Estructuras de datos lineales
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El documento aborda las estructuras de datos lineales, detallando su implementación, características y operaciones, incluyendo listas, listas enlazadas, pilas y colas. Se discuten las ventajas y desventajas de cada estructura y se introduce el concepto de programación genérica con plantillas y delegados en lenguajes como C++ y C#. También se mencionan ejemplos de su uso en el .NET Framework.
Estructuras de datos lineales
- 1. Estructuras de datos lineales Universidad Rafael Landívar Ing. Álvaro Enrique Ruano Estructura de Datos I Unidad 2
- 2. Estructuras de datos lineales •Listas •Listas Enlazadas •Listas Circulares •Listas Doblemente Enlazadas •Pilas •Colas
- 3. Listas • Una lista lineal es un conjunto de elementos de un tipo dado que pueden variar en cantidad. • Cada elemento tiene un único predecesor y un único sucesor (excepto el primero y el último). • En la implementación, los elementos de una lista se almacenan contiguos.
- 4. Listas • La implementación se realiza por medio de arrays (deben dimensionarse con un tamaño suficiente). • El acceso a cualquier elemento de la lista y la adición de nuevos elementos es fácil. • El borrado o inserción de un elemento requiere un desplazamiento de los demás elementos, para lo cual se deben implementar algoritmos específicos.
- 5. Listas • Las operaciones que se implementan comúnmente son las siguientes: • Localizar un elemento • Insertar un elemento • Eliminar un elemento • Ordenar los elementos • Copiar la lista • Unir varias listas • Dividir en sublistas
- 6. Listas Enlazadas • Los elementos se almacenan en posiciones de memoria que no son contiguas. • Son un conjunto de elementos en los que cada elemento contiene la posición (dirección de memoria) del siguiente elemento de la lista. • Eliminan los inconvenientes de las listas tradicionales.
- 7. Listas Enlazadas • Las listas enlazadas deben contar con por lo menos tres elementos: • Estructura especial para almacenar el contenido de los elementos. • Un apuntador al primer elemento de la lista llamado cabecera. • Un medio para detectar el último elemento de la lista.
- 8. Listas Enlazadas • Cada elemento de una lista enlazada tiene por lo menos dos campos: el valor y el enlace (link)
- 9. Listas Enlazadas • El último nodo, que no cuenta con un enlace a otro elemento, se puede representar de las siguientes maneras:
- 10. Listas vs. Listas Enlazadas
- 11. Listas Enlazadas • La implementación de una lista enlazada dependerá del lenguaje de programación: • En lenguajes como C, C++, Pascal o Ada se utiliza un puntero como enlace. • En lenguajes como Java o C# se almacena una referencia al siguiente objeto nodo. • En otros lenguajes de programación que no soportan ninguna de estas opciones se realiza la implementación mediante arreglos.
- 12. Procesamiento de Listas Enlazadas • Eliminación: Es más sencilla que en una lista normal, no requiere corrimientos.
- 13. Procesamiento de Listas Enlazadas • Se debe verificar que la lista no esté vacía. • Existen dos casos particulares: • El elemento a eliminar está al principio de la lista • El elemento a eliminar está en cualquier otro lugar de la lista.
- 14. Procesamiento de Listas Enlazadas • Inserción: También más sencilla que en una lista normal.
- 15. Procesamiento de Listas Enlazadas • Se debe reservar el espacio de memoria para el nuevo elemento. • Al igual que la eliminación, se deben considerar dos casos: • Insertar un elemento al frente de la lista. • Insertar un elemento en cualquier otro lugar
- 16. Procesamiento de Listas Enlazadas • Para poder recorrer una lista enlazada, necesitaremos empezar por la cabecera. • Se deben recorrer uno a uno los elementos hasta encontrar el elemento deseado. • Si no se encuentra el elemento, el recorrido termina al encontrar el valor nulo en el apuntado a la siguiente posición.
- 17. Listas Circulares • Son similares a las listas enlazadas con la diferencia que el último elemento apunta al primero, creando un círculo. • También se les conoce como listas enlazadas circulares o listas en anillo.
- 19. Listas Circulares vs. Listas Enlazadas • Ventajas • Cada nodo es accesible desde cualquier otro nodo de la lista. • Las operaciones de concatenación y división son más eficaces. • Desventajas: • Se pueden producir ciclos infinitos al recorrerla (utilizar bandera para cabecera).
