Estruturas de Dados e Algoritmos

Apresentação em tema: "Estruturas de Dados e Algoritmos"— Transcrição da apresentação:

1 Estruturas de Dados e Algoritmos
Listas Ligadas Estruturas de Dados e Algoritmos 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

2 Listas Ligadas Desvantagens do armazenamento seqüencial para representar pilhas e filas: Subdimensionamento ou superdimensionamento da memória devido a alocação fixa de uma certa quantidade de memória antes da execução do programa Possibilidade de overflow 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

3 Compartilhando a memória disponível
Suponha uma implementação seqüencial de pilhas Stack x,y,z; Suponha que sejam inicializadas, de forma estática, com 50 elementos x,y,z terão, durante a utilização, respectivamente, no máximo, 20, 10 e 70 elementos 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

4 Fazendo cálculos 100 células seriam necessárias
Porém, na inicialização, deve-se usar o tamanho 70 para não ocorrer um overflow Então, temos 3* 70 = 210,quando somente 100 serão utilizadas Que tal evitar esse desperdício através de um gerenciador de memória? Ele controlaria quem recebe mais ou menos células de memória 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

5 Agrupando as células livres num banco de memória livre
Banco de memória Variáveis x y z nada nada nada 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

6 Operação Banco de memória x y z x.Push(a) (nada) (nada)
y.Push(b) (nada) y.Push(c) (nada) x.Push(d) (nada) z.Push(e) (nada) 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

7 Operação Banco de memória x y z z.Push(f) (nada)
y.Pop() z.Pop() (nada) x.Pop() (nada) z.Push(g) 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

8 Considerações importantes
A ordem das células de memória disponíveis no banco, no decorrer da execução da aplicação, muda substancialmente O importante é manter um controle sobre a ordem lógica das células de memória e não, necessariamente, sobre a ordem física 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

9 Lista Ligada (Encadeada) Linear
Cada item na lista é um nó Todo nó contem dois campos: o de informação e do endereço seguinte Campo de informação: armazena o real elemento da lista Campo de endereço: endereço do próximo nó na lista. É um ponteiro! 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

10 Algumas representações do nó ...
Endereço do próximo nó Informação nulo 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

11 Continuando . . . A lista ligada inteira é acessada a partir de um ponteiro externo que aponta para o primeiro nó da lista Um ponteiro externo não está incluindo dentro de um nó. É acessado por referência a uma variável O campo do próximo endereço do último nó da lista contém um valor especial: null O ponteiro nulo (null) marca o final da lista Uma lista sem nós é uma lista vazia ou nula Nesse caso, o ponteiro externo para a lista é nulo Uma lista pode ser inicializada por uma operação do tipo list = null (sendo list o ponteiro externo) 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

12 Revisando o mapa conceitual de um programa na memória
Endereços de retorno de funções, variáveis locais Pilha Heap Variáveis Globais Código do Programa Alocação dinâmica: listas encadeadas 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

13 Ao “fotografar” a memória do computador
Área Livre (Heap) Programa LIST Ponteiro externo que aponta para o primeiro nó da lista ligada. Cuidado com sua manipulação! 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

14 . . . N1 Nn null N2 N3 L Dois endereços merecem atenção especial:
O endereço L do nó inicial que permite identificar em que parte da memória inicia-se a lista O endereço NULL que vem após o nó final. É onde termina a lista Sempre lembrando, cada nó i é composto de duas partes: Info: área onde é armazenado o i-ésimo elemento da lista Next: área onde é armazenado o “endereço” do nó N i + 1 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

15 Declarando uma classe Nó para uma lista ligada
Um dos atributos da classe precisa ser um ponteiro para uma estrutura do mesmo tipo public class Node { private object info; private Node next; ... }; 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

16 Permitindo o acesso aos atributos
De acordo com a linguagem, pode ser necessária a escrita de métodos para ler e escrever nos atributos, garantindo o encapsulamento. Nas linguagens que possuem propriedades, isso pode ser feito com os comandos get e set. Cada vez que atribuímos um valor para a propriedade, o set é chamado. Cada vez que lemos um valor da propriedade, o get é chamado. 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

