Repetisjonskurs om lenkelister og iteratorer

Transkript

1 Repetisjonskurs om lenkelister og iteratorer Kristian Gregorius Hustad Mai 2016 Innhold 1 Lenkelister Definisjon Motivasjon Oppbygning Eksempler Iteratorer Motivasjon Oppklaring Eksempel Lenkelister 1.1 Definisjon En lenkeliste er en datastruktur der elementene i listen lagres av noder som ligger spredt i minnet, og disse nodene er koblet sammen med pekere. 1.2 Motivasjon En lenkeliste er en svært enkel datastruktur å implementere Selv om Javas standardbibliotek har en lenkeliste-implementasjon LinkedList<E>, så kan det være nyttig å lage egne implementasjoner når vi har spesielle behov. c 2016, Kristian Gregorius Hustad. Released under CC Attribution-ShareAlike 4.0 license. Made with DocOnce

2 Noen programmeringsspråk (som f.eks. C) har ikke noen implementasjon i sitt standardbibliotek, så da blir en nødt til å lage alt fra bunnen av. 1.3 Oppbygning Klasser. I Java vil det være naturlig å ha en klasse for å representere listen som helhet og en annen klasse for å representere nodene. To alternativer: LenkeListe har en indre klasse Node Hvis listen skal være generisk får vi: LenkeListe<T> og Node Fordel: Slipper å la Node være generisk siden T er bundet inne i LenkeListe<T> Ulempe: Hver implementasjon må ha sin egen Node-klasse. LenkeListe og Node er vanlige klasser Hvis listen skal være generisk får vi: LenkeListe<T> og Node<T> Fordel: Mulig å gjenbruke Node<T> Ulempe: Litt ekstra kode fordi typen til nodene i lenkelisten må være Node<T>. Pekere. Det finnes mange måter å implementere en lenkeliste på, men noen ting er felles for alle lenkelister. LenkeListe må ha minst én peker til et Node-objekt. Node må ha minst én peker til et Node-objekt. Merk. Det går strengt tatt an å la LenkeListe og Node være samme klasse, men løsningene som skisséres her er langt penere. Ofte er det praktisk å lage en dummy-node som ikke lagrer noe, men som spiller rollen som listehode eller listehale (vi kaller ofte starten for hodet og slutten for halen). Enkeltlenket liste: Nodene har én peker til et Node-objekt. LenkeListe har en peker til listehodet som igjen peker på første element i listen. 2

3 Dobbeltlenket liste: Nodene har to pekere til Node-objekter (én hver vei). Dette kan ofte gjøre det enklere å implementere enkelte listeoperasjoner. En analogi fra virkeligheten vil være en lenke du holder i hver ende. Digresjon. Listehodet og listehalen kan også være samme dummy-node. I så fall blir analogien en ring av lenker du holder i ett ledd. Du kan følge lenkene videre utifra den lenken du holder i to retninger - enten med eller mot klokken. Disse retningene svarer til retningene du kan bevege deg gjennom listen - enten fremover eller bakover. 1.4 Eksempler class Node<T> { private Node<T> neste; private Node<T> forrige; private T innhold; Node() { this(null); Node(T innhold) { this.innhold = innhold; public void settneste(node<t> neste) { this.neste = neste; public void settforrige(node<t> forrige) { this.forrige = forrige; public Node<T> hentneste() { return this.neste; public Node<T> hentforrige() { return this.forrige; public T hentinnhold() { return this.innhold; public void settinnmellom(node<t> venstre, Node<T> hoyre) { venstre.settneste(this); hoyre.settforrige(this); settneste(hoyre); settforrige(venstre); 3

