INF1010 e-postadresser

Transkript

1 INF1010 e-postadresser Ikke-faglige spørsmål til Faglige spørsmål til blogen eller til brukernavn kristoeb josek stianf bendiko bmmender espeak richar daghf larsstor fredva navn Kristoffer Egil Bonarjee Jose Louis Rojas Stian Kjetil Friberg Bendik Rønning Opstad Bedeho Mender Espen Angell Kristiansen Richard Rørmark Dag Haavi Finstad Lars Storjord Fredrik Valdmanis Spørsmål om pensum, forelesninger, øvelser og innhold i oppgaver kan sendes til plenumslærere og forelesere: brukernavn navn steing Stein Gjessing michael Stein Michael Storleer espeak Espen Angell Kristiansen jpaasen Jon Petter Åsen

2 Dagens forelesning Pekerkjedelister Om pekervariable Innsetting Innsetting og holde sortert Traversering av hele lista Strenger Sammenligne strenger String.compareToIgnoreCase(String s) Binære trær Litt om effektivitet Liste versus binærtre Et binærtreeksempel Binærtreoperasjoner Sette personobjekt inn i treet Finne et personobjekt med et gitt navn Oppgaver Programmeringsoppgaver til plenumsøvelsen

3 Om pekervariable Forskjellen mellom variable og pekere, begreper primitive types reference types variabel pekere pekervariable Veldig viktig å vite om det er en variabel eller en peker. Siden en peker også forandrer verdi (hva den peker på) er den variabel, og kalles derfor ofte variabel. Vi kan ikke se av navnet om det er en variabel eller en peker. I personlisteeksempelet er p.rang en variabel (av type int), mens p.nesteperson er en peker (av type Person).

4 Om pekervariable Forskjellen mellom variable og pekere En variabel (av 8 forskjellige typer) har en verdi. De vanliste typene er: int boolean double char En peker inneholder en adresse, eller referanse til et objekt. Variablene med verdier ligger evt. i objektet, og kan bare leses og forandres indirekte. int 0 i int i = 0; int <fig venstre> i = 56731; i Person pp = new Person(); Person p = null; Person Person p pp P = pp; Person Person p pp «p settes til å peke på det samme som pp (peker på)»

5 Innsetting Innsetting først 1 void settinnpersonforst( Person inn ) { 2 \\ Hvis l i s t a er tom, sett inn objektet 3 i f ( personliste == null ) personliste = inn ; 4 else { 5 \\ minst et objekt i lista 6 inn. nesteperson = personliste ; 7 personliste = inn 8 } 9 }

6 Innsetting Innsetting sist (uten «sistepeker») 1 void settinnpersonsist( Person inn ) { 2 \\ Hvis l i s t a er tom, sett inn objektet 3 i f ( personliste == null ) personliste = inn ; 4 else { 5 \\ finne siste element i lista 6 Person p = personliste ; 7 while (p. nesteperson! = null ) 8 p = p. nesteperson ; 9 \\ her er p. nesteperson==null, altså er p siste 10 p. nesteperson = inn 11 } 12 }

7 Innsetting Et listeobjekt med peker til siste element i lista Person Person Person Person Person nesteperson String navn nesteperson String nesteperson String nesteperson String nesteperson String Jonathan Susanne Imran Nikita Elisabeth navn navn navn navn null Person personliste Person sisteperson Et objekt av klassen Personer

8 Innsetting og holde sortert Antar at Person-objektene i lista har et attributtint rang som objektene er sortert etter i stigende rekkefølge. Elementet som skal inn må da ikke havne så langt ut i lista at det får et element med høyere verdi på rang før seg selv. Vi leter oss fram til en tom nestepeker, eller til nesteperson peker på et objekt med høyere rang. Dette synes ganske enkelt, men vi vil se at når metoden skal virke både for en tom og en ikke-tom liste og for en liste som bare har et objekt, blir det nokså omstendelig. personliste == null innobjektet skal inn først innobjektet skal inn sist innobjektet skal hverken først eller sist

