Aula_05_-_Listas_Duplamente_Encadeadas_opp.ppt
- 1. INE5408 Estruturas de Dados Listas Encadeadas - Pilhas encadeadas - Filas encadeadas - Listas duplamente encadeadas
- 2. Extensões do conceito de Lista Encadeada • A idéia da Lista Encadeada vista até agora é o modelo mais geral e simples; • pode ser especializada e extendida das mais variadas formas: – Especializada: • Pilhas encadeadas • Filas – Extendida: • Listas Duplamente Encadeadas • Listas Circulares Simples e Duplas 3 altura topo melão info próximo maçã info próximo uva info próximo Pilha Encadeada
- 3. Pilhas 20 55 4 12 89 24 A Pilha é uma estrutura de dados cujo funcionamento é inspirado no de uma pilha “natural”.
- 4. Pilhas usando Vetores -1 20 55 4 12 89 0 1 2 3 4 24 5 Pilha cheia Pilha vazia • Vetores possuem um espaço limitado para armazenar dados; • necessitamos definir um espaço grande o suficiente para a nossa pilha;
- 5. Pilhas Encadeadas • A estruturas é limitada pela memória disponível; • Não é necessário definir um valor fixo para o tamanho da Pilha; 3 melão info próximo maçã info próximo uva info nro dados Cabeça De pilha Elemento de Pilha
- 6. Modelagem: Cabeça de Pilha • Necessitamos: – um ponteiro para o primeiro elemento da pilha; – um inteiro para indicar quantos elementos a pilha possui. • Pseudo-código: classe tPilha { tElemento *dados; inteiro tamanho; };
- 7. Modelagem: Elemento de Pilha • Necessitamos: – um ponteiro para o próximo elemento da pilha; – um campo do tipo da informação que vamos armazenar. • Pseudo-código: class tElemento { tElemento *próximo; tipo-que-eu-vou-usar-nesta-aplicação info; };
- 8. Modelagem: Elemento de Dados • Pseudo-código da Classe TipoInfo: class TipoInfo { tipo-do-campo1 campo1; tipo-do-campo2 campo2; … tipo-do-campoN campoN; } • Local: info.h
- 9. Modelagem da Pilha • Aspecto Funcional: – colocar e retirar dados da pilha; – testar se a pilha está vazia; – testar se a pilha está CHEIA???? – C++. • Colocar e retirar dados da pilha: – Empilha(dado) – Desempilha() • Testar se a pilha está vazia ou cheia: – PilhaVazia • Inicializar ou limpar: – criaPilha
- 10. Algoritmo criaPilha MÉTODO criaPilha() //Inicializa a cabeça e o tamanho da pilha início dados <- NULO; tamanho <- 0; fim;
- 11. Algoritmo PilhaVazia Booleano MÉTODO pilhaVazia() início SE (tamanho = 0) ENTÃO RETORNE(Verdadeiro) SENÃO RETORNE(Falso); fim; • Um algoritmo PilhaCheia não existe aqui; • verificar se houve espaço na memória para um novo elemento será responsabilidade de cada operação de adição.
- 12. Algoritmo Empilha • Procedimento: – Alocamos um elemento; – fazemos o próximo deste novo elemento ser o primeiro da Pilha; – fazemos a cabeça de Pilha apontar para o novo elemento. • Parâmetros: – O tipo info (dado) a ser inserido;
- 16. Algoritmo Desempilha • Procedimento: –testamos se há elementos; –decrementamos o tamanho; –liberamos a memória do elemento; –devolvemos a informação.
