INE5408 Estruturas de Dados Listas Encadeadas - Pilhas encadeadas - Filas encadeadas - Listas duplamente encadeadas.

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2 INE5408 Estruturas de Dados Listas Encadeadas - Pilhas encadeadas - Filas encadeadas - Listas duplamente encadeadas

3 Extensões do conceito de Lista Encadeada A idéia da Lista Encadeada vista até agora é o modelo mais geral e simples; pode ser especializada e extendida das mais variadas formas: –Especializada: Pilhas encadeadas Filas –Extendida: Listas Duplamente Encadeadas Listas Circulares Simples e Duplas 3 alturatopo melão infopróximo maçã infopróximo uva infopróximo Pilha Encadeada

4 Pilhas Encadeadas São pilhas onde os elementos são encadeados; –não há estouro de pilha; –como o acesso de dados na pilha é puramente seqüencial, não há perda de eficiência. Existem apenas duas operações: –Empilhar: equivale a adicionar no início. –Desempilhar: equivale a retirar do início. É a forma como tradicionalmente pilhas são implementadas. 3 alturatopo melão infopróximo maçã infopróximo uva infopróximo Pilha Encadeada

5 Filas A Fila é uma estrutura de dados que simula uma fila da vida real. Possui duas operações básicas: –incluir no fim da fila; –retirar do começo da fila; –chamada de Estrutura-FIFO: First-In, First-Out - O primeiro que entrou é o primeiro a sair… Fila

6 Filas É uma estrutura de dados importantíssima para: –gerência de dados/processos por ordem cronológica: Fila de impressão em uma impressora de rede; Fila de pedidos de uma expedição ou tele-entrega. –simulação de processos seqüenciais: chão de fábrica: fila de camisetas a serem estampadas; comércio: simulação de fluxo de um caixa de supermercado; tráfego: simulação de um cruzamento com um semáforo. Fila

7 Filas É uma estrutura de dados importantíssima para: –gerência de dados/processos por ordem cronológica: Fila de impressão em uma impressora de rede; Fila de pedidos de uma expedição ou tele-entrega. –simulação de processos seqüenciais: chão de fábrica: fila de camisetas a serem estampadas; comércio: simulação de fluxo de um caixa de supermercado; tráfego: simulação de um cruzamento com um semáforo. Fila

8 Filas É uma estrutura de dados importantíssima para: –gerência de dados/processos por ordem cronológica: Fila de impressão em uma impressora de rede; Fila de pedidos de uma expedição ou tele-entrega. –simulação de processos seqüenciais: chão de fábrica: fila de camisetas a serem estampadas; comércio: simulação de fluxo de um caixa de supermercado; tráfego: simulação de um cruzamento com um semáforo. Fila

9 Filas É uma estrutura de dados importantíssima para: –gerência de dados/processos por ordem cronológica: Fila de impressão em uma impressora de rede; Fila de pedidos de uma expedição ou tele-entrega. –simulação de processos seqüenciais: chão de fábrica: fila de camisetas a serem estampadas; comércio: simulação de fluxo de um caixa de supermercado; tráfego: simulação de um cruzamento com um semáforo. Fila

10 Filas É uma estrutura de dados importantíssima para: –gerência de dados/processos por ordem cronológica: Fila de impressão em uma impressora de rede; Fila de pedidos de uma expedição ou tele-entrega. –simulação de processos seqüenciais: chão de fábrica: fila de camisetas a serem estampadas; comércio: simulação de fluxo de um caixa de supermercado; tráfego: simulação de um cruzamento com um semáforo. Fila

11 Filas: representação Extensão da lista encadeada: –referenciamos o último elemento também; –adicionamos no fim; –excluímos do início. 3 melão infopróximo maçã infopróximo uva infopróximo taminício fim Fila Elemento de Fila Pseudo-código: tipo tFila { tElemento *início; tElemento *fim; inteiro tamanho; };

