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CAPÍTULO 05 Listas. Listas são estruturas de dados fundamentais da área de programação. Listas em Haskell representam coleções de objetos de um determinado.

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1 CAPÍTULO 05 Listas

2 Listas são estruturas de dados fundamentais da área de programação. Listas em Haskell representam coleções de objetos de um determinado tipo (homogêneos). Para um dado tipo t, existe o tipo "lista de elementos do tipo t ", designado por [ t ]. Por exemplo: [1,2,3,3,0,1] :: [Int] [False,False, True] :: [Bool] são uma lista de Int e uma lista de Bool.

3 Definição Uma lista sempre é composta de dois segmentos, exceto quando está vazia. Tais segmentos são a cabeça (head) e o corpo (tail).

4 Definição Uma lista com cabeça a e cauda x é escrita no formato (a:x). Atenção: em (a:x) –a é um elemento da lista -> cabeça da lista –x é uma outra lista -> cauda da lista (que é uma outra lista ou sub-lista) Observação: A lista vazia [] está presente em qualquer lista e o último elemento aponta para esta lista [].

5 Definição Uma lista é formada por tipos de dados homogêneos, mas pode-se utilizar como alternativa uma lista de tuplas, na qual os dados das tuplas podem ser heterogêneos. Restrição: todos os elementos de uma lista devem ser do mesmo tipo!

6 Casamento de padrões (a : [b, c, d]) == [a, b, c, d] (a : b : c : [d]) == [a, b, c, d] (a : b : c : d : []) == [a, b, c, d] [a : [b, c, d] ] == [ [a, b, c, d] ] (a : y) == [a, b, c, d] (a : _) == [a, b, c, d] (a : b : [c, d]) == [x : y : z]

7 Casamento de padrões Alguns erros típicos de casamento de padrões em listas: [a : b : [c, d] ] /= [a, b, c, d] [ [a, b, c, d] ] /= [a, b, c, d] [a, b, [c], d] /= [a, b, c, d] [ [ [a] : b, c, d] ] /= [ [a, b, c, d] ] [a, b] /= [a]

8 Operadores : e ++" Atenção: os operadores : e ++ são diferentes! O operador : recebe um elemento a e uma lista x, retornando uma nova lista onde a é o primeiro elemento. O operador ++ recebe duas listas e retorna sua concatenação! Uma lista única. Para memorizar: elemento : lista = lista lista ++ lista = lista

9 Exemplos Comprimento (tamanho) da lista: Este é um exemplo clássico sobre listas. 1. O comprimento de uma lista vazia é zero; 2. O comprimento de uma lista (a:x) é dada por 1 mais o comprimento da sublista x que também é uma lista: compto [] = 0 --função 1 compto (a:x) = 1+compto x --função 2

10 Exemplos Um mapa de memória aproximado da execução de compto [1, 2, 3, 4] é dado por:

11 Exemplos Obter os N primeiros termos da lista: primeiros 0 _ = [ ] primeiros _ [ ] = [ ] primeiros n (a:x) = a : primeiros (n-1) x Execução:

12 Exemplos Adicionar um objeto a lista: Esta função adiciona um objeto na lista sem repetições, isto é, caso ele já exista na lista o mesmo não é adicionado: insere c [ ] = [c] insere c (a:x) |c == a = a : x |otherwise = a : insere c x

13 A função Observe É uma das funções definidas na biblioteca Observe.hs. Destina-se a mostrar as diversas instâncias que variáveis e funções assumem durante a execução de um programa. Sintaxe: import Observe rem_ultimo [ _ ] = [ ] rem_ultimo (a:b) = observe a a : observe rem_ultimo rem_ultimo b

14 A função Observe O resultado de uma execução da função rem_ultimo com a função observe é dado por: Main> rem_ultimo [2, 3, 4, 5, 6, 7, 7] >>>>>>>> Observations <<<<<<< a

15 A função Observe rem_ultimo { \ (3 : 4 : 5 : 6 : 7 : _ : [ ]) -> 3 : 4 : 5 : 6 : 7 : [ ] \ (4 : 5 : 6 : 7 : _ : [ ]) -> 4 : 5 : 6 : 7 : [ ] \ (5 : 6 : 7 : _ : [ ]) -> 5 : 6 : 7 : [ ] \ (6 : 7 : _ : [ ]) -> 6 : 7 : [ ] \ (7 : _ : [ ]) -> 7 : [ ] \ (_ : [ ]) -> [ ] }