- 18. Algoritmo Desempilha = RetiraDoInício 3 maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro saiu volta
- 21. Algoritmo Desempilha TipoInfo* MÉTODO retiraDoInício() //Elimina o primeiro elemento de uma pilha. //Retorna a informação do elemento eliminado ou NULO. variáveis tElemento *saiu; //Variável auxiliar para o primeiro elemento. TipoInfo *volta; //Variável auxiliar para o dado retornado. início SE (Vazia()) ENTÃO RETORNE(NULO); SENÃO saiu <- dados; volta <- saiu->info; dados <- saiu->próximo; tamanho <- tamanho - 1; LIBERE(saiu); RETORNE(volta); FIM SE fim;
- 22. Filas • A Fila é uma estrutura de dados que simula uma fila da vida real. • Possui duas operações básicas: – incluir no fim da fila; – retirar do começo da fila; – chamada de Estrutura-FIFO: First-In, First-Out - O primeiro que entrou é o primeiro a sair… Fila
- 23. Filas • É uma estrutura de dados importantíssima para: – gerência de dados/processos por ordem cronológica: • Fila de impressão em uma impressora de rede; • Fila de pedidos de uma expedição ou tele-entrega. – simulação de processos seqüenciais: • chão de fábrica: fila de camisetas a serem estampadas; • comércio: simulação de fluxo de um caixa de supermercado; • tráfego: simulação de um cruzamento com um semáforo. Fila
- 24. Filas • É uma estrutura de dados importantíssima para: – gerência de dados/processos por ordem cronológica: • Fila de impressão em uma impressora de rede; • Fila de pedidos de uma expedição ou tele-entrega. – simulação de processos seqüenciais: • chão de fábrica: fila de camisetas a serem estampadas; • comércio: simulação de fluxo de um caixa de supermercado; • tráfego: simulação de um cruzamento com um semáforo. Fila
- 25. Filas • É uma estrutura de dados importantíssima para: – gerência de dados/processos por ordem cronológica: • Fila de impressão em uma impressora de rede; • Fila de pedidos de uma expedição ou tele-entrega. – simulação de processos seqüenciais: • chão de fábrica: fila de camisetas a serem estampadas; • comércio: simulação de fluxo de um caixa de supermercado; • tráfego: simulação de um cruzamento com um semáforo. Fila
- 26. Filas • É uma estrutura de dados importantíssima para: – gerência de dados/processos por ordem cronológica: • Fila de impressão em uma impressora de rede; • Fila de pedidos de uma expedição ou tele-entrega. – simulação de processos seqüenciais: • chão de fábrica: fila de camisetas a serem estampadas; • comércio: simulação de fluxo de um caixa de supermercado; • tráfego: simulação de um cruzamento com um semáforo. Fila
- 27. Filas • É uma estrutura de dados importantíssima para: – gerência de dados/processos por ordem cronológica: • Fila de impressão em uma impressora de rede; • Fila de pedidos de uma expedição ou tele-entrega. – simulação de processos seqüenciais: • chão de fábrica: fila de camisetas a serem estampadas; • comércio: simulação de fluxo de um caixa de supermercado; • tráfego: simulação de um cruzamento com um semáforo. Fila
- 28. Filas: representação • Extensão da lista encadeada: – referenciamos o último elemento também; – adicionamos no fim; – excluímos do início. 3 melão info próximo maçã info próximo uva info próximo tam início fim Fila Elemento de Fila Pseudo-código: classe tFila { tElemento *início; tElemento *fim; inteiro tamanho; };
- 29. Algoritmo CriaFila MÉTODO criaFila() //Inicializa a cabeça e o tamanho da fila início inicio <- NULO; fim <- NULO; tamanho <- 0; RETORNE(aFila); fim;
- 30. Algoritmo Adiciona (Fila) 2 melão info próximo maçã info próximo uva info próximo tam início fim
- 31. Algoritmo Adiciona (Fila) 2 melão info próximo maçã info próximo uva info próximo tam início fim
- 32. Algoritmo Adiciona (Fila) 3 melão info próximo maçã info próximo uva info próximo tam início fim
- 33. Algoritmo Adiciona (Fila) Caso especial: Fila Vazia 0 tam início fim uva info próximo
- 34. Algoritmo Adiciona (Fila) Caso especial: Fila Vazia 1 tam início fim uva info próximo
- 35. Algoritmo Adiciona (Fila) inteiro MÉTODO adiciona(TipoInfo *dado) variáveis tElemento *novo; //Variável auxiliar para o novo elemento. início novo <- aloque(tElemento); SE filaVazia(aFila) ENTÃO início <- novo SENÃO fim->próximo <- novo; FIM SE novo->próximo <- NULO; novo->info <- dado; fim <- novo; tamanho <- tamanho + 1; RETORNE(tamanho); FIM SE fim;
- 36. Algoritmo Retira (Fila) 3 melão info próximo maçã info próximo uva info próximo tam início fim sai
- 37. Algoritmo Retira (Fila) 3 melão info próximo maçã info próximo uva info próximo tam início fim sai
- 38. Algoritmo Retira (Fila) 2 maçã info próximo uva info próximo tam início fim
- 39. Algoritmo Retira (Fila) Caso especial: Fila Unitária 1 uva info próximo tam início fim Não preciso de uma variável auxiliar sai.