12 Algoritmo CriaFila tFila* FUNÇÃO criaFila() // Retorna ponteiro para uma nova cabeça de fila ou NULO. variáveis tFila *aFila; início aFila <- aloque(tFila); SE (aFila ~= NULO) ENTÃO // Só posso inicializar se consegui alocar. aFila->tamanho <- 0; aFila->início <- NULO; aFila->fim <- NULO; FIM SE RETORNE(aFila); fim;

13 Algoritmo Adiciona (Fila) 2 melão infopróximo maçã infopróximo uva infopróximo taminício fim

14 Algoritmo Adiciona (Fila) 2 melão infopróximo maçã infopróximo uva infopróximo taminício fim

15 Algoritmo Adiciona (Fila) 3 melão infopróximo maçã infopróximo uva infopróximo taminício fim

16 Algoritmo Adiciona (Fila) Caso especial: Fila Vazia 0 taminício fim uva infopróximo

17 Algoritmo Adiciona (Fila) Caso especial: Fila Vazia 1 taminício fim uva infopróximo

18 Algoritmo Adiciona (Fila) Inteiro FUNÇÃO adiciona(tFila *aFila, TipoInfo *dado) variáveis tElemento *novo; //Variável auxiliar para o novo elemento. início novo <- aloque(tElemento); SE (novo = NULO) ENTÃO RETORNE(ERROFILACHEIA) SENÃO SE filaVazia(aFila) ENTÃO aFila->início <- novo SENÃO aFila->fim->próximo <- novo; FIM SE novo->próximo <- NULO; novo->info <- dado; aFila->fim <- novo; aFila->tamanho tamanho + 1; RETORNE(aFila->tamanho); FIM SE fim;

19 Algoritmo Retira (Fila) 3 melão infopróximo maçã infopróximo uva infopróximo taminício fim sai

20 Algoritmo Retira (Fila) 3 melão infopróximo maçã infopróximo uva infopróximo taminício fim sai

21 Algoritmo Retira (Fila) 2 maçã infopróximo uva infopróximo taminício fim

22 Algoritmo Retira (Fila) Caso especial: Fila Unitária 1 uva infopróximo taminício fim Não preciso de uma variável auxiliar sai.

23 Algoritmo Retira (Fila) Caso especial: Fila Unitária 0 taminício fim

24 Algoritmo RetiraDoInício (Fila) TipoInfo* FUNÇÃO retiraDoInício(tFila *aFila) //Elimina o primeiro elemento de uma fila. //Retorna a informação do elemento eliminado ou NULO. variáveis tElemento *saiu; //Variável auxiliar para o primeiro elemento. TipoInfo *volta; //Variável auxiliar para o dado retornado. início SE (filaVazia(aFila)) ENTÃO RETORNE(NULO) SENÃO saiu início; volta info; aFila->início próximo; //Se SAIU for o único, próximo é NULO e está certo. SE (aFila->tamanho = 1) ENTÃO //Fila unitária: devo anular o fim também. aFila->fim <- NULO; FIM SE aFila->tamanho tamanho - 1; LIBERE(saiu); RETORNE(volta); FIM SE fim;

25 Exercício com Filas Implemente o TAD Fila Encadeada com as suas duas operações de manipulação; implemente um programa principal de aplicação que utilize uma fila para: –ler dados de pedidos de solicitação de conserto de computadores da marca HAL pela sua assistência técnica AssistHAL; –utilize o seguinte TipoInfo: nome do solicitante, telefone, data da entrega (inserida automaticamente), modelo do computador e valor do conserto, que é um valor chutado. Após cadastrado um pedido, o sistema deverá informar quando o solicitante poderá contar com o computador pronto, sendo que: –a oficina AssistHAL leva em média duas semanas por pedido.

26 Listas Duplamente Encadeadas A Lista Encadeada e a Fila Encadeada possuem a desvantagem de somente podermos caminhar em uma direção: –vimos que para olhar um elemento pelo qual “acabamos de passar” precisamos de uma variável auxiliar “anterior”; –para olhar outros elementos ainda anteriores não temos nenhum meio, a não ser começar de novo. A Lista Duplamente Encadeada é uma estrutura de lista que permite deslocamento em ambos os sentidos: –útil para representar conjuntos de eventos ou objetos a serem percorridos em dois sentidos; –ex.: itinerários de ônibus, trem ou avião; –útil também quando realizamos uma busca aproximada e nos movemos para a frente e para trás.

