FAV-ZCU/KIV PPA2/Prednaska06.md

Odstranění rekurze

Proč?

• problémy s hloubkou zanoření (velikost zásobníku je malá)
• neefektivní , protože se při volání metod kopírují hodnoty skutečných parametrů do zásobníku

Koncová rekurze

• kód končí jediným rekurzivním voláním
• nejjednodušší druh rekurze, je snadné přepsat na cyklus

Eliminace vlastním zásobníkem

• použití zásobníku jako seznamu úkolů (například třída Task)
• položky v zásobníku budou obsahovat:
  • co se má udělat (parametry)
  • v jaké čísti úkolu jsme (segment)
  • data nutná pro pokračování výpočtu (mezivýsledky)
• pokud je potřeba pro dokončení úkolu rekurze, přidá se do zásobníku nový úkol
• až se dojde k triviálnímu úkolu, data se předají dalšímu úkolu

Jak rekurzi odstranit?

• rozdělíme kód na segmenty mezi rekurzivními voláními
• na začátku do zásobníku vložíme pouze hlavní úkol
• zpracováváme položky zásobníku, dokud není prázdný
• místo rekurzivního volání:
  • uložíme stav výpočtu položky na vrcholu zásobníku (stavové proměnné)
  • zvýšíme segment na vrcholu zásobníku (jsme o jednu část úkolu dál)
  • do zásobníku přidáme nový úkol reprezentující rekurzi
  • ukončíme zpracování aktuálního úkolu (smyčka se k němu vrátí později)
• místo vrácení hodnoty:
  • uložíme výsledek do proměnné result
  • odebereme úkol z vrcholu zásobníku
• při pokračování dalším segmentem:
  • obnovíme stavové proměnné z položky na vrcholu zásobníku
  • výsledek posledního rekurzivního volání se nachází v proměnné result
• na konci vrátímě proměnnou result

Závěr

• každou rekurzivní funkci je možné přepsat bez použití rekurze
  • pracný mechanický postup
  • horší přehlednost kódu
  • potřeba implementace zásobníku
• přepsání bez rekurze zachovává třídu složitosti (nezajišťuje efektivitu)
• pro nalezení efektivnější implementace mechanický postup neexistuje

Fronta

• abstraktní datová struktura
• podobá se zásobníku
• FIFO - first in, first out

Operace

• přidání prvku na konec
• vybrání prvku na začátku začátku
• odebrání prvku na začátku začátku

Implementace spojovým prvkem

• velmi podobná zásobníku
• kromě odkazu na první prvek uchovává i odkaz na poslední prvek

Složitost operací

• všechny \Theta(1)
• vyšší náročnost na paměť

Implementace polem

• velmi podobná zásobníku
• po odebrání vznikají prázdná místa v poli
  • je možné je využít pro přidávání
• struktura obsahuje:
  • index prvního prvku
  • počet obsazených indexů
• při přidávání prvku:
  • kontrolujeme, jestli se prvek do pole vejde
    • pokud je místo na začátku, vložíme prvek na začátek pole
    • pokud je pole plné zvětšíme pole a zkopírujeme od indexu prvního prvku až do délky pole
  • využijeme modula - pomocí něj index "přeteče" na začátek pole
    • máme pole o 5 prvcích
    • vkládáme na index 5, nicméně 5 % 5 je 0 (začátek pole)

Složitost operací

• vybrání/odebrání prvního prvku \Theta(1)
• přidání prvku na konec:
  • většinou \Theta(1)
  • při zvětšení pole \Theta(n)
  • v průměru \Theta(1)

Třídy s typovým parametrem

• často potřeba kolekce pro různé datové typy
• není vhodné vytvářet samostatné kolekce (třídy) pro různé datové typy

Řešení pomocí Object

• všechny třídy dědí z Object
• vkládání není problém
• při vybrání prvku je potřeba jej přetypovat
• případná chyba se objeví až za běhu programu

Obalovací třída

• anglicky wrapper
• poskytuje metody, které provádějí přetypování na správnou třídu
• skrývá vnitřní implementaci s Object
• je potřeba ji vytvořit pro každý datový typ

Generická třída

• třída s typovým parametrem class MyStack<T>
  • datový typ Object poté nahradíme typem T
  • bohužel nefunguje všude
    • typ T pouze přebíráme a vracíme
    • vnitřně používáme Object, který poté přetypujeme
• typovým parametrem nemůže být primitivní datový typ
  • využijeme obalovací třídu (Integer, Double, ...)
  • přetypování (boxing a unboxing) probíhá automaticky, je ale dobré o něm vědět
• někdy je potřeba, aby typový parametr něco uměl
  • je možné použít rozhraní
  • class MyStack<T extends IProcessable>
  • pokud potřebujeme použít nějakou metodu tohoto rozhraní ve třídě, můžeme Object přetypovat na T