17 public class Node { private object info; private Node next;
public object Info { get {return info;} set {info = value;} } public Node Next { get {return next;} set {next = value;} ... }; 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

18 Incluindo um elemento no início da lista
info next info next info next list 5 nulo 3 p info next info next info next list 5 3 nulo 6 p info next info next info next 5 3 nulo list 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

19 6 5 3 8 nulo p list p 6 5 3 8 nulo list 6 5 3 8 nulo list 26/03/2017
Fábio Lopes Caversan

20 Os passos anteriores são expressos pelo seguinte algoritmo
Node p = new Node(); p.Info = x; p.Next = list; list = p; 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

21 Removendo um nó do início de uma lista
7 5 nulo nulo info next info next info next list P X=7 P list 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

22 Node p = list; list = p.Next; x = p.Info;
Os passos anteriores para remover um nó são expressos pelo seguinte algoritmo Node p = list; list = p.Next; x = p.Info; 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

23 Implementação ligada de Pilhas
Incluir um elemento no início de uma lista ligada é semelhante à inclusão numa pilha O 1º nó da lista representa o topo da pilha Vantagem: todas as pilhas ou filas usadas por um programa podem compartilhar a mesma lista de nós disponíveis, desde que não ultrapassam a quantidade total de nós disponíveis 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

24 Uma pilha usando lista ligada
stack 7 nulo 5 3 8 stack 7 nulo 5 3 8 6 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

25 Como o 1º nó da lista é o topo da lista
A implementação de Push (x) poderia ficar: Node p = new Node( ); p.Info = x; p.Next = stack; stack = p; 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

26 A implementação de x = pop (s) poderia ficar :
if (Empty ()) // Exception, mensagem, etc... else { Node p = stack; stack = p.Next; x = p.Info; p = null; return x; } 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

27 Uma fila usando lista ligada
final início 3 nulo 1 7 9 4 final início 6 nulo 7 9 3 4 1 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

28 Algoritmo para x = q.Remove ()
if (Empty()) // Exceção, mensagem, etc... Node p = front; x = p.Info; front = p.Next; if (front = = null) rear = null; p = null; return ( x ); A fila q consiste numa fila e dois ponteiros: front e rear. As operações q.Empty() e x=q.Remove() são análogas a s.Empty(s) e x=s.Pop(s), basta substituir front por stack. Muita atenção ao remover o último elemento da fila: rear fica também nulo porque se a fila está vazia front e rear devem ser nulos 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

29 Algoritmo para q.Insert (x)
Node p = new Node(); p.Info = x; p.Next = null; if (rear = = null ) front = p; else rear.Next = p; rear = p; 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

30 Desvantagens de pilhas e filas como listas ligadas?
Mais armazenamento do que o vetor: Info e Next Mas o espaço de armazenamento não é o dobro. Depois, pode-se compactar as informações Cada inclusão/exclusão corresponde a uma inclusão/exclusão na lista de nós disponíveis Grande vantagem: compartilhamento de nós, desde que não ultrapasse o número de nós disponíveis 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

31 Listas ligadas como estruturas de dados
São importantes não só para implementar pilhas e filas, mas como estruturas de dados Acessa-se um item percorrendo-se a lista a partir do início Um vetor permite o acesso direto ao enésimo item com uma única operação Já uma lista exige n operações e é necessário percorrer cada um dos primeiros n-1 elementos antes do enésimo Vantagem da lista: aparece na inserção ou remoção de um elemento porque não é necessário nenhuma movimentação dos n elementos 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

32 Inserção de um novo elemento num vetor
x0 x1 x2 x3 x4 x5 x0 x1 x2 x3 x4 x5 x0 x1 x2 x x3 x4 x5 x6 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan

33 Já numa lista o trabalho de inserção independe do seu tamanho
X0 X1 X2 X3 X4 nulo n list X0 X1 X2 X3 X4 nulo InsertAfter (n,x) Node p = new Node() p.Info = x; p.Next = n.Next; n.Next = p DeleteAfter(n) Node p = n.Next; x = p.Info; n.Next = p.Next; p = null; X 26/03/2017 Fábio Lopes Caversan