4 public void kobleut() { this.neste.settforrige(this.forrige); this.forrige.settneste(this.neste); /* Naa er egentlig noden ferdig utkoblet, og hvis programmet vaart er korrekt, vil den bli slettet naar vi ikke lenger har noen pekere til den, men i tilfelle vi gjoer noe annet feil i programmet vaart vil vi ikke at en utkoblet node skal ha noen neste eller forrige. */ this.neste = null; this.forrige = null; En dobbeltlenket node. En generisk, dobbeltlenket liste. DobbelLenkeListe har en indre iteratorklasse som implementerer en forenklet versjon av java.util.iterator. interface EnkelIterator<T> { public boolean harneste(); public T neste(); Merk. Denne listen er koblet som en ring. Når listen er ferdig initialisert, har den kun én dummy-node som pekes på av hode, hale og ende. Hensikten med å bruke tre navn om det samme er å tilføre programmet klarhet gjennom måten vi refererer til denne dummy-noden. Hvis vi går fra starten til slutten, så går vi fra hode til hale, og hvis vi skal sette inn noe bakerst i listen, setter vi det inn bak hale. Om du synes det ble for komplisert å tenke på en liste som en ring, er all koden (bortsett fra konstruktøren) skrevet som om hode og hale er forskjellige. class DobbelLenkeListe<T extends Comparable<T>> { protected int storrelse; protected Node<T> ende; protected Node<T> hode; protected Node<T> hale; DobbelLenkeListe() { this.storrelse = 0; initialiser(); protected void initialiser() { this.ende = new Node<T>(); ende.settneste(ende); ende.settforrige(ende); this.hode = ende; 4

5 this.hale = ende; public boolean ertom() { return storrelse == 0; public void settinnforan(t innhold) { Node<T> ny = new Node<T>(innhold); Node<T> etter = this.hode.hentneste(); ny.settinnmellom(this.hode, etter); storrelse++; public void settinnbak(t innhold) { Node<T> ny = new Node<T>(innhold); Node<T> foer = this.hale.hentforrige(); ny.settinnmellom(foer, this.hale); storrelse++; public T tautforan() { if (ertom()) { return null; Node<T> foerst = this.hode.hentneste(); foerst.kobleut(); storrelse--; return foerst.hentinnhold(); public T tautbak() { if (ertom()) { return null; Node<T> bakerst = this.hale.hentforrige(); bakerst.kobleut(); storrelse--; return bakerst.hentinnhold(); public class DobbelLenkeListeIterator implements EnkelIterator<T> { private Node<T> denne; DobbelLenkeListeIterator() { denne = hode.hentneste(); public boolean harneste() { return denne!= hale; public T neste() { T temp = denne.hentinnhold(); denne = denne.hentneste(); return temp; public EnkelIterator<T> iterator() { return new DobbelLenkeListeIterator(); 5

6 class OrdnetDobbelLenkeListe<T extends Comparable<T>> extends DobbelLenkeListe<T> { public void settinnpaariktigplass(t innhold) { Node<T> ny = new Node<T>(innhold); finnriktigplasstilnode(ny); storrelse++; private void finnriktigplasstilnode(node<t> ny) { T t = ny.hentinnhold(); Node<T> denne = hode; while ((denne = denne.hentneste())!= hale) { if (t.compareto(denne.hentinnhold()) <= 0) { break; ny.settinnmellom(denne.hentforrige(), denne); public void innstikksorter() { /* vi lager foerst lokale variabler som peker paa instansvariablene ende, hode og hale, og saa initialiserer vi listen paa nytt */ Node<T> gammelende = this.ende; Node<T> gammelthode = this.hode; Node<T> gammelhale = this.hale; initialiser(); /* deretter gaar vi gjennom den gamle listen, kobler ut hver node og setter den inn i den nye listen paa riktig plass */ Node<T> denne; while ((denne = gammelhale.hentforrige())!= gammelthode) { denne.kobleut(); finnriktigplasstilnode(denne); En ordnet, generisk, dobbeltlenket liste. Oppgave 1: Mitt skip er lastet med I leken "Mitt skip er lastet meder det om å gjøre å komme på ord som begynner på en gitt bokstav. Vi skal lage et program som skal simulere hvordan leken vil utspille seg gitt en fil med alle ordene i deltagernes ordforråd. Vi definerer reglene slik at man begynner på en tilfeldig bokstav, så sies det et ord, og neste ord skal da begynne på samme bokstav som det forrige ordet sluttet på. Et ord som er blitt sagt kan ikke brukes igjen. Det kan for eksempel utspille seg slik: Bokstaven b velges, så sies banan", ninja", "aritet", tetraeder"osv. a) Lag en metode forstebokstavi(string ord) som returnerer det første tegnet i ord. (Du kan anta at lengden på strengen er større enn 0). 6

