Föreläsning 11. ADT:er och datastrukturer

Transkript

1 Föreläsning 11 ADT:er och datastrukturer

2 ADT:er och datastrukturer Dessa två begrepp är kopplade till varandra men de står för olika saker. En ADT (abstrakt datatyp) är just abstrakt och är inte kopplad till något programmeringsspråk eller till implementering. En datastruktur är konkret och till de flesta programmeringsspråk finns en eller flera inbyggda datastrukturer. 2

3 ADT (abstrakt datatyp) En ADT är en programspråksoberoende beskrivning av en mängd data och operationer på denna data för att lagra, komma åt och manipulera den. I objektorienterade programmeringsspråk (som Java) implementeras ADT:er med klasser. Med hjälp av gränssnitt kan man säkerställa att man får med alla de metoder som anges i ADT:n. Exempel på vanliga abstrakta datatyper är: - mängd - sekvens (lista, kö, stack) 3

4 ADT:n Mängd Exempel på egenskaper: - En oordnad samling av unika element. - an innehålla ett obegränsat antal element. Exempel på operationer: Beskrivning: Skapar en tom mängd. Post: en ny tom mängd har skapats Mängd() Beskrivning: ollar om ett element finns i mängden. Post: resultat = sant om elementet i mängden, annars falskt contains(in: element, ut: boolskt värde) Beskrivning: Lägger till ett element i mängden. Pre:!contains(element) Post: element är lagt till mängden add(in: element) Beskrivning: Tar bort ett element ur mängden. Pre: contains(element) Post: element är borttaget ur mängden remove(in: element) Beskrivning: ollar om mängden är tom. Post: resultat = sant om mängden är tom, annars falskt isempty(ut: boolskt värde) Beskrivning: Bestämmer mängdens storlek. Post: resultat = mängdens storlek size(ut: heltal) 4

5 Gränssnitt De operationer som finns till en ADT kan samlas i ett gränssnitt som en implementering av ADT:n kan implementera. Exempel på Javagränssnitt för ADT:n Mängd: public interface SetADT<E> { public boolean contains(e element); public void add(e element); public void remove(e element); public boolean isempty(); public int size(); } 5

6 ADT:n Lista Exempel på egenskaper: - En ordnad sekvens av element. - an innehålla ett obegränsat antal element. Exempel på operationer: Beskrivning: Skapar en tom lista. Post: en ny tom lista har skapats Lista() Beskrivning: ollar om ett element finns i listan. Post: resultat = sant om elementet i listan, annars falskt contains(in: element, ut: boolskt värde) Beskrivning: Lägger till ett element på viss plats i listan. Pre: 0 <= index <= size() Post: element är lagt till listan på plats index add(in: element, index (heltal)) Beskrivning: Tar bort ett element på en viss plats ur listan. Pre: 0 <= index < size() Post: element på plats index är borttaget ur listan remove(in: index (heltal)) Beskrivning: ollar om listan är tom. Post: resultat = sant om listan är tom, annars falskt isempty(ut: boolskt värde) Beskrivning: Bestämmer listans storlek. Post: resultat = listans storlek size(ut: heltal) 6

7 ADT:n ö Exempel på egenskaper: - En ordnad sekvens av element. - an innehålla ett obegränsat antal element. - FIFO (first in first out). Exempel på operationer: Beskrivning: Skapar en tom kö. Post: en ny tom kö har skapats ö() Beskrivning: Lägger till ett element i kön. Post: element är lagt sist i kön enqueue(in: element) Beskrivning: Tar bort elementet först i kön. Pre:!isEmpty() Post: elementet först i kön är borttaget och returnerat dequeue(ut: element) Beskrivning: ollar om kön är tom. Post: resultat = sant om kön är tom, annars falskt isempty(ut: boolskt värde) 7

8 ADT:n Stack Exempel på egenskaper: - En ordnad sekvens av element. - an innehålla ett obegränsat antal element. - LIFO (last in first out). Exempel på operationer: Beskrivning: Skapar en tom stack. Post: en ny tom stack har skapats Stack() Beskrivning: Lägger till ett element på stacken. Post: element är lagt överst på stacken push(in: element) Beskrivning: Tar bort elementet överst på stacken. Pre:!isEmpty() Post: elementet överst på stacken är borttaget och returnerat pop(ut: element) Beskrivning: ollar om stacken är tom. Post: resultat = sant om stacken är tom, annars falskt isempty(ut: boolskt värde) 8

9 Gränssnitt Exempel på Javagränssnitt för ADT:erna ö och Stack: public interface QueueADT<E> { public void enqueue(e element); public E dequeue(); public boolean isempty(); } public interface StackADT<E> { public void push(e element); public E pop(); public boolean isempty(); } 9

10 Implementationer av ADT:er En ADT kan implementeras på många sätt. Hur man implementerar en ADT spelar inte någon större roll så länge man får med de egenskaper och operationer som angetts i ADT:n. Exempelvis kan ADT:n Stack implementeras med hjälp av en lista, array eller noder. 10

11 Listimplementation av ADT:n Stack En Javalistklass (DefaultListModel) används för att spara elementen i stacken. DefaultListModel kan användas tillsammans med JList för att visa elementen i ett GUI. Toppen på stacken har valts till index=0. Tips: Denna implementation kan till vissa delar användas till lab 4. 11

12 Arrayimplementation av ADT:n Stack Storleken på arrayen har valts till 20. Stacken har alltså en övre gräns. Förvillkoret till operationen push blir då att stacken inte är full. Detta måste kontrolleras i PushButtonklassen. lassen ärver AbstractListModel och implementerar gränssnittet ListModel för att den ska kunna användas tillsammans med JList. Botten till stacken har valts till index 0 för att slippa omflyttningar av element. 0 12

13 Nodimplementation av ADT:n Stack Elementen i stacken lagras som länkade noder. Insättning och borttagning görs i början av kedjan av effektivitetsskäl. Den blir då toppen av stacken. Vi får skapa en Node-klass för noderna där man kan spara ett stackelement och en pil till nästa nod (länk). lassen ärver AbstractListModel och implementerar gränssnittet ListModel av samma skäl som i arrayimplementationen. 13

14 Stackapplikationer Reverse: Vända på strängar. Exempel: Vänd på alle med hjälp av en stack. alle alle lle le e a a l l a l e l a l e el ell ella ella e l a l l a l a l a 14

15 Stackapplikationer IsPalindrom: ollar om en sträng är likadan oavsett om man läser den fram- eller baklänges. Exempel: anna, nitalarbralatin, olasalo olasalo lasalo asalo Salo o l o l a o alo lo o =? a l o =? l o =? o 15

16 Stackapplikationer IsBalanced: ollar om ett programs parenteser är balanserade. Parenteserna är (, ), [, ], {, }. Exempel: ([]{}), public class Test { public Test(){}} Lösningsförslag: - gå igenom strängen (programmet) från vänster till höger, - om tecknet är en vänsterparentes, lägg parentesen på stacken, - om tecknet är en högerparentes poppa stacken och jämför parenteserna, - andra tecken ignoreras, - om alla parentesjämförelser gått igenom och stacken är tom i slutet är programmet balanserat 16