16 Compreensão de Lista A compreensão de listas é feita com um construtor de listas que utiliza conceitos e notações da teoria dos conjuntos. Por exemplo, seja o conjunto A definido por: A = {x 2 | X Є N ^ x é par} Este exemplo define o conjunto dos quadrados dos números pares. Em Haskell pode ser representado por uma lista definida da seguinte maneira:

17 Compreensão de Lista constroi_lista = [x*x | x <- [ ], par x] par :: Int -> Bool par x = mod x 2 == 0 Execução: Main> par 26 True Main> constroi_lista [100, 144, 196, 256, 324, 400, 484, 576, 676, 784, 900, 1024, 1156, 1296, 1444]

18 Strings As strings são formadas por uma seqüência de caracteres, um após o outro, formando uma lista em particular com o tipo caracter ou Char. Prelude> Oi Mundo Oi Mundo Prelude> [O, i,, M, u, n, d, o] Oi Mundo Prelude> (O : i : : M : u : [n, d, o]) Oi Mundo

19 Conversões entre tipos A função show apresenta na tela strings e valores numéricos em geral. Em particular, a função putStr, imprime uma palavra do tipo String. A função read lê um conteúdo e o converte a numérico se for o caso. Exemplos: Prelude> O quadrado de 7 eh: ++ show (7 * 7) O quadrado de 7 eh: 49

20 Conversões entre tipos Prelude> show (log 4567) Prelude> read Prelude> read Program error: Prelude.read: no parse Prelude> show (read 77 + log 100)

21 Caracteres Especiais Alguns caracteres especiais dentro de uma string produzem efeitos na saída, quando sob a função putStr: \t Produz um espaço-padrão tabulado na saída. \n Força um salto de linha. \\ Torna uma barra invertida um caracter normal. \ Idem para aspas simples (). \ Idem para aspas duplas ().

22 Avaliação Preguiçosa Um exemplo clássico de avaliação preguiçosa é exibida por: lista_infinita :: Int -> [Int] lista_infinita n = n : lista_infinita (n+1)... lista_infinita 3 = 3 : lista_infinita (3+1) = 3 : 4 : lista_infinita (4+1) = 3 : 4 : 5 : lista_infinita (5+1)...

23 Avaliação Preguiçosa Esta função computa infinitos valores para uma lista de inteiros, a partir de um número passado como parâmetro. A soma não é determinada até que necessária. Como não há critério de parada, esta, cresce indefinitivamente.

24 Padrões em Haskell Como já visto, em Haskell há casamentos com constantes inteiras, booleanas, caracteres, strings; Variáveis; Tuplas de padrões; ex: (p1,p2,...) onde p1,p2,... também são padrões. Listas de padrões; ex: (p1:p2) onde p1 e p2 também são padrões. O padrão _ (o underscore); Construtores de padrões: (.. :..), case

25 Padrões em Haskell Quando um argumento a casa com um padrão p ? –se p é uma constante e p=a ; Ex: 7 == 7 –se p é uma variável x, sendo que a será associado a x ; –se p é uma tupla (p1,p2,...), a=(a1,a2,...) e cada componente de a casa com o respectivo componente de p. Ex: (3,1,2) == (3,1,2) True –se p é uma lista (p1:p2), a é uma lista não vazia e a cabeça de a casa com p1 e sua cauda casa com p2. –Ex: (1, 2, [4.. 40] ) == (1, 2, [4.. 40]) True

26 Padrões em Haskell Quanto ao _ ? {- inicio: uma nova lista, sem o último elemento -} inicio :: [a] -> [a] inicio [ _ ] = [] inicio (x:xs) = observe "x" x : observe "inicio" inicio xs inicio [1.. 7] [1,2,3,4,5,6] Não esquecer: module Listas where import Observe

27 Padrões em Haskell inicio [1.. 7] [1,2,3,4,5,6] >>>>>>> Observations <<<<<< x inicio { \ (2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 7 : []) -> 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : [], \ (3 : 4 : 5 : 6 : 7 : []) -> 3 : 4 : 5 : 6 : [], \ (4 : 5 : 6 : 7 : []) -> 4 : 5 : 6 : [], \ (5 : 6 : 7 : []) -> 5 : 6 : [], \ (6 : 7 : []) -> 6 : [], \ (7 : []) -> [] }

