FAV-ZCU/KIV PPA2/Prednaska07.md

Seznam

• abstraktní datová struktura
• umožňuje vložení i odebrání prvku z jakékoliv pozice

Jak specifikovat pozici?

• indexem
• aktuální pozice

Ukazovátko

• ukazuje na aktuální pozici v seznamu
• posun dopředu i na začátek
• operace v \Theta(1)
• možné interpretace:
  • ukazuje na prvek
    • některé operace problematické (např. vložení - před nebo za prvek?)
  • ukazuje mezi prvky
    • jednožnačné vkládání: sem
    • vybírání/odebírání dohodou - třeba prvek napravo

Implementace spojovou strukturou

• opět spojovací dílek - data a následující prvek
• reference na první (first) a aktuální prvek (current)
• ukazovátko míří na current a current.next
• je-li current = null, míří se před první prvek seznamu
• pohyb ukazovátka:
  • moveToFirst - na začátek
  • next - na další prvek
    • potřeba myslet na posun z null a neexistující další prvek
• přidávání mezi dva prvky:
  • přepíše se odkaz current.next na vložený prvek
  • vloženému prvku se nastaví původní current.next
• mazání prvku
  • vyřešení speciálních případů (na začátku, na konci)
  • current.next = current.next.next, prvek se přeskočí
• vybrání prvku na zadané pozici
  • projdeme seznam od začátku
  • \Omega(n) složitost!

Iterátor

• seznam neumožňuje prácí na více místech
• vznik odděleného ukazovátka od dat - iterátoru (návrhový vzor)
• třída, která má aktuální index current a referenci `list
• stejná implementace jako u seznamu (místo first se použije list.first)`

Operace

• vybrání dat napravo (get())
• posunutí doprava (next())
• vrácení na začátek (moveToFirst())
• přidání prvku na pozici (insert(...))
• odstranění prvku napravo (remove())
• vytvoření klonu (clone()), který ukazuje na stejný prvek

Problémy

• iterátory o sobě nevědí
  • jeden smaže prvek, na který odkazuje jiný iterátor
  • řešení
    • používat více iterátorů pouze pro čtení
    • při editaci zajistit, aby nebyl zasažen jiný iterátor
• pohyb pouze dopředu
  • řešení: obousměrně zřetězený seznam
  • spojovací prvek s next i previous
  • v iterátoru nová metoda previous()
  • složitější konzistence struktury
  • 2x více režijní paměti

Implementace paralelními poli

• jen dopředné zřetězení
• dvě stejně dlouhá pole
  • pro data
  • pro index následovníka (next) - prázdného či obsazeného prvku
• index začátku first
• index volného pole empty
• index aktuálního prvku current

Kolekce v Javě

Java poskytuje knihovní třídy pro základní implementaci kolekcí

Třída LinkedList<T>

• spojová datová struktura

Operace

• operace v \mathcal O(1)
  • void addFirst(T), void addLast(T)
  • T getFirst(), T getLast()
  • void removeFirst(), void removeLast()
• operace v \Omega(n)
  • void add(int, T) - vložení na daný index
  • T get(int) - získání z indexu
  • void remove(int) - smazání z indexu
• Iterator<T> iterator()
• ListIterator<T> listIterator() - lepší iterátor

Třída ArrayList<T>

• dynamické pole

Operace

• operace v \mathcal O(1)
  • void add(T)
  • T get(int)
• operace v \Omega(n)
  • `void remove(int)
• operace pro získání iterátorů - ale s vyšší složitostí!

Třída Iterator<T>

Operace

• T next() - vrátí přeskočený prvek a posune se dopředu
  • na konci vyhodí výjimku
• boolean hasNext() - existence dalšího prvku
• void remove() - odstraní poslední prvek vrácený metodou next()
  • před dalším odstraněním potřeba zavolat next()
• chybí:
  • návrat na začátek (stačí si vyžádat nový iterátor)
  • metoda pro vložení prvku

Vylepšený ListIterator<T>

• má navíc:
  • T previous() - vrátí hodnotu předchozího prvku a posune iterátor zpět
    • na začátku vyhodí výjimku
  • void add(T) - vloží prvek na pozici iterátoru

Rozhraní Queue<T>

• rozhraní fronty
• LinkedList<T> toto rozhraní implementuje

Operace

• void add()
• T element()
• T remove()

Třída Stack<T>

implementace zásobníku dynamickým polem - ArrayList

• stejné metody poskytuje i LinkedList

Operace

• void push(T)
• T pop()
• T peek()

Obecná zásada

Kolekce v čase \mathcal O(1) umí buď

1. vybrat prvek na specifickém indexu, anebo
2. vyjmout/vložit prvek na pozici iterátoru,

ale nikdy ne obojí současně!

Najít i-tý prvek ve spojovém seznamu zabere vždy \Omega(n).