9 Innsetting og holde sortert 1 void settinnpersonetterrang( Person inn ) { 2 Person p = personliste ; 3 Boolean fortsett = true ; 4 inn. nesteperson = null ; // hvorfor? 5 while (p!= null && fortsett ) 6 if (p. nesteperson!= null && p. nesteperson. rang < inn. rang ) 7 p = p. nesteperson; 8 else fortsett = false ; 9 //p == null eller p. nesteperson. rang >= inn. rang 10 if (p == null ) { 11 // lista var tom 12 personliste = inn ; 13 } 14 else if (p == personliste ) { 15 if (p.rang < inn. rang ) { 16 inn. nesteperson = p. nesteperson; 17 personliste = inn ; 18 } 19 else { 20 inn. nesteperson = personliste ; 21 personliste = inn ; 22 } 23 } 24 else { 25 // inn skal inn mellom p og p. nesteperson 26 inn. nesteperson = p. nesteperson; 27 p. nesteperson = inn ; 28 } 29 }

10 Innsetting og holde sortert I settinnpersonetterrang linje 16: personliste p inn 7 inn.nesteperson = p.nesteperson; personliste p inn 7

11 Innsetting og holde sortert personliste p inn 7 personliste = inn; p personliste inn personliste

12 Innsetting og holde sortert 1 void settinnpersonetterrang( Person inn ) { 2 Person p = personliste ; 3 Boolean fortsett = true ; 4 inn. nesteperson = null ; // hvorfor? 5 while (p!= null && fortsett ) 6 if (p. nesteperson!= null && p. nesteperson. rang < inn. rang ) 7 p = p. nesteperson; 8 else fortsett = false ; 9 //p == null eller p. nesteperson. rang >= inn. rang 10 if (p == null ) { 11 // lista var tom 12 personliste = inn ; 13 } 14 else if (p == personliste ) { 15 if (p.rang < inn. rang ) { 16 inn. nesteperson = p. nesteperson; 17 p. neste = inn ; 18 } 19 else { 20 inn. nesteperson = personliste ; 21 personliste = inn ; 22 } 23 } 24 else { 25 // inn skal inn mellom p og p. nesteperson 26 inn. nesteperson = p. nesteperson; 27 p. nesteperson = inn ; 28 } 29 }

13 Innsetting og holde sortert I settinnpersonetterrang linje 16: personliste p inn 7 inn.nesteperson = p.nesteperson; personliste p inn 7

14 Innsetting og holde sortert personliste p inn 7 p.nesteperson = inn; personliste p inn personliste

15 Innsetting og holde sortert Legg merke til at følgende fungerer korrekt når objektet som inn peker på skal inn mellom objektet som p peker på og objektet som p.neste peker på, selv når p.neste er null (p peker på siste objekt): 1 inn. neste = p. neste ; 2 p. neste = inn ; Da kan vi dele problemet i 3 tilfeller etter hvor innobjektet skal inn: lista er tom først etter objektet (evt. null) p peker på Dette kan vi bruke til å lage en enklere metode. (Oppgave som gjennomgås mandag).

16 Traversering av hele lista Eksempel: skrive ut alle personene i lista 1 // I klassen Personer : 2 3 void skrivalle ( ) { 4 Person p = personliste ; 5 while (p! = null ) { 6 p. skriv ( ) ; 7 p = p. nesteperson ; 8 } 9 } // I klassen Person : 12 void skriv ( ) { 13 System. out. println (... ) ; 14 }

17 Traversering av hele lista Fjerne person med gitt rang (en instans eller ingen) 1 Person fjern ( int rang) { 2 Person p = personliste ; 3 Person forrige = null ; 4 while (p!= null && p. rang!= rang { 5 forrige = p; 6 p = p. nesteperson; 7 } 8 // p er personen som skal fjernes, 9 // forrige er personen FØR denne i listen 10 if (p!= null ) { 11 i f ( p == personliste ) { 12 // Spesialtilfelle : p som skal fjernes står først 13 personliste = personliste. nesteperson; 14 } else { 15 forrige. nesteperson = p. nesteperson; 16 } 17 } 18 return p; 19 }

18 Sammenligne strenger String.compareToIgnoreCase(String s) public int comparetoignorecase(string str) Compares two strings lexicographically, ignoring case differences. This method returns an integer whose sign is that of calling compareto with normalized versions of the strings where case differences have been eliminated by calling Character.toLowerCase(Character.toUpperCase(character)) on each character. Parameters str - the String to be compared. Returns: a negative integer, zero, or a positive integer as the the specified String is greater than, equal to, or less than this String, ignoring case considerations. Ved å sammenligne strenger, kan vi ordne dem leksiografisk (alfabetisk som i en ordbok).

