Föreläsning 2. Länkad lista och iterator

Transkript

1 Föreläsning 2 Länkad lista och iterator

2 Föreläsning 2 Länkad-lista Lista implementerad med en enkellänkad lista Iterator Implementering av en Iterator Dubbellänkad lista och cirkulär lista LinkedList JCF Iterator JCF Läsanvisningar och uppgifter

3 Länkad lista (enkellänkad) En länkad lista är en datastruktur där varje element ligger i en nod som håller reda på nästa nod. Datastrukturen består av en referens till första noden och kedjan av noder. Fördelarna med denna struktur jämfört med en array är att den kan växa dynamiskt det är effektivt att stoppa in eller ta ut element mitt i. Man behöver inte flytta massor med element utan bara ändra länkarna. Är platsen känd med referens är att ta bort eller sätta in element O(1) Nackdelarna är att Varje element kräver plats för en referens till nästa nod Om vi vill nå ett visst element måste vi gå igenom hela listan får att komma till det element vi önskar. Att hitta ett element är O(n)

4 Enkellänkad lista UML Ta bort ett element Lägga till ett element

5 Lista implementerad med en enkellänkad lista package singlelp; public class SingleLinkedList<E> { private static class Node<E> { private E data; private Node<E> next; public Node(E data, Node<E> next) { this.data = data; this.next = next; private Node<E> head; private int size; public SingleLinkedList(){ head = null; size = 0;

6 Gränssnitt Gränssnittet utåt för denna klass skall vara identiskt med vår arraylista. När man använder klassen ska man alltså inte behöva veta något om noder och länkar utan allt detta ska hanteras internt av klassen. Däremot för att använda den effektivt eller för att veta om man ska använda en arraylista istället behöver man förstå hur den fungerar. Låt oss börja med att lägga till element på plats index.

7 public void add(int index, E item) { if (index < 0 index > size) { throw new IndexOutOfBoundsException(Integer.toString(index)); if (index == 0) { addfirst(item); else { Node<E> node = getnode(index - 1); addafter(node, item);

8 SLList<String> Node<String> Node<String> head = next = data = "Tom" next = data = "Dick" private void addfirst(e item) { head = new Node<E>(item, head); size++; SLList<String> Node<String> Node<String> head = next = data = "Tom" next = data = "Dick" Node<String> next = data = "Ann"

9 //Returnerar null om noden saknas private Node<E> getnode(int index) { Node<E> node = head; for (int i = 0; i < index && node!= null; i++) { node = node.next; return node;

10 SLList<String> Node<String> Node<String> head = next = data = "Tom" next = data = "Dick" private void addafter(node<e> node, E item) { node.next = new Node<E>(item, node.next); size++; SLList<String> Node<String> Node<String> head = next = data = "Tom" next = data = "Dick" Node<String> next = data = "Ann"

11 I arraylistan var det naturligt att ha en metod som la till ett element sist i listan. Den är lättast att implementera och framförallt är den effektiv. Vill vi implementera List-interfacet även till denna behöver vi en sådan här med: public boolean add(e item) { add(size, item); return true; Men hur effektiv blir den? Vad händer om vi lägger till 10 element med denna till en tom lista? Hur kan vi förbättra effektiviteten?

12 public E get(int index) { if (index < 0 index >= size) { throw new IndexOutOfBoundsException(Integer.toString(index)); Node<E> node = getnode(index); return node.data; Även här får vi effektivitetsproblem om vi använder en for-loop och denna för att gå igenom en lista.

13 Traversera en public String tostring() { StringBuilder sb = new StringBuilder("["); Node<E> p = head; if (p!= null) { while (p.next!= null) { sb.append(p.data.tostring()); sb.append(" ==> "); p = p.next; sb.append(p.data.tostring()); sb.append("]"); return sb.tostring(); Här ser man hur man går igenom en lista utan att behöva gå igenom listan igen för varje element. En ide vi behöver ta med oss för att kunna gå igenom en lista effektivt även utifrån.

14 Iterator En iterator låter oss gå igenom en listas element med O(1) för att få ut varje element istället för O(n) genom att helt enkelt hålla reda på var i listan vi är och sedan returnera nästa element så som vi kunde göra när vi gick igenom listan med den interna funktionen tostring().

