INF2220: Forelesning 1. Praktisk informasjon Analyse av algoritmer (kapittel 2) (Binær)trær (kapittel )

Like dokumenter
INF2220: Forelesning 1

INF2220: Forelesning 1

INF Algoritmer og datastrukturer. Hva er INF2220? Algoritmer og datastrukturer

Hva er en algoritme? INF HØSTEN 2006 INF1020. Kursansvarlige Ragnar Normann E-post: Dagens tema

INF110 Algoritmer og datastrukturer TRÆR. Vi skal i denne forelesningen se litt på ulike typer trær:

Eksempel: Uttrykkstrær I uttrykkstrær inneholder bladnodene operander (konstanter, variable,... ), mens de interne nodene inneholder operatorer.

Dagens tema. INF Algoritmer og datastrukturer. Binærtrær. Generelle trær

Generelle trær BINÆRTRÆR. Binærtrær

INF2220: Forelesning 2

Binære trær: Noen algoritmer og anvendelser

Definisjon av binært søketre

Object [] element. array. int [] tall

Repetisjon: Binære. Dagens plan: Rød-svarte trær. Oppgave (N + 1)!

Inf 1020 Algoritmer og datastrukturer

Binære søketrær. En ordnet datastruktur med raske oppslag. Sigmund Hansen

Trær. En datastruktur (og abstrakt datatype ADT)

INF2220: Forelesning 2. Balanserte søketrær Rød-svarte trær (kapittel12.2) B-trær (kapittel 4.7)

INF2220: Forelesning 2

Dagens plan: INF Algoritmer og datastrukturer. Repetisjon: Binære søketrær. Repetisjon: Binære søketrær

Binære søketrær. Et notat for INF1010 Stein Michael Storleer 16. mai 2013

Et eksempel: Åtterspillet

INF2220: Gruppe me 2. Mathias Lohne Høsten 2017

Definisjon: Et sortert tre

EKSAMEN. Dato: 28. mai 2018 Eksamenstid: 09:00 13:00

IN Algoritmer og datastrukturer

... Når internminnet blir for lite. Dagens plan: Løsning: Utvidbar hashing. hash(x) katalog. O modellen er ikke lenger gyldig ved

EKSAMEN med løsningsforslag

Kap 9 Tre Sist oppdatert 15.03

INF Algoritmer og datastrukturer

UNIVERSITETET I OSLO

INF Algoritmer og datastrukturer

INF Algoritmer og datastrukturer

Fra Kap.10 Binære søketre (BS-tre) Sist oppdatert Definere en abstrakt datastruktur binært søketre. Vise hvordan binær søketre kan brukes

INF Algoritmer og datastrukturer

INF Algoritmer og datastrukturer

PG4200 Algoritmer og datastrukturer Forelesning 7

Lars Vidar Magnusson

Definisjon. I et binært tre har hver node enten 0, 1 eller 2 barn

Algoritmer og Datastrukturer

Løsnings forslag i java In115, Våren 1998

Notater til INF2220 Eksamen

Eksamen i IN 110, 18. mai 1993 Side 2 Del 1 (15%) Vi skal se på prioritetskøer av heltall, der vi hele tiden er interessert i å få ut den minste verdi

UNIVERSITETET I OSLO

INF1010 Rekursive metoder, binære søketrær. Algoritmer: Mer om rekursive kall mellom objekter Ny datastruktur: binært tre

UNIVERSITETET I OSLO

Enkle datastrukturer. Lars Greger Nordland Hagen. Introduksjon til øvingsopplegget og gjennomgang av python

Dagens plan: INF Algoritmer og datastrukturer. Eksempel. Binære Relasjoner

Algoritmer og Datastrukturer IAI 21899

Ny/utsatt EKSAMEN. Dato: 5. januar 2018 Eksamenstid: 09:00 13:00

INF Algoritmer og datastrukturer

Algoritmer og Datastrukturer

Et eksempel: Åtterspillet

EKSAMEN. Algoritmer og datastrukturer

København 20 Stockholm

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave 1 LØSNINGSFORSLAG. Eksamen i INF desember Betrakt følgende vektede, urettede graf:

UNIVERSITETET I OSLO

Eks 1: Binærtre Binærtretraversering Eks 2: Binærtre og stakk

Oppgave 1. Sekvenser (20%)

Trær. Består av sammenkoblede noder Hver node har 0 eller flere barne-noder. Må være asyklisk. Et tre med n noder har n-1 kanter.

Algoritmer og Datastrukturer

INF1010 Binære søketrær ++

INF2810: Funksjonell Programmering. Trær og mengder

EKSAMEN. Dato: 9. mai 2016 Eksamenstid: 09:00 13:00

Gjøre noe i hele treet = kalle på samme metode i alle objekten. Java datastruktur Klassestruktur

Pensum: fra boken (H-03)+ forelesninger

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

INF1010 siste begreper før oblig 2

Uke 5 Disjunkte mengder

Løsningsforslag for Obligatorisk Oppgave 3. Algoritmer og Datastrukturer ITF20006

Pensum: fra boken (H-03)+ forelesninger

INF1010 notat: Binærsøking og quicksort

UNIVERSITETET I OSLO

Løsnings forslag i java In115, Våren 1996

Disjunkte mengder ADT

EKSAMEN Løsningsforslag. med forbehold om bugs :-)

INF2810: Funksjonell Programmering. Lokale variabler. Og trær.

Eksamen iin115 og IN110, 15. mai 1997 Side 2 Oppgave 1 Trær 55 % Vi skal i denne oppgaven se på en form for søkestrukturer som er spesielt godt egnet

Magnus Moan (Undertegnede) Enkle datastrukturer, trær, traversering og rekursjon

Algoritmer og datastrukturer Løsningsforslag

Algoritmer og datastrukturer Eksamen

LO118D Forelesning 12 (DM)

EKSAMEN. Dato: 18. mai 2017 Eksamenstid: 09:00 13:00

INF Algoritmer og datastrukturer

Algoritmeanalyse. (og litt om datastrukturer)

Oppgavesettet består av 7 sider, inkludert denne forsiden. Kontroll& at oppgaven er komplett før du begynner å besvare spørsmålene.

INF2810: Funksjonell Programmering. Lokale variabler. Og trær.

INF1020 Algoritmer og datastrukturer. Dagens plan

UNIVERSITETET I OSLO

Balanserte binære søketrær

Eksamen iin115, 14. mai 1998 Side 2 Oppgave 1 15 % Du skal skrive en prosedyre lagalle som i en global character array S(1:n) genererer alle sekvenser

Algoritmer og datastrukturer Eksamen

Algoritmer og Datastrukturer

Løsnings forslag i java In115, Våren 1999

Sist gang (1) IT1101 Informatikk basisfag. Sist gang (2) Oppgave: Lenket liste (fysisk) Hva menes med konseptuelt og fysisk i forb med datastrukturer?

MAT1030 Diskret Matematikk

INF2220: Time 12 - Sortering

Algoritmer og datastrukturer Eksamen 22. februar 2011

PG4200 Algoritmer og datastrukturer Forelesning 10

Transkript:

INF2220: Forelesning 1 Praktisk informasjon Analyse av algoritmer (kapittel 2) (Binær)trær (kapittel 4.1-4.3 + 4.6)

PRAKTISK INFORMASJON 2

Praktisk informasjon Kursansvarlige Ragnhild Kobro Runde (ragnhilk@ifi.uio.no) Ingrid Chieh Yu (ingridcy@ifi.uio.no) Arne Maus (arnem@ifi.uio.no) Forelesninger Torsdag 12-14, Simula OJD Vær oppmerksom på at ikke alt som er pensum, foreleses ikke alt som foreleses står på lysarkene alt som foreleses er (også) pensum Gruppetimer 2 timer/uke seminarrom 2 timer/uke terminalstue 3

Praktisk informasjon (forts) Obligatoriske oppgaver (tentative datoer) Oblig 1 tirsdag 12/9 Oblig 2 tirsdag 3/10 Oblig 3 tirsdag 24/10 Oblig 4 tirsdag 7/11 Eksamen (digital) Mandag 4/12 kl 14.30-18.30(?) Alle trykte og skrevne hjelpemidler tillatt Lærebok Mark Allen Weiss: Data Structures and Algorithm Analysis in Java 4

INF2220 algoritmer og datastrukturer Et av de mest sentrale grunnkursene i informatikk og et av de vanskeligste! Kurset hever programmering fra et håndverk til en vitenskap. Eksamen krever både teoretiske og praktiske ferdigheter. Forelesninger og gruppetimer utfyller hverandre. Forelesninger fokuserer på teori og ideer Gruppetimene gir trening både i teorioppgaver og praktisk programmering Et arbeidskrevende modningsfag. Jobb med oppgaver gjennom hele semesteret! Sjekk hjemmesiden regelmessig for viktige beskjeder. Forelesningsplanen kan bli endret underveis. Kurset forutsetter INF1010, spesielt lister og rekursjon. 5

Hva er målet ditt med INF2220? Hvordan skal du nå målet ditt? 6

TRÆR 7

Trær Ulike typer trær: Generelle trær (kap. 4.1) Binærtrær (kap. 4.2 og 4.6) Binære søketrær (kap. 4.3) B-trær (kap. 4.7) Aktuelle temaer: Bruksområder Implementasjon Innsetting og fjerning av elementer Søking etter elementer Traversering

Generelle trær Trær brukes gjerne for å representere data som er organisert hierarkisk. Typiske eksempler er: Filorganisering Slektstrær Organisasjonskart Klassehierarki (for eksempel i Java): Object Character Number String Throwable Double Float Integer Error Exception 9

10

11

Terminologi Et tre er en samling noder. Et ikke-tomt tre består av en rot-node og null eller flere ikke-tomme subtrær. Fra roten går det en rettet kant til roten i hvert subtre. (Denne definisjonen er rekursiv!) Eksempler: A A er roten (rot-noden) B er forelder til D og E B C D og E er barna til B D E F G H C er søsken til B D, E, F, G og I er løvnoder (bladnoder) I A, B, C og H er indre noder 12

Diskuter Hvordan vil dere implementere en slik trestruktur i Java? (Tenk noder og pekere.) A B C D E F G H I 13

Traversering Å traversere et tre vil si å besøke alle (eller noen av) nodene i treet, for eksempel for å Lete etter en bestemt node (element). Sette inn en ny node (med et nytt element). Fjerne en node/element. Gjøre en beregning (eller utskrift) på nodene i treet. Problemet som skal løses avgjør traverserings-rekkefølgen. B A C D E F G H I 17

Traversering (forts) To populære traverseringsmåter: Prefiks (preorder): behandle noden før vi går videre til barna. Postfiks (postorder): behandle noden etter at vi har besøkt alle barna til noden. A B C D E F G H I 18

Mer terminologi En vei (sti) fra en node n 1 til en node n k er definert som en sekvens av noder n 1, n 2,, n k slik at n i er forelder til n i+1 for 1 i k. Lengden av denne veien er antall kanter på veien, det vil si k-1. A B C D E F G H I 19

Dybde Dybden til en node er definert av (den unike) veien fra roten til noden. Roten har altså dybde 0. Rekursiv metode for å beregne dybden til alle nodene i et tre: A // Kall:rot.beregnDybde(0); void beregndybde(int d) { this.dybde = d; for (<hvert barn b>) { b.beregndybde(d+1); } } B C D E F G H I 20

Høyde Høyden til en node er definert som lengden av den lengste veien fra noden til en løvnode. Alle løvnoder har dermed høyde 0. Høyden til et tre er lik høyden til roten. // Kall:rot.beregnHoyde(); } int beregnhoyde() { int tmp; this.hoyde = 0; for (<hvert barn b>) { tmp = b.beregnhoyde() + 1; if (tmp > this.hoyde) { this.hoyde = tmp; } } return this.hoyde; 21

BINÆRTRÆR 22

Binærtrær Et binærtre er et tre der hver node aldri har mer enn to barn. Dersom det bare er ett subtre, må det være angitt om dette er venstre eller høyre subtre. I verste fall blir dybden N-1!

Implementasjon av binærtrær Siden hver node maksimalt har to barn, kan vi ha pekere direkte til dem: class BinNode { Object element; BinNode venstre; BinNode hoyre; } 24

Eksempel: Uttrykkstrær I uttrykkstrær inneholder løvnodene operander (konstanter, variabler, ), mens de indre nodene inneholder operatorer. * Postfiks: + * Infiks: 5 3 2 + Prefiks: 1 4 25

Traversering av binærtrær - oppsummering void traverser(binnode n) { if (n!= null) { < Gjør PREFIKS-operasjonene > traverser(n.venstre); < Gjør INFIKS-operasjonene > traverser (n.hoyre); < Gjør POSTFIKS-operasjonene > } 26

BINÆRE SØKETRÆR 28

Binære søketrær Binære søketrær er en variant av binærtrær hvor følgende for hver node i treet: Alle verdiene i venstre subtre er mindre enn verdien i noden selv. Alle verdiene i høyre subtre er større enn verdien i noden selv. 8 1 4 12 2 2 7 9 15 3 6 11 13 16 4 Hvordan håndtere noder med like verdier? (Ukeoppgave.)

Søking: Rekursiv metode public BinNode finn(comparable x, BinNode n) { if (n == null) { return null; } else if (x.compareto(n.element) < 0) { return finn(x, n.venstre); } else if (x.compareto(n.element) > 0) { return finn(x, n.hoyre); } else { return n; } } Antagelse: Alle nodene i treet er forskjellige. Det må være mulig å sammenligne verdiene i treet her er det brukt Java-interfacet Comparable. Her returneres noden som inneholder elementet. Ofte returneres elementet selv. 30

Søking: Ikke-rekursiv metode public BinNode finn(comparable x, BinNode n) { BinNode t = n; while (t!= null && x.compareto(t.element)!= 0) { if (x.compareto(t.element) < 0) { t = t.venstre; } else { t = t.hoyre; } } return t; } 31

Innsetting Ideen er enkel: Gå nedover i treet på samme måte som ved søking. Hvis elementet finnes i treet allerede gjøres ingenting. 1 4 Hvis du kommer til en 3 null-peker uten å ha funnet elementet: sett inn en ny node (med elementet) på dette stedet. 32 2 6 8

Sletting Sletting er vanskeligere. Etter å ha funnet noden som skal fjernes er det flere mulige situasjoner: Noden er en løvnode: 2 6 8 Kan fjernes direkte. Noden har bare ett barn: Foreldrenoden kan enkelt hoppe over den som skal fjernes. 1 4 3 33

Sletting (forts) Noden har to barn: Erstatt verdien i noden med den minste verdien i høyre subtre. Slett noden som denne minste verdien var i. 2 1 5 6 8 3 4 34

ANALYSE AV ALGORITMER 36

Analyse av tidsforbruk Hvor mye øker kjøretiden når vi øker størrelsen på input? To typer analyse: Gjennomsnittlig tidsforbruk (average-case) Verste tilfelle (worst-case) Alternative metoder: Implementere algoritmen og ta tiden for ulike typer og størrelser på input. Finne en enkel funksjon som vokser på samme måte som kjøretiden til programmet. 39

O-notasjon Generelt er vi ikke interessert i nøyaktig hvor mye tid et program bruker, men vil heller prøve å angi i hvilken størrelsesorden løsningen ligger. Definisjon La T(n) være kjøretiden til programmet. T(n) = O(f(n)) hvis det finnes positive konstanter c og n 0 slik at T(n) c * f(n) når n > n 0. O(f(n)) er da en øvre grense for kjøretiden. Oppgaven er å finne en f(n) som er minst mulig. 40

Vanlige funksjoner for O() Funksjon Navn 1 Konstant log n Logaritmisk n log n n Lineær O-notasjon er en veldig forenklet (asymptotisk) måte å angi tidsforbruk på, og vi forkorter så mye som mulig. Merk at konstanter allerede ligger i definisjonen. n 2 n 3 Kvadratisk Kubisk 2 n Eksponensiell n! Eksempler: n/2, n, 2n: O(n) n 2 + n + 1: O(n 2 ) log 2 n, log 10 n: O(log n) 41

Neste forelesning: 31. august BALANSERTE SØKETRÆR 47