27 Listas Duplamente Encadeadas - Modelagem 3 tamdados melão doce caro maçã azeda cara uva irkh barata antinfo sucantinfo sucantinfo suc

28 Modelagem: Cabeça de ListaDupla Necessitamos: –um ponteiro para o primeiro elemento da lista; –um inteiro para indicar quantos elementos a lista possui. Pseudo-código: tipo tListaDupla { tElementoDuplo *dados; inteiro tamanho; };

29 Modelagem: Elemento de ListaDupla Necessitamos: –um ponteiro para o elemento anterior na lista; –um ponteiro para o elemento sucessor na lista; –um ponteiro para a informação que vamos armazenar. Pseudo-código: tipo tElementoDuplo { tElementoDuplo *anterior; tElementoDuplo *sucessor; TipoInfo *info; };

30 Modelagem da Lista Duplamente Encadeada Aspecto Funcional: –colocar e retirar dados da lista; –testar se a lista está vazia e outros testes; –inicializá-la e garantir a ordem dos elementos. 3 tamdados melão doce caro maçã azeda cara uva irkh barata ant info suc ant info suc ant info suc

31 Modelagem da Lista Duplamente Encadeada Operações - colocar e retirar dados da lista: –AdicionaDuplo(listaDupla, dado) –AdicionaNoInícioDuplo(listaDupla, dado) –AdicionaNaPosiçãoDuplo(listaDupla, dado, posição) –AdicionaEmOrdemDuplo(listaDupla, dado) –RetiraDuplo(listaDupla) –RetiraDoInícioDuplo(listaDupla) –RetiraDaPosiçãoDuplo(listaDupla, posição) –RetiraEspecíficoDuplo(listaDupla, dado)

32 Modelagem da Lista Duplamente Encadeada Operações - testar a lista e outros testes: –ListaVaziaDuplo(listaDupla) –PosiçãoDuplo(listaDupla, dado) –ContémDuplo(listaDupla, dado) Operações - inicializar ou limpar: –CriaListaDupla() –DestróiListaDupla(listaDupla)

33 Algoritmo CriaListaDupla tListaDupla* FUNÇÃO criaListaDupla() //Retorna ponteiro para uma nova cabeça de lista ou NULO. variáveis tListaDupla*aLista; início aLista <- aloque(tListaDupla); SE (aLista ~= NULO) ENTÃO //Só posso inicializar se consegui alocar. aLista->tamanho <- 0; aLista->dados <- NULO; FIM SE RETORNE(aLista); fim;

34 Algoritmo ListaVaziaDuplo Booleano FUNÇÃO listaVaziaDuplo(tListaDupla *aLista) início SE (aLista->tamanho = 0) ENTÃO RETORNE(Verdadeiro) SENÃO RETORNE(Falso); fim;

35 Algoritmo AdicionaNoInícioDuplo Procedimento: –testamos se é possível alocar um elemento; –fazemos o sucessor deste novo elemento ser o primeiro da lista; –fazemos o seu antecessor ser NULO; –fazemos a cabeça de lista apontar para o novo elemento. Parâmetros: –o dado a ser inserido; –a ListaDupla.

36 Algoritmo AdicionaNoInícioDuplo novo 2 tamdados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro antinfo sucantinfo sucantinfo suc

37 Algoritmo AdicionaNoInícioDuplo novo 2 tamdados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro antinfo sucantinfo sucantinfo suc Caso novo->suc não seja nulo... Faço novo->suc->ant ser novo...