7 Hint. Du kan bruke metoden charat(int pos) i String for å hente ut tegnet på plass pos i strengen. b) Lag en metode sistebokstavi(string ord) som returnerer det siste tegnet i ord. (Du kan også her anta at lengden på strengen er større enn 0). c) Lag en klasse Ordliste som har en HashMap<Character, Node> som skal kunne gi den første noden i lenkelisten med alle ordene som begynner på en gitt bokstav, og la den ha en indre klasse Node med metoder for å hente ut ordet og hente / sette neste. class Ordliste { private HashMap<Character, Node> forstenoder; private class Node { private Node neste; private String ord; Node(String ord) { this.ord = ord; public String hentord() { return this.ord; public Node hentneste() { return this.neste; public void settneste(node neste) { this.neste = neste; Ordliste() { forstenoder = new HashMap<>(); Løsningsforslag. d) Utvid Ordliste med en metode leggtil(string ord). e) Utvid Ordliste med en metode taut(char forstebokstav). Denne metoden tar ut et ord fra listen. Du kan selv bestemme hvordan du velger hvilket ord som skal tas ut. (Det er lov å gjøre det enkelt). Du kan anta det finnes et ord som begynner på denne bokstaven hvis metoden kalles. f) Lag til slutt en metode spill(char startbokstav) som simulerer et spill inntil det ikke finnes noe ord som begynner på samme bokstav som det forrige ordet sluttet med. Skriv ut ordene etter hvert som de tas ut. 7

8 public void spill(char startbokstav) { int teller = 0; char forstebokstav = startbokstav; while (forstenoder.containskey(forstebokstav)) { String ord = taut(forstebokstav); System.out.println(ord); // gjor klar til neste runde forstebokstav = MittSkipErLastetMed.sisteBokstavI(ord); teller++; System.out.println("\nSPILLET ER OVER"); System.out.printf("\nAntall ord som ble brukt: %d\n", teller); Løsningsforslag. Du kan bruke følgende hovedprogram til å teste koden din. public static void main(string[] args) { String filnavn = args[0]; File fil = new File(filnavn); Scanner inn = null; try { inn = new Scanner(fil); catch (FileNotFoundException e) { System.out.printf("Fant ikke filen %s \n", filnavn); System.exit(1); Ordliste ordliste = new Ordliste(); while (inn.hasnextline()) { String ord = inn.nextline(); ordliste.leggtil(ord); inn.close(); char startbokstav = args[1].charat(0); ordliste.spill(startbokstav); Programmet kan brukes på følgende måte (da leses ord fra ord.txt og programmet begynner på bokstaven b) java MittSkipErLastetMed ord.txt b Filnavn: MittSkipErLastetMed.java, Ordliste.java. 2 Iteratorer 2.1 Motivasjon java.util.iterator og java.lang.iterable gir oss et standardisert grensesnitt for å iterere gjennom (besøke alle elementene i) en beholder. 8

9 Dette lar oss blant annet bruke en for-each loop til å gå gjennom alle elementene i en hvilkensomhelst beholder (så lenge den implementerer Iterable). for (Bil b : garasje) { b.skrivutskilt(); 2.2 Oppklaring Iterable implementeres av beholderen, mens Iterator implementeres av iteratoren til beholderen (ofte en indre klasse). Merk. I dette kurset har iteratorer ofte vært vist i sammenheng med lenkelister, men lenkelister er bare én av mange datastrukturer vi kan iterere over. 2.3 Eksempel import java.util.iterator; class Gangetabell implements Iterable<Integer> { private int[] tabell; private int lengde; private int faktor; Gangetabell(int faktor, int lengde) { this.faktor = faktor; this.lengde = lengde; this.tabell = new int[lengde]; public void regnut() { int svar = 0; for (int i = 0; i < lengde; i++) { svar += faktor; tabell[i] = svar; public Iterator<Integer> iterator() { return new GangetabellIterator(); private class GangetabellIterator implements Iterator<Integer> { private int pos; public boolean hasnext() { return pos < lengde; public Integer next() { 9

10 return tabell[pos++]; public void remove() { /* vi lar vaere aa implementere denne siden det ikke er saa meningsfylt aa fjerne tall fra gangetabellen */ 10