15 Iterator - implementering private class Itr implements Iterator<E> {//nested class Node<E> current; public Itr(Node<E> start) { current = public boolean hasnext() { return current!= public E next() { if (current == null) { throw new NoSuchElementException(); E returnvalue = current.data; current = current.next; return public void remove() { throw new UnsupportedOperationException();

16 //metod i SingleLinkedList<E> public Iterator<E> iterator() {//metod i return new Itr(head); // lägg också till att klassen implements Iterable<E>

17 Exempel iterator package singlelp; import java.util.iterator; public class SingleLinkedListTest { public static void main(string[] args) { SingleLinkedList<String> list = new SingleLinkedList<String>(); for(int i=1;i<=10;i++)//o(n 2 ) list.add("sträng "+i); Iterator<String> iter = list.iterator(); while(iter.hasnext())//o(n) System.out.println(iter.next());

18 Dubbellänkad lista I en dubbellänkad lista har varje nod en referens till både noden före och noden efter (dessutom både head och tail) Att sätta in sist blir O(n) istället för O(n 2 ) (kan åstadkommas med en länk tail till sista noden) Vi kan sätta in före och efter en nod vi har en referens till Vi kan ta bort en nod utan att ha en referens till noden innan Vi kan traversera listan åt bägge håll

19 Cirkulär lista Både en enkellänkad lista (och en dubbellänkad lista) kan göras cirkulär genom att länka sista noden till första (och första till sista) Vi kan traversera hela listan från godtyckligt element Riskerar inte att falla av listan Måste dock undvika oändliga loopar

20 Länkad lista i JCF (dubbellänkad) java.lang.object java.util.abstractcollection<e> java.util.abstractlist<e> java.util.abstractsequentiallist<e> java.util.linkedlist<e> All Implemented Interfaces:Serializable, Cloneable, Iterable<E>, Collection<E>, Deque<E>, List<E>, Queue<E>

21 JCF Iterator En iterator låter oss gå igenom, traversera, alla element i en Collection (tex en lista) med O(n) istället för O(n 2 ) Iterator<Integer> iter = alist.iterator(); while (iter.hasnext()) { int value = iter.next(); // Gör något med value istället för for(int index=0;index<alist.size();index++){ int value = alist.get(index); //Gör något med value Finns också enhanced for statement som använder iteratorn: for(int value: alist){ //Gör något med value

22 LinkedList<E> Iterator LinkedList implementerar Iterable och har därmed metoden: public Iterator<E> iterator() Iterator är ett interface med följande metoder:

23 Iterator koncept Tänk på en iterator som att den alltid befinner sig mellan noder:

24 Exempel - remove Du måste anropa next före varje remove: public static void removedivisibleby(linkedlist<integer> alist, int div) { Iterator<Integer> iter = alist.iterator(); while (iter.hasnext()) { int nextint = iter.next(); if (nextint % div == 0) { iter.remove();

25 ListIterator Listiterator<E> interfacet ärver från Iterator<E> och tillhandahåller utökad funktionalitet för de klasser såsom LinkedList som tillhandahåller en sådan. De två viktigaste förbättringarna är en add metod och att den kan traversera listan i bägge riktningarna För att få en sådan anropa listiterator(index). Se Java API för metoder.

26 Läsanvisning och uppgifter KW 2.5, (2.6), 2.7, (2.8), (2.9) Uppgifter: (SC Self Check, P Programing, PP Programing Projects, NB se sist i föreläsningen) Avsnitt 2.5: SC 1, NB 4(1p),5, 6(2p) Avsnitt 2.7: NB 7(2p)

27 Uppgifter NB 4 (1p) I den här uppgiften ska du träna på att programmera en länkad lista. Skapa en klass Node: public class Node{ public String data; public Node next; Skriv en main-klass där du direkt i main utan hjälp av funktioner skriver kod som skapar en länkad lista med datat: Gilgamesh - > löper -> på -> stäppen mha klassen Node. Skriv sedan en while-loop som går igenom listan och skriver ut innehållet i denna till standard out. Avsluta med att lägga till kod som tar bort på innan listan skrivs ut.

28 Uppgifter NB 5 Sätt ihop vår enkellänkade lista från föreläsningen. Skriv också en remove(index) metod till vår enkellänkade lista. Den ska returnera data från noden som tas bort. Skriv också en main-klass som testar funktionaliteten. Det finns förslag på hjälpfunktioner i boken men försök att lösa uppgiften själv.

29 NB 6 (2p) Lägg till en privat medlem tail i vår enkellänkade lista. Skriv om alla metoder från föreläsningen i klassen (alltså ej remove från NB 4) så att tail alltid refererar till sista noden. Gör om add() som lägger till ett element sist så att den nu utnyttjar tail för att bli O(1). I de flesta tillämpningar (men inte alla) är det värt att ha en tail-referens.

30 NB 7 (2p) Skriv själv remove metoden till vår iterator från föreläsningen. Obs att den inte kan anropa remove i vår länkade lista. Denna kommer ju då gå igenom hela listan för att komma till rätt nod och därmed förfela hela syftet med iteratorn.