38 Algoritmo AdicionaNoInícioDuplo novo 3 tamdados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro antinfo sucantinfo sucantinfo suc

39 Algoritmo AdicionaNoInícioDuplo Inteiro FUNÇÃO adicionaNoInícioDuplo(tListaDupla *aLista, TipoInfo *dado) variáveis tElementoDuplo *novo; //Variável auxiliar para o novo elemento. início novo <- aloque(tElementoDuplo); SE (novo = NULO) ENTÃO RETORNE(ERROLISTACHEIA) SENÃO novo->suc dados; novo->ant <- NULO; novo->info <- dado; aLista->dados <- novo; SE (novo->suc ~= NULO) ENTÃO novo->suc->ant <- novo; FIM SE; aLista->tamanho tamanho + 1; RETORNE(1); FIM SE fim;

40 Algoritmo RetiraDoInícioDuplo Procedimento: –testamos se há elementos; –decrementamos o tamanho; –se o elemento possuir sucessor, o antecessor do sucessor será NULO; –liberamos a memória do elemento; –devolvemos a informação. Parâmetros: –a ListaDupla.

41 Algoritmo RetiraDoInícioDuplo saiu volta 3 tamdados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro antinfo sucantinfo sucantinfo suc

42 Algoritmo RetiraDoInícioDuplo saiu volta 2 tamdados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro antinfo sucantinfo sucantinfo suc

43 Algoritmo RetiraDoInícioDuplo saiu volta 2 tamdados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro antinfo sucantinfo sucantinfo suc

44 Algoritmo RetiraDoInícioDuplo 2 tamdados maçã azeda cara uva irkh barata antinfo sucantinfo suc

45 Algoritmo RetiraDoInícioDuplo TipoInfo* FUNÇÃO retiraDoInícioDuplo(tListaDupla *aLista) //Elimina o primeiro elemento de uma lista duplamente encadeada. //Retorna a informação do elemento eliminado ou NULO. variáveis tElementoDuplo *saiu; //Variável auxiliar para o primeiro elemento. TipoInfo *volta; //Variável auxiliar para o dado retornado. início SE (listaVaziaDuplo(aLista)) ENTÃO RETORNE(NULO) SENÃO saiu dados; volta info; aLista->dados suc; SE (aLista->dados ~= NULO) ENTÃO aLista->dados->ant <- NULO; FIM SE aLista->tamanho tamanho - 1; LIBERE(saiu); RETORNE(volta); FIM SE fim;

46 Algoritmo AdicionaNaPosiçãoDuplo Praticamente idêntico à lista encadeada; procedimento: –testamos se a posição existe e se é possível alocar elemento; –caminhamos até a posição; –adicionamos o novo dado na posição; –incrementamos o tamanho. Parâmetros: –o dado a ser inserido; –a posição onde inserir; –a Lista.

47 Algoritmo AdicionaNaPosição Inteiro FUNÇÃO adicionaNaPosiçãoDuplo(tListaDupla *aLista, TipoInfo *info, inteiro posição) //Adiciona novo elemento na posição informada. //Retorna o novo número de elementos da lista ou erro. variáveis tElementoDuplo *novo, *anterior; //Ponteiros auxiliares. início SE (posição > aLista->tamanho + 1 OU posição < 1) ENTÃO RETORNE(ERROPOSIÇÃO) SENÃO SE (posição = 1) ENTÃO RETORNE(adicionaNoInícioDuplo(aLista, info) SENÃO novo <- aloque(tElemento); SE (novo = NULO) ENTÃO RETORNE(ERROLISTACHEIA) SENÃO anterior dados; REPITA (posição - 2) VEZES anterior suc; novo->suc suc; SE (novo->suc ~= NULO ENTÃO //Se o novo não é o último da lista… novo->suc->ant <- novo; //Seto o antecessor do sucessor do novo. FIM SE novo->info <- info; anterior->suc <- novo; novo->ant <- anterior; aLista->tamanho tamanho + 1; RETORNE(aLista->tamanho); FIM SE fim;

48 Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo Mais simples que na Lista Encadeada; procedimento: –testamos se a posição existe; –caminhamos até a posição; –retiramos o dado da posição; –decrementamos o tamanho. Parâmetros: –a posição de onde retirar; –a Lista.

