tema 3: la estructura de datos lista estructuras de datos ingeniería en informática universidad...

Tema 3: La estructura de datos Lista

Estructuras de DatosIngeniería en InformáticaUniversidad Carlos III de Madrid

Laboratorio DEICurso 2003/04

Laboratorio DEI

2003/04 Estructura de Datos Listas - 2

Listas: descripción lógica LISTA = colección de elementos homogéneos

entre los que existe una relación linealCada elemento de la lista, a excepción del primero, tiene un único predecesorCada elemento de la lista, a excepción del último, tiene un único sucesor

Nodos y enlaces

Laboratorio DEI


Listas: descripción lógica Orden de nodos afecta a la función de acceso

Según orden de inserciónSegún clave

EjemploLista de calificaciones ::= <Alumno> + {<Alumno>}<Alumno>::= <<DNI>> + <<NIA>> + <Apellido1> +

<Apellido2> + <Nombre> + <Calificación>

Laboratorio DEI


Listas: descripción lógica Listas Arrays

Listas son flexibles y permiten cambio de implementación

OperacionesInsertar, Borrar, Modificar, etc.

Tipos de listasSimplesOrdenadasPilasColasDoblemente enlazadas (LDE)Circulares

Laboratorio DEI


TAD Lista: Posibles implementaciones

····UNG

i = min +1 +2 ... ... ... max

posición = i

elem[i] =

tamaño = 3

i = 1 2 3 4 5 … max

posición = i

elem[i] =

tamaño = 3

G 4 · · · · N 5 U 0 · · · ··

IUNG

i = 1 2 3 4 5 6 7 8

posición = i

elem[i] =

tamaño = 4max = 4

TONS

tamaño = 3max = 8

Vector original

Vector ampliado

G I

U

N

S null

posición

tamaño = 5

Estática Dinámica

En

laza

da

Secu

en

cia

l

Laboratorio DEI


Listas Simples Lista Simple = colección de elementos

homogéneos cuya relación lineal es determinada por la posición del elemento en la lista

Comienzo + Enlace al siguiente ( puntero)

Definición:<listaSimple> ::= <comienzo> + {<nodo>}<nodo> ::= <informacion> + <enlace><informacion> ::= <<dato>>{<<dato>>}<enlace> ::= (<<ReferenciaNodo>> | NULL)<comienzo> :: =<enlace>

Laboratorio DEI


TAD Lista Simple: operaciones

asignarInfo(referenciaNodo, valorInformacion)

asignarEnlace(referenciaNodo, valorEnlace)

Modificación de los nodos

info(referenciaNodo) Informacionsiguiente(referenciaNodo) enlace

Acceso a los nodos

recorrer(nombreLista Recorrido de la lista

buscar(nombreLista, dato) informacionbuscar(nombreLista, dato) referenciaNodopertenece(nombreLista,informacion) Booleano

borrar(nombreLista, valorInfo) Borrado de nodos

insertar(nombreLista, valorInfo, posicion)

insertar(nombreLista, valorInfo)

listaVacia(nombreLista) BooleanolistaVacia(referenciaNodo) BooleanolistaLlena(nombreLista) Booleano

Comprobación del estado

crearLista (nombreLista)Creación de una lista

Inserción de nodos

Búsqueda de un nodo

Laboratorio DEI


Listas Simples Aclaraciones a las operaciones:

listaLlena sólo tiene sentido si lista es acotadaacceso y modificación serán métodos get y put

Ejemplo y pseudocódigoinsertar (nombreLista, valorInfo, posición)insertar (nombreLista, valorInfo)borrar (nombreLista, valorInfo)buscar (nombreLista, dato) informaciónrecorrer (nombreLista)

Laboratorio DEI


Laboratorio DEI


Listas Ordenadas La posición de cada nodo viene determinada por el valor

de uno o más campos obligatorios de información del nodo denominados clave

No se permite tener dos nodos con la misma clave

Definición<listaOrdenada> ::= <comienzo> + {<nodo>}<comienzo> ::= <enlace><enlace> ::= (<<ReferenciaNodo>> | NULL)<nodo> ::= <clave> + <informacion> + <enlace><clave> ::= <<dato>>{<<dato>>}<informacion> ::= {<<dato>>}

Laboratorio DEI


TAD Lista Ordenada: operaciones

asignarClave(referenciaNodo, valorClave)


asignarEnlace(referenciaNodo, valorEnlace)

Modificación de los nodos

clave(referenciaNodo) Claveinfo(referenciaNodo) Informacionsiguiente(referenciaNodo) enlace

