array circolare first: indice del primo elemento - testa last: indice dell'ultimo - coda size: numero di elementi dell'array

public class ArrayQueue {private int first, last, size; private Object[] storage; private static final int DEFAULTSIZE = 100;

// metodi nella prossima slide

Algoritmi e strutture dati 35

Implementazione di coda con Array circolare/2

public ArrayQueue(){this(DEFAULTSIZE);

}public ArrayQueue(int n){ size = n;storage = new Object[size];first = last = -1;

} public boolean isFull(){ return ((first == 0) && (last == size - 1))

|| (first == last + 1); } public boolean isEmpty(){ return first == -1;

}

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Implementazione di coda con Array circolare/3

public void enqueue(Object el){if(!isFull())if ((last == size - 1) || (last == -1)) { storage[0] = el; last = 0; if (first == -1) //caso coda vuotafirst=0;

} else storage[++last] = el; }

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Implementazione di coda con Array circolare/4

public Object dequeue(){ Object tmp = null;if(!isEmpty()) {tmp = storage[first];if (first == last) //caso unico elementolast = first = -1;

else if (first == size - 1) first = 0; else first++; }

return tmp; }

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Implementazione di coda con Array circolare/5

public void printAll(){ if(isEmtpy())

System.out.println("Coda vuota."); else {int i = first;do {

System.out.print(storage[i] + " "); i = (i + 1) % size; } while(i != ((last + 1) % size)); System.out.println(); }}

} // fine classe ArrayQueue

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Implementazione asd_library

asd_library.queue.Queue

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Riconoscimento di stringhe parenteticamente corrette La stringa vuota è parenteticamente

corretta Se P1, P2 e P3 sono corrette, allora lo è

anche P1(P2)P3, P1[P2]P3 o P1{P2}P3

Es.: ab(ax)[(b)du{(mb)}] è corretta a(ax)[c e a){b(e} non sono corrette

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Algoritmo (solo un tipo di parentesi)Algorithm stringAnalyzer

balanced = true;

S = <Leggi la stringa>

c = <primo carattere di S>

count = 0;

while ((! <fine di S>) && (count >= 0)) {

if (c == ‘(’)

count++;

else if (c == ‘)’)

count--;

c = <prossimo carattere di S>

}

if ((fine di S) && (count != 0))

balanced = false;

Provare a implementare il riconoscimento con parentesi di qualunque tipo.

Es.:- fg{([{ab(vc)g}kj])

} è corretta- gh{(df[ghj]}gh)hj

non è corretta

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Algoritmo (caso generale)

Usa uno stack Se arriva ‘(‘, ‘[‘ o ‘{‘

inseriscila nello stack Se arriva ‘)‘, ‘]‘ o ‘}‘

confrontala con l’elemento affiorante Se non corrispondono allora

la stringa non è bilanciata

Se si esamina la stringa fino alla fine e lo stack non è vuoto la stringa non è bilanciata. Es.: (((er[])

( [

()

]