49 Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo 4 maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro jaca irkh barata eliminar Posições > 1

50 Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo Posições > 1 4 maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro jaca irkh barata eliminar

51 Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo Posições > 1 3 maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro jaca irkh barata eliminar

52 Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo Posições > 1 3 maçã azeda cara melão doce caro jaca irkh barata

53 Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo TipoInfo* FUNÇÃO retiraDaPosiçãoDuplo(tListaDupla *aLista, inteiro posição) //Elimina o elemento da posição informada. //Retorna a informação do elemento eliminado ou NULO. variáveis tElementoDuplo *anterior, *eliminar; //Variável auxiliar para elemento. TipoInfo *volta; //Variável auxiliar para o dado retornado. início SE (posição > aLista->tamanho OU posição < 1) ENTÃO RETORNE(NULO) SENÃO SE (posição = 1) ENTÃO RETORNE(retiraDoInícioDuplo(aLista)) SENÃO anterior dados; REPITA (posição - 2) VEZES anterior suc; eliminar suc; volta info; anterior->suc suc; SE eliminar->suc ~= NULO ENTÃO eliminar->suc->ant <- anterior; FIM SE aLista->tamanho tamanho - 1; LIBERE(eliminar); RETORNE(volta); FIM SE fim;

54 Algoritmo AdicionaEmOrdemDuplo Idêntico à lista encadeada; procedimento: –necessitamos de uma função para comparar os dados (maior); –procuramos pela posição onde inserir comparando dados; –chamamos adicionaNaPosiçãoDuplo(). Parâmetros: –o dado a ser inserido. –a ListaDupla.

55 Algoritmo AdicionaEmOrdemDuplo Inteiro FUNÇÃO adicionaEmOrdemDuplo(tListaDupla *aLista, TipoInfo *dado) variáveis tElementoDuplo *atual; //Variável auxiliar para caminhar. inteiro posição; início SE (listaVaziaDupla(aLista)) ENTÃO RETORNE(adicionaNoInícioDuplo(aLista, dado)) SENÃO atual dados; posição <- 1; ENQUANTO (atual->suc ~= NULO E maior(dado, atual->info)) FAÇA //Encontrar posição para inserir. atual suc; posição <- posição + 1; FIM ENQUANTO SE maior(dado, atual->info) ENTÃO //Parou porque acabou a lista. RETORNE(adicionaNaPosiçãoDuplo(aLista,dado,posição + 1)) SENÃO RETORNE(adicionaNaPosiçãoDuplo(aLista, dado, posição)); FIM SE fim;

56 Algoritmos restantes Lista Duplamente Encadeada Por conta do aluno: operações de inclusão e exclusão: –AdicionaDuplo(listaDupla, dado) –RetiraDuplo(listaDupla) –RetiraEspecíficoDuplo(listaDupla, dado) Operações - inicializar ou limpar: –DestróiListaDupla(listaDupla)

57 Exercício de Implementação 6 Implemente uma Lista de Rotas utilizando Listas Duplamente Encadeadas.

58 Exercício de Implementação 6 Este programa deverá gerenciar um conjunto de listas de rotas/linhas de uma companhia de ônibus intermunicipal do Estado de Santa Catarina; todas as rotas se iniciam em Florianópolis; cada rota possui um nome que a identifica de forma única, dado pelo destino. Ex: "Imbituba“; cada rota possui a lista de todas as cidades por onde o ônibus passa, para ir de Florianópolis ao destino; a rota de ônibus, ao retornar, passa pelos mesmos lugares. Portanto, pode ser representada por uma lista duplamente encadeada; o usuário deve poder escolher uma rota e poder navegar por ela, indo de cidade em cidade e voltando para a cidade anterior, usando para tanto as teclas de seta à esquerda e seta à direita; cada nodo representando uma cidade possui, além do nome, um texto descrevendo alguma característica desta cidade. Ex.: "Lá quebram as melhores ondas da costa sul do Brasil". Este texto é mostrado quando se visita um nodo.

59 Exercício de Implementação 6 Implemente o programa de rotas como uma lista de listas; a lista que contém todas as rotas pode ser uma lista encadeada ou uma lista em vetor; cada lista que representa uma rota deve ser uma lista duplamente encadeada; implemente tanto a lista de listas como a lista duplamente encadeada como um TAD separado com todas as suas funções.