Acceso a los nodos

recorrer(nombreLista Recorrido de la lista

buscar(nombreLista, valorClave) Informacionbuscar(nombreLista, valorClave)ReferenciaNodopertenece(nombreLista,valorClave) Booleano

borrar(nombreLista, valorClave)Borrado de nodos

insertar(nombreLista, valorClave, valorInfo)

listaVacia(nombreLista) BooleanolistaVacia(referenciaNodo) BooleanolistaLlena(nombreLista) Booleano


crearLista (nombreLista)Creación de una lista

Inserción de nodos

Búsqueda de un nodo

Laboratorio DEI


Pilas Pila = colección ordenada de elementos homogéneos en la

que sólo se pueden añadir y eliminar elementos por el principio de la misma (cabecera) filosofía LIFO

Definición<pila> ::= <cabecera> + {<nodo>}<cabecera> ::= <enlace><enlace> ::= (<<ReferenciaNodo>> | NULL)<nodo> ::= <informacion> + <enlace><informacion> ::= <<dato>>{<<dato>>}

Laboratorio DEI


TAD Pila: operaciones

pop(nombrePila) informacionExtracción de nodos

push(nombrePila, valorInfo)Inserción de nodos

pilaVacia(nombrePila) BooleanopilaLlena(nombrePila) Booleano


crearPila (nombrePila)Creación de pila


asignarEnlace(referenciaNodo, valorEnlace)Modificación de los nodos

info(referenciaNodo) Informacionsiguiente(referenciaNodo) Enlace

Acceso a los nodos

cabecera(nombrePila) informacionAcceso a la cabecera*

* Opcional: Accede a la cabecera sin eliminarla

Laboratorio DEI


TAD Pila: ejemplos de aplicación Vuelta atrás en un navegador web

Comando “undo” en un editor

Secuencia de métodos activos en la Java Virtual Machine:

main() {int i = 5;foo(i);}

foo(int j) {int k;k = j+1;bar(k);}

bar(int m) {…}

bar PC = 1 m = 6

foo PC = 3 j = 5 k = 6

main PC = 2 i = 5

• Cuando se invoca un método, se inserta en la pila una nueva entrada

• Por cada método se guardan:variables localesvalor devueltocontador de programa

• Cuando el método finaliza se saca ese elemento de la pila y se devuelve el control al método que esté en la cabecera

Laboratorio DEI


Colas Cola = colección ordenada de elementos homogéneos en la

que sólo se pueden añadir elementos por el final y se eliminan por el principio (frente) filosofía FIFO

Definición<cola> ::= <frente> + <final> + {<nodo>}<frente> ::= <enlace><enlace> ::= (<<ReferenciaNodo>> | NULL)<final> ::= <enlace><nodo> ::= <informacion> + <enlace>< informacion > ::= <<dato>>{<<dato>>}

Laboratorio DEI


TAD Cola: operaciones

desencolar(nombreCola) informacionExtracción de nodos

encolar(nombreCola, valorInfo)Inserción de nodos

colaVacia(nombreCola) BooleanocolaLlena(nombreCola) Booleano


crearCola (nombreCola)Creación de cola


asignarEnlace(referenciaNodo, valorEnlace)Modificación de los nodos

info(referenciaNodo) Informacionsiguiente(referenciaNodo) Enlace

Acceso a los nodos

cabecera(nombreCola) informacionAcceso a la cabecera*

* Opcional: Accede a la cabecera sin eliminarla

Laboratorio DEI


TAD Cola: casos particulares Colas circulares

Implementación estática como arrayReferencia al primero y al últimoAritmética módulo C (Capacidad de la cola)Llevar la cuenta del número de elementos

Laboratorio DEI


TAD Cola: casos particulares Colas de prioridad

Laboratorio DEI


TAD Cola: ejemplos de aplicación Listas de espera Acceso a recursos compartidos dedicados (v.g.,

impresoras) Multiprogramación de la CPU

Laboratorio DEI


Listas Doblemente Enlazadas (LDE) Relación lineal en ambos sentidos Enlace a predecesor y antecesor en cada nodo Recorrido puede ser en ambos sentidos Pueden ser simples u ordenadas

Definición:<lde> ::= <comienzo> + {<nodo>}<comienzo> :: = <enlace><enlace> ::= (<<ReferenciaNodo>> | NULL)<nodo> ::= <informacion> + <predecesor> + <sucesor><predecesor> ::= <enlace><sucesor> ::= <enlace><informacion> ::= <<dato>>{<<dato>>}

Laboratorio DEI


LDE: operacionesCreación de una lista crearLista(nombreLista)

Comprobación del estado listaVacia(nombreLista) BooleanolistaVacia(referenciaNodo) BooleanolistaLlena(nombreLista) Booleano