- 20. Listas Doblemente Enlazadas • Son una mejora de las listas enlazadas (a partir de ahora, listas simplemente enlazadas). • Permiten recorrer las listas en ambas direcciones. • Cada nodo tiene dos enlaces, uno al elemento anterior y otro al elemento siguiente.
- 22. Procesamiento de Listas Doblemente Enlazadas • Inserción:
- 23. Procesamiento de Listas Doblemente Enlazadas • Inserción:
- 24. Procesamiento de Listas Doblemente Enlazadas • Eliminación:
- 25. Pila • Es un tipo especial de lista lineal en la que la inserción y borrado de los elementos se realiza únicamente por un extremo. • El extremo utilizado se llama cima o tope (top). • Los elementos se quitan en orden inverso al orden en que entran.
- 26. Pila • El modo de acceso a sus elementos de denomina LIFO (Last In, First Out). • En español se les conoce como UEPS (Ultimo en entrar, primero en salir) • Cuenta con operaciones básicas: apilar y desapilar.
- 27. Pila
- 28. Representaciones gráficas de la Pila
- 29. Operaciones de la Pila • Push: • Operación de insertar un elemento en la pila. • También se conoce como meter, poner o apilar. • Pop: • Operación de eliminar un elemento en la pila. • También se conoce como sacar, quitar o desapilar.
- 30. Operaciones de la Pila
- 31. Operaciones de la Pila • Push
- 32. Operaciones de la Pila • Push
- 33. Operaciones de la Pila • Pop
- 34. Operaciones de la Pila • Pop
- 35. Utilidades de la Pila • En el área de ciencias de la computación las pilas son utilizadas para solucionar un amplia variedad de problemas. • Se utilizan en compiladores, sistemas operativos y en programas de aplicación.
- 36. Utilidades de la Pila • Ejemplo:
- 37. Utilidades de la Pila • Ejemplo:
- 38. Cola • Son un tipo especial de lista lineal donde los objetos son insertados por un extremo y removidos por el otro únicamente. • Los elementos se quitan en orden inverso al orden en que entran. • El modo de acceso a sus elementos de denomina FIFO (First In, First Out). • Cuenta con operaciones básicas: encolar (Enqueue), desencolar (Dequeue) y consulta (Peek).
- 39. Cola
- 41. Plantillas y Genéricos •Estructuras Similares •Programación Genérica •Plantillas •Generics •Delegados y Predicados
- 42. Estructuras Similares •Mientras más se adentra una persona en el mundo de las ciencias de la computación, más se da cuenta de que puede utilizar las mismas estructuras para resolver problemas similares.
- 43. Estructuras Similares •Por ejemplo, una estructura lineal como la “cola” se puede aplicar para: •Manejo de procesos en el sistema operativo •Manejo del orden de atención de solicitudes en un hospital •Manejo de solicitude hechas a un Web Service
- 44. Estructuras Similares •En todos los casos mencionados, el código es muy similar. •Debemos hacer variaciones según el tipo del “dato” que queremos almacenar en el nodo. •Esto nos obliga a tener código muy similar y repetido.
- 45. Programación Genérica •Es un paradigma de programación centrado en los algoritmos y no en los datos. •Su postulado fundamental puede sintetizarse en una palabra: generalización.
- 46. Programación Genérica •Se busca que los algoritmos: •Sean parametrizados al máximo •Sean expresados de una forma independiente de detalles concretos de un tipo •Sirvan a la mayor variedad posible de tipos y estructuras de datos
- 47. Plantillas •Son uno de los aportes del lenguaje C++ al lenguaje C. •Permiten pasar “tipos de dato” como parámetros a un determinado programa •Permiten la creación de funciones, clases o estructuras genéricas
- 48. Plantillas •Ventajas: • Generalización: Luego de generar un algoritmo no deberemos realizar modificaciones para utilizarlo con otros varios tipos de datos. • Simplicidad: Permiten un fácil mantenimiento del código
- 49. Plantillas •Desventajas: • Precauciones: Requiere tomar algunas precauciones para evitar que el código falle con algunos tipos de datos. • El programa demora más en ser compilado.
- 50. Plantillas • Las plantillas generan automáticamente el código de manejo para todas las clases utilizadas dentro del programa. • Este trabajo se realiza en tiempo de compilación.