19 Sammenligne strenger String.compareToIgnoreCase(String s) Gitt to tekststrenger: Stringa,b; a.comparetoignorecase(b) > 0 hvisa>b = 0 hvisa=b < 0 hvisb>a Husketriks: vi tenker oss at vi girapostiv, ogbnegativ «alfabetisk vekt». Så legger vi de to vektene sammen. Er summen null, eraogblike. Er summen negativ erb alfabetisk større enna. Er summen positiv, er a størst. Pluss kommer først (a), så minus (b). Kortere: +.comparetoignorecase( )

20 Litt om effektivitet I små programmer betyr det ikke noe om vi gjør operasjoner på en ineffektiv måte. Datamaskinen er så rask at det som skal gjøres skjer fort nok. Med mange objekter i datastrukturen, eller med unødvendige repetisjoner av operasjoner, kan programmet fort bli så tidkrevende at det er ubrukelig. Har vi mange elementer i lista og vi forventer ofte å måtte foreta operajoner som å finne et bestemt element, eller å sortere lista, finnes det en langt bedre pekerkjedestruktur med hensyn til effektivitet. Men først noen ord om effektivitet.

21 Litt om effektivitet Eksempel på liste med mange objekter I folkeregisteret er det registrert nesten 5 millioner personer. Hvis disse ligger i en liste slik at vi hver gang vi skal finne en person må starte på begynnelsen av lista, kan vi forvente å måtte gjøre ca 2,5 millioner sammenligninger før vi finner personen vi er ute etter. Hvis det tar ett tusendels sekund å gjøre en sammenligning, kan vi forvente at det tar ca , 001s= 2.500s eller ca 2.500s/60=40 minutter å finne en bestemt person.

22 Litt om effektivitet Hvor lang tid vil det ta å sortere lista ved å finne det minste elementet med metoden over, ta det ut å sette det inn i en ny sortert liste, når vi bare ser på tiden det tar å finne objektene? Svar: Ca 95 år! Fordelen med pekerkjedelister, er at vi ikke trenger å vite noe om hvor mange elementer som skal inn i lista. Ulempen er at pekeradministrasjon lett fører til feil, og at store datamengder (mange elementer) blir ineffektivt.

23 Litt om effektivitet Når datamengden blir «stor», eller vi må gjøre en operajon «mange ganger», må vi også tenke på om programmet vi lager er effektivt, dvs. ikke tar «for lang» tid. Hva som er store datamengder, mange ganger og lang tid er tema for andre emner enn INF1010, men enkle resonnementer og beregninger rundt et programs effektivitet er det greit å kunne gjøre. Vi bør også kjenne til at datastrukturer og algoritmers kvalitet i stor grad avhenger av effektivitet (= tidsforbruk).

24 Liste versus binærtre I folkeregistereksempelet over så vi at en enkeltkjedet liste med en førstepeker er en lite egnet struktur når vi ofte skal finne objekter med et bestemt fødselsnummer. Det finnes derimot en pekerstruktur som er like dynamisk som lista, men som gjør at vi kan finne et bestemt objekt mange ganger mer effektivt. Denne datastrukturen er et binært søketre, eller et binærtre.

25 Liste versus binærtre Hvordan ideen kan ha blitt til

26 Liste versus binærtre I hvert nivå i et binært søketre, er det plass til dobbelt så mange elementer som nivået over. Når vi leter går vi bare fra et nivå til det neste i ett skritt (tilsvarer p = p.neste for lister). På første nivå er det plass til ett element, på neste 2, det neste 4, 8, På nivå 23, er det plass til elementer. I nivåene over, er det plass til elementer, tilsammen over 8 millioner elementer, hvilket er nok for vårt folkeregister