28 Padrões em Haskell Restrição importante: não é permitido usar um mesmo nome mais de uma vez dentro do mesmo padrão! Exemplo: ERRO – variável repetida em padrão!!! ( Repeated variable "x" in pattern ) Solução : func :: Int -> Int -> Bool func x x = True func x y = False func :: Int -> Int -> Bool func x y | x == y = True func x y = False

29 Aplicação: BD para Biblioteca Uma biblioteca usa um banco de dados para manter um registro dos livros emprestados aos clientes. Pessoas e livros serão representados por Strings. O BD será uma lista de pares (Pessoa,Livro). Se um par (p,b) estiver no BD, isso significa que o cliente p pegou um exemplar do livro b emprestado.

30 Tipos Exemplo de BD: exBD = [ ("Alice", "Senhor dos Anéis"), ("Ana", "Windows 3.1"), ("Alice", "Excel para Leigos"), ("Ricardo", "Senhor dos Anéis") ] type Pessoa = String type Livro = String type BancoDados = [ (Pessoa, Livro) ]

31 Funções de Pesquisa As funções de pesquisa em BD recebem como entrada um BD, uma pessoa ou livro, e retornam o resultado da pesquisa. Exemplos: – Dada uma pessoa, encontrar os livros emprestados por ela. – Dado um livro (pode ter mais de uma cópia), listar as pessoas que estão com o mesmo emprestado. – Dado um livro, descobrir se está emprestado. – Dada uma pessoa, calcular o número de livros que ela tem emprestados no momento. livros :: BancoDados -> Pessoa -> [Livro] clientes :: BancoDados -> Livro -> [Pessoa] emprestado :: BancoDados -> Livro -> Bool numEmprest :: Bancodados -> Pessoa -> Int

32 Funções de Atualização As funções de atualização recebem como entrada um BD e retornam um novo BD, resultado de uma operação. Exemplos: –Emprestar um livro a um cliente. –Devolver um livro emprestado. fazEmprest :: BancoDados -> Pessoa -> Livro -> BancoDados retEmprest :: BancoDados -> Pessoa -> Livro -> BancoDados

33 Definindo as funções de Pesquisa Definir a função: livros :: BancoDados -> Pessoa -> [Livro] As funções clientes, emprestado, numEmprest podem ser definidas de forma semelhante livros :: BancoDados -> Pessoa -> [Livro] livros [] p = [] livros ((n,b) : resto) p | p == n = b : livros resto p | otherwise = livros resto p

34 Definindo as funções de Atualização Definir a função: fazEmprest :: BancoDados -> Pessoa -> Livro -> BancoDados Basta adicionar um novo par ao banco de dados (pode haver repetições). Pesquisar o BD e remover a primeira ocorrência do par (pes,liv). Se não existir esse par no BD, é caracterizada uma situação de erro! fazEmprest:: BancoDados -> Pessoa -> Livro -> BancoDados fazEmprest db p b = (p,b) : db

35 Definindo as funções de Atualização retEmprest:: BancoDados -> Pessoa -> Livro -> BancoDados retEmprest ((p,b) : resto) pes liv | p == pes && b == liv = resto | otherwise = (p,b) : retEmprest resto pes liv retEmprest [] pes liv = error ("falha em retEmprest:" ++ pes ++ " " ++ liv) Cancela apenas a primeira ocorrência do par.

36 Definindo as funções de Atualização Definição alternativa, cancelando todas as ocorrências do par: retEmprest:: BancoDados -> Pessoa -> Livro -> BancoDados retEmprest ((p,b) : resto) pes liv | p==pes && b==liv = retEmprest resto pes liv | otherwise = (p,b) : retEmprest resto pes liv retEmprest [] pes liv = []

37 Conclusão Listas e suas funções são TADs do Haskell O poliformismo de tipos é evidenciado. Aplica-se uma função igualmente a todos objetos da lista. Uma função é reusada, sobre vários tipos! Uma função serve há vários tipos de listas. Há muitas funções prontas (built-in), já definidas pelo ambiente.


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