Inserción de nodos insertar(nombreLista, valorInfo, posicion)

insertar(nombreLista, valorInfo)

Borrado de nodos borrar(nombreLista, valorInfo)

Búsqueda de un nodo buscar(nombreLista, dato) informacionbuscar(nombreLista, dato) referenciaNodopertenece(nombreLista,informacion) Booleano

Recorrido de la lista recorrer(nombreLista, sentido)

Acceso a los nodos info(referenciaNodo) Informacionanterior(referenciaNodo) enlacesiguiente(referenciaNodo) enlace

Modificación de los nodos asignarInfo(referenciaNodo, valorInformacion)

asignarAnterior(referenciaNodo, valorEnlace)

asignarSiguiente(referenciaNodo, valorEnlace)

Laboratorio DEI


Técnicas de Simplificación

Algunos elementos (principio y final) se tratan como casos especiales al implementar las operaciones

Rediseño de estructuras para que los elementos terminales se traten igual que el resto

Estructuras auxiliaresCentinelasCabeceras

A B C D

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Técnica de Simplificación (i) Búsqueda en lista ordenada: evaluar dos condiciones buscar(nombreLista, valorClave) informacion

INICIO posicion nombreLista.comienzo continuar CIERTO MIENTRAS NO(listaVacia(posicion)) Y continuar) SI (clave(posicion) < valorClave) ENTONCES posicion siguiente(posicion) SI NO continuar FALSO SI(clave(posicion) = valorClave) ENTONCES DEVOLVER informacion(posicion) SI NO DEVOLVER error ese nodo no está en la lista FIN-SI FIN-SI FIN-MIENTRAS FIN

Laboratorio DEI


Centinela en listas ordenadas Centinela = nodo auxiliar al final de la lista

Para buscar un elemento:Colocar en el centinela el valor buscadoCondición de terminación: se encuentra el valor buscado o uno mayorSi se llega al centinela, el elemento no está en la lista

Ejemplo e Implementación

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Centinelas: ejemplos Buscar(comienzo, 15, centinela, posición) Buscar(comienzo, 50, centinela, posición)

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Técnica de simplificación (ii) Inserción en lista ordenada: caso especial

insertarPosicion (nombreLista, valorClave, valorInfo, anterior, posterior)// Coloca el nodo entre anterior y posterior. Si anterior es vacío, entonces nodo será el primer elemento de la lista, si posterior es vacío será el últimoINICIO nodo nuevoNodo(valorClave, valorInfo) asignarEnlace(nodo, posterior) SI listaVacia(anterior) ENTONCES nombreLista.comienzo nodo SI NO asignarEnlace(anterior, nodo) FIN SIFIN

Laboratorio DEI


Cabecera en listas ordenadas Cabecera = nodo auxiliar situado al principio de

la lista, cuyos contenidos (clave e info) no pertenecen a la lista

Consecuencias:No hace falta marcar comienzoNo hace falta caso especial cuando lista es vacía

Laboratorio DEI


Cabeceras: ejemplos insertarElemento (cabecera, 7)

insertarElemento (cabecera, 1)

Laboratorio DEI


Cabecera + centinela Usar el mismo nodo auxiliar como cabecera y

centinela Convertir la lista en circular

Laboratorio DEI


Otras técnicas de simplificación Inserción ordenada sin puntero al anterior

Buscar posición del primer elemento mayor que la clave a insertar, colocar un nodo nuevo detrás e intercambiar

Borrado sin puntero al anteriorBuscar posición del elemento a borrarCopiar información del siguiente a esa posiciónBorrar el siguiente

(no funciona para borrar el último elemento hay que usar centinela)

Laboratorio DEI


Estructuras Intrusivas Información de interés vs. Datos de control Cómo se almacenan:

Las estructuras intrusivas incluyen la información de interés entre sus elementosLas estructuras no intrusivas almacenan la información de interés en un área separada, incluyendo punteros a la misma

Ejemplo: mantener 2 listas (v.g., alumnos) ordenadas por distintos campos clave k1, k2, etc. (v.g., NIA y NIF)

Listas intrusivas independientesListas intrusivas con información compartidaListas no intrusivas

Laboratorio DEI


Listas intrusivas independientes Información duplicada Pueden producirse inconsistencias y se ocupa

más espacio

Laboratorio DEI


Listas intrusivas con info compartida Incorporar un puntero por cada clave de

ordenación Hay que modificar la estructura para dar acceso

a través de un nuevo campo

Laboratorio DEI


Listas no intrusivas Separar info de datos de control La incorporación de nuevas listas no afecta a la

definición de las previas

tema 3: la estructura de datos lista estructuras de datos ingeniería en informática universidad...

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