- 40. Algoritmo Retira (Fila) Caso especial: Fila Unitária 0 tam início fim
- 41. Algoritmo RetiraDoInício (Fila) TipoInfo* MÉTODO retiraDoInício() //Elimina o primeiro elemento de uma fila. //Retorna a informação do elemento eliminado ou NULO. variáveis tElemento *saiu; //Variável auxiliar para o primeiro elemento. TipoInfo *volta; //Variável auxiliar para o dado retornado. início SE (filaVazia()) ENTÃO RETORNE(NULO) SENÃO saiu <- início; volta <- saiu->info; início <- saiu->próximo; //Se SAIU for o único, próximo é NULO e está certo. SE (tamanho = 1) ENTÃO //Fila unitária: devo anular o fim também. fim <- NULO; FIM SE tamanho <- tamanho - 1; LIBERE(saiu); RETORNE(volta); FIM SE fim;
- 42. Listas Duplamente Encadeadas • A Lista Encadeada e a Fila Encadeada possuem a desvantagem de somente podermos caminhar em uma direção: – vimos que para olhar um elemento pelo qual “acabamos de passar” precisamos de uma variável auxiliar “anterior”; – para olhar outros elementos ainda anteriores não temos nenhum meio, a não ser começar de novo. • A Lista Duplamente Encadeada é uma estrutura de lista que permite deslocamento em ambos os sentidos: – útil para representar conjuntos de eventos ou objetos a serem percorridos em dois sentidos; – ex.: itinerários de ônibus, trem ou avião; – útil também quando realizamos uma busca aproximada e nos movemos para a frente e para trás.
- 43. Listas Duplamente Encadeadas - Modelagem 3 tam dados melão doce caro maçã azeda cara uva irkh barata ant info suc ant info suc ant info suc
- 44. Modelagem: Cabeça de ListaDupla • Necessitamos: – um ponteiro para o primeiro elemento da lista; – um inteiro para indicar quantos elementos a lista possui. • Pseudo-código: classe tListaDupla { tElementoDuplo *dados; inteiro tamanho; };
- 45. Modelagem: Elemento de ListaDupla • Necessitamos: – um ponteiro para o elemento anterior na lista; – um ponteiro para o elemento sucessor na lista; – um ponteiro para a informação que vamos armazenar. • Pseudo-código: classe tElementoDuplo { tElementoDuplo *anterior; tElementoDuplo *sucessor; TipoInfo *info; };
- 46. Modelagem da Lista Duplamente Encadeada • Aspecto Funcional: – colocar e retirar dados da lista; – testar se a lista está vazia e outros testes; – inicializá-la e garantir a ordem dos elementos. 3 tam dados melão doce caro maçã azeda cara uva irkh barata ant info suc ant info suc ant info suc
- 47. Modelagem da Lista Duplamente Encadeada • Operações - colocar e retirar dados da lista: – AdicionaDuplo(dado) – AdicionaNoInícioDuplo(dado) – AdicionaNaPosiçãoDuplo(dado, posição) – AdicionaEmOrdemDuplo(dado) – RetiraDuplo() – RetiraDoInícioDuplo() – RetiraDaPosiçãoDuplo(posição) – RetiraEspecíficoDuplo(dado)
- 48. Modelagem da Lista Duplamente Encadeada • Operações - testar a lista e outros testes: –ListaVaziaDuplo() –PosiçãoDuplo(dado) –ContémDuplo(dado) • Operações - inicializar ou limpar: –CriaListaDupla() –DestróiListaDupla()
- 49. Algoritmo CriaListaDupla MÉtodo criaListaDupla() //Inicializa as variávels anterior <- NULO; sucessor <- NULO; tamanho <- 0; fim;
- 50. Algoritmo ListaVaziaDuplo Booleano Método listaVaziaDuplo() início SE (tamanho = 0) ENTÃO RETORNE(Verdadeiro) SENÃO RETORNE(Falso); fim;
- 51. Algoritmo AdicionaNoInícioDuplo • Procedimento: – fazemos o sucessor deste novo elemento ser o primeiro da lista; – fazemos o seu antecessor ser NULO; – fazemos a cabeça de lista apontar para o novo elemento. • Parâmetros: – o dado a ser inserido;
- 52. Algoritmo AdicionaNoInícioDuplo novo 2 tam dados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro ant info suc ant info suc ant info suc
- 53. Algoritmo AdicionaNoInícioDuplo novo 2 tam dados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro ant info suc ant info suc ant info suc Caso novo->suc não seja nulo... Faço novo->suc->ant ser novo...