27 Liste versus binærtre Pekerstrukturen i et binærtre Det som gjenstår, er å organisere dataene slik at vi finner søkte element ved å undersøke maksimum 23 elementer. Siden halvparten av objektene ligger i nivå 1-22, må vi i snitt regne med å lete oss fram til nivå 22. Hvis letetiden er den samme som for lista, finner vi et element i løpet av 22 0, 001s = 0, 022s omtrent to hundredels sekund. Jørgen Gunnar Stian Eirik Jan Pål Torjus Christian Elisabeth Henrik Jim Nikita Siv Susanne Vivi Andreas Darjan Gry Helge Imran Nguyen Philip Simen Tor

28 Et binærtreeksempel Vi skriver om class Person slik at den nå har to personpekere: 1 class Person { 2 String navn; 3 Person venstre, // Peker t i l pers. alfabetisk før denne 4 høyre ; // Peker t i l pers. alfabetisk etter denne 5 } type: String navn: navn type: Person venstre "Sokrates" type: Person høyre Sokrates Forenklet objekt Et objekt av klassen Person

29 Et binærtreeksempel Ideen er å ordne objektene slik at alle personene som vi finner ved å følge høyre-pekeren (høyre subtre) er alfabetisk større enn dette objektets navn. Tilsvarende skal alle personobjekter vi kan finne ved å følge venstre-pekeren (venstre subtre) være alfabetisk mindre enn dette objektets navn. Merk at siden et objekt der begge pekervariablene er null også er et binært tre (en «spire uten grener»), peker alle pekervariablene på trær av mindre og mindre størrelse etter som vi følger pekerne fra «rota» mot «bladene».

30 Et binærtreeksempel Jasmina Imran Nikita Objekter som har navn som kommer alfabetisk foran (mindre enn) "Imran" Objekter hvor navn er større enn "Nikita"

31 Et binærtreeksempel Andreas Christian Darjan Eirik Elisabeth Gry Gunnar Helge Henrik Imran Jan Jim Jørgen Nguyen Nikita Philip Pål Simen Siv Stian Susanne Tor Torjus Vivi Fra sortert liste (øverst) til binært søketre Jørgen Gunnar Stian Eirik Jan Pål Torjus Christian Elisabeth Henrik Jim Nikita Siv Susanne Vivi Andreas Darjan Gry Helge Imran Nguyen Philip Simen Tor

32 Sette personobjekt inn i treet Når vi skal legge til et personobjekt, sjekker vi først navnet til førsteperson. Her har vi fire muligheter: 1. førsteperson == null, objektet med innavnet er første objekt. 2. innnavnet er likt, ingenting legges til (i dette eksemplet) 3. innavnet er større og personen skal legges til (treet) høyre 4. innavnet er mindre og personen skal legges til (treet) venstre

33 Sette personobjekt inn i treet Metoden vi bruker for å legge til et objekt har en personpeker som parameter. Personen som personpekeren peker på skal settes inn i treet. Metoden er definert i en omgivelse der Person persontreet peker på personobjektet som er roten i hele treet. Metoden kalles med kallet settinnitre(nyperson); Hvordan vi sammenligner tekststrenger er ikke vesentlig her, men i eksemplet har jeg brukt comparetoignorecase (fra String-klassen) som returnerer et heltall (se ovenfor). Vi lager en skisse:

34 Sette personobjekt inn i treet 1 void settinnitre ( Person inn ) { 2 // Objektet pekt på av inn skal inn i persontreet 3 i f ( persontreet == null ) persontreet = inn ; 4 else { 5 Person pp = treet ; 6 while ( pp! = null ) { 7 int smnlgn = pp.navn.comparetoignorecase ( inn.navn ) ; 8 if ( smnlgn < 0 ) pp = pp.høyre ; 9 else if ( smnlgn > 0 ) pp = pp. venstre ; 10 } 11 if ( smnlgn < 0 ) 12 <sett innpersonen i treet pekt på av høyre> 13 else i f ( smnlgn > 0 ) 14 <sett innpersonen i treet pekt på av venstre > 15 } 16 }

35 Sette personobjekt inn i treet Metoden er korrekt hvis treet er tomt. Hvis treet ikke er tomt (tre!= null) vandrer vi nedover (sic!) treet til vi finner et personobjekt hvor pekeren «videre» er null. Her skal objektet settes inn. I skissen på forrige lysark er vi framme når pp == null; Vi har da ikke lenger tilgang til objektet som vi skal hekte det nye objektet til. Introduserer en hjelpepeker som «henger ett trinn etter»:

36 Sette personobjekt inn i treet 1 void settinnitre ( Person inn ) { 2 // Objektet inn skal s e t t e s inn i persontreet 3 i f ( persontreet == null ) persontreet = inn ; 4 else { 5 int smnlgn = 347; 6 Person siste, peker = treet ; 7 while ( peker! = null ) { 8 siste = peker; 9 smnlgn = peker.navn.comparetoignorecase ( inn.navn ) ; 10 if ( smnlgn < 0 ) peker = peker.høyre ; 11 else if ( smnlgn > 0 ) peker = peker. venstre ; 12 } 13 if ( smnlgn < 0 ) siste.høyre = inn ; 14 else i f ( smnlgn > 0 ) siste. venstre = inn ; 15 } 16 }

37 Sette personobjekt inn i treet Henrik Andreas Gunnar Elisabeth Helge Christian Gry Darjan Eirik Henrik Jørgen Andreas Susanne Gunnar Nikita Jim Vivi Pål Elisabeth Christian Jørgen Darjan Eirik Jan Torjus Tor Gry Simen Stian Imran Nguyen Helge Philip Siv Imran Jan Jim Jørgen Nikita Nguyen Pål Philip Susanne Vivi Torjus Tor Simen Stian Slik blir treet hvis navnene kommer slik lista over er (fra øverst og nedover) Siv

38 Sette personobjekt inn i treet Andreas Christian Darjan Eirik Elisabeth Slik blir treet hvis person objektene settes inn i alfabetisk rekkefølge. Gry Gunnar Helge Henrik Resten i stigende orden

39 Sette personobjekt inn i treet Sette et personobjekt inn i treet 1 public void settinnitreet ( Person inn ) { 2 if ( rotperson == null ) rotperson = inn ; 3 else settinn ( inn, rotperson ) ; 4 } 5 6 private void settinn ( Person inn, Person tre ) { 7 int smnlgn = tre. sammenlign( inn ) ; 8 if ( smnlgn < 0 ) { 9 if ( tre. høyre == null ) tre.høyre = inn ; 10 else settinn ( inn, tre.høyre ) ; 11 } 12 else if ( smnlgn > 0 ) { 13 if ( tre. foran == null ) tre. venstre = inn ; 14 else settinn ( inn, tre. venstre ) ; 15 } 16 }

40 Finne et personobjekt med et gitt navn Finne et personobjekt med et gitt navn blir nokså likt det å sette inn en person. Metoden skal returnere med en peker til et personobjekt i treet som har likt navn med innparameteren. Her lar vi treet vi skal lete i også være innparameter. Når vi skal lete i hele treet, bruker vi kallet finnitre(persontreet, navnet).

41 Finne et personobjekt med et gitt navn 1 Person finnitre ( Person persontre, String navn) { 2 Person funnetperson = null ; 3 Person pp = persontre; int smnlgn = 5621; 4 while ( pp! = null ) { 5 smnlgn = pp.navn.comparetoignorecase (navn ) ; 6 if ( smnlgn == 0 ) { // funnet 7 funnetperson = pp; 8 pp = null ; // for å avslutte whileløkka 9 } 10 else if ( smnlgn < 0 ) pp = pp.høyre ; 11 else if ( smnlgn > 0 ) pp = pp. venstre ; 12 } 13 return funnetperson ; 14 }

42 Programmeringsoppgaver til plenumsøvelsen Programmeringsoppgaver 1. Lag en enklere og bedre settinnpersonetterrang basert på opplysningene om de tre tilfellene vi kan dele problemet i. 2. Lag et program som tester innsettingsmetodene i et binært tre. Rett evt. feil. 3. Forandre programmet over, slik at innsettingsmetoden ligger i personobjektene (defineres i klassen Person). 4. Skriv om finnitre slik at den benytter kall på seg selv istedet for while-løkke. 5. Anta at et personobjekt har en metode skrivperson som skriver ut opplysninger om dette objektet. Lag en metode skrivalle som kaller på denne metoden i samtlige objekter i treet. 6.