- 51. Plantillas • Algunas plantillas conocidas son: • STL: Standard Template Library proporciona implementaciones de arrays y listas genéricas. • BGL: Boost Graph Library implementa algoritmos y objetos de grafos genéricos.
- 52. Plantillas • Normalmente el nombre del parámetro de tipo inicia con una T. • El All-in-one code framework nos sugiere utilizar PascalCasing con el prefijo T.
- 57. Generics • .NET provee una funcionalidad similar a las plantillas, esta es llamada “Generics”. • Funciona de forma muy parecida a las plantillas con algunas diferencias.
- 58. Generics • Principales diferencias: • El manejo genérico es realizado en tiempo de ejecución y no en tiempo de compilación. • No permite implementaciones personalizadas o parciales para algunos tipos de datos. • No permite tipos de datos default
- 59. Generics • Principales diferencias: • El código de las plantillas siempre debe ser válido, no se pueden hacer chequeos por tipo. • No se pueden utilizar parámetros de tipo plantilla.
- 66. Más Información • Si desean ampliar la información sobre Generics dirigirse a: • https://msdn.microsoft.com/en-us/library/ 0x6a29h6.aspx
- 67. Delegado • Un delegado es un tipo de dato que representa un referencia a un método con una determinada lista de parámetros y tipo de retorno (firma del método). • Al instanciar un delegado, puede ser asociado a cualquier método con la misma firma y se puede ejecutar dicho método a través de la instancia del delegado.
- 72. Expresión Lambda • Es una función anónima que puede ser usada para crear delegados. Al utilizar expresiones lambda, es posible escribir funciones locales que pueden ser pasadas como parámetros o retornadas como resultado de funciones. • Estas expresiones tienen dos segmentos, el izquierdo para declarar parámetros y el derecho con la expresión.
- 73. Predicado • Es un delegado que representa un método que define un conjunto de criterios y determina cuando un objeto (recibido como parámetro) cumple dichos criterios. • Normalmente es utilizado en listas para realizar búsquedas dentro de sus elementos.
- 77. Listas .NET Framework • List<T> (Clase) • .NET Framework (current version) • Representa una lista de objetos fuertemente tipados a la que se puede obtener acceso por índice. Proporciona métodos para buscar, ordenar y manipular listas. • Espacio de nombres: System.Collections.Generic • Ensamblado: mscorlib (en mscorlib.dll)
- 78. Listas • Para los ejemplos presentados a continuación, estaremos apoyándonos en las siguiente sección de código:
- 80. Listas • Para los ejemplos presentados a continuación, estaremos apoyándonos en las siguiente sección de código:
- 81. Listas • Para los ejemplos presentados a continuación, estaremos apoyándonos en las siguiente sección de código:
- 82. Listas (búsqueda y eliminación)
- 84. Listas • Para los ejemplos presentados a continuación, estaremos apoyándonos en las siguiente sección de código, la cual se agrega a la clase Carro:
- 86. Listas (ejemplo Python) • Para los ejemplos presentados a continuación, estaremos apoyándonos en las siguiente sección de código:
- 88. Listas Enlazadas .NET Framework • LinkedList<T> Clase • .NET Framework (current version) • Representa una lista doblemente enlazada. • Espacio de nombres: System.Collections.Generic • Ensamblado: System (in System.dll)
- 89. Listas Enlazadas (añadir datos)
- 91. Pilas .NET Framework • Stack<T> (Clase) • .NET Framework (current version) • Representa una colección último en entrar, primero en salir (LIFO) de tamaño variable con instancias del mismo tipo especificado. • Espacio de nombres: System.Collections.Generic • Ensamblado: System (en System.dll)
- 92. Pilas
- 93. Pilas (Python) • Append: Se utiliza como operación equivalente a push. • Pop: Es la operación desapilar a la que estamos acostumbrados.
- 94. Colas .NET Framework • Queue<T> (Clase) • .NET Framework (current version) • Representa una colección de objetos de tipo primero en entrar, primero en salir. • Espacio de nombres: System.Collections.Generic • Ensamblado: System (en System.dll)
- 95. Colas
- 96. Colas (Python) • Append: Se utiliza como operación equivalente a encolar. • Popleft: Se utiliza como la operación desencolar.