- 54. Algoritmo AdicionaNoInícioDuplo novo 3 tam dados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro ant info suc ant info suc ant info suc
- 55. Algoritmo AdicionaNoInícioDuplo Inteiro MÉTODO adicionaNoInícioDuplo(TipoInfo *dado) variáveis tElementoDuplo *novo; //Variável auxiliar para o novo elemento. início novo <- aloque(tElementoDuplo); novo->suc <- dados; novo->ant <- NULO; novo->info <- dado; dados <- novo; SE (novo->suc ~= NULO) ENTÃO novo->suc->ant <- novo; FIM SE; tamanho <- tamanho + 1; RETORNE(1); fim;
- 56. Algoritmo RetiraDoInícioDuplo • Procedimento: – testamos se há elementos; – decrementamos o tamanho; – se o elemento possuir sucessor, o antecessor do sucessor será NULO; – liberamos a memória do elemento; – devolvemos a informação.
- 57. Algoritmo RetiraDoInícioDuplo saiu volta 3 tam dados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro ant info suc ant info suc ant info suc
- 58. Algoritmo RetiraDoInícioDuplo saiu volta 2 tam dados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro ant info suc ant info suc ant info suc
- 59. Algoritmo RetiraDoInícioDuplo saiu volta 2 tam dados maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro ant info suc ant info suc ant info suc
- 60. Algoritmo RetiraDoInícioDuplo 2 tam dados maçã azeda cara uva irkh barata ant info suc ant info suc
- 61. Algoritmo RetiraDoInícioDuplo TipoInfo* MÉTODO retiraDoInícioDuplo() //Elimina o primeiro elemento de uma lista duplamente encadeada. //Retorna a informação do elemento eliminado ou NULO. variáveis tElementoDuplo *saiu; //Variável auxiliar para o primeiro elemento. TipoInfo *volta; //Variável auxiliar para o dado retornado. início SE (listaVaziaDuplo()) ENTÃO RETORNE(NULO) SENÃO saiu <- dados; volta <- saiu->info; dados <- saiu->suc; SE (dados ~= NULO) ENTÃO dados->ant <- NULO; FIM SE tamanho <- tamanho - 1; LIBERE(saiu); RETORNE(volta); FIM SE fim;
- 62. Algoritmo AdicionaNaPosiçãoDuplo • Praticamente idêntico à lista encadeada; • procedimento: – caminhamos até a posição; – adicionamos o novo dado na posição; – incrementamos o tamanho. • Parâmetros: – o dado a ser inserido; – a posição onde inserir;
- 63. Algoritmo AdicionaNaPosição Inteiro MÉTODO adicionaNaPosiçãoDuplo(TipoInfo *info, inteiro posição) //Adiciona novo elemento na posição informada. //Retorna o novo número de elementos da lista ou erro. variáveis tElementoDuplo *novo, *anterior; //Ponteiros auxiliares. início SE (posição > tamanho + 1 OU posição < 1) ENTÃO RETORNE(ERROPOSIÇÃO) SENÃO SE (posição = 1) ENTÃO RETORNE(adicionaNoInícioDuplo(info) SENÃO novo <- aloque(tElemento); SE (novo = NULO) ENTÃO RETORNE(ERROLISTACHEIA) SENÃO anterior <- dados; REPITA (posição - 2) VEZES anterior <- anterior->suc; novo->suc <- anterior->suc; SE (novo->suc ~= NULO ENTÃO //Se o novo não é o último da lista… novo->suc->ant <- novo; //Seto o antecessor do sucessor do novo. FIM SE novo->info <- info; anterior->suc <- novo; novo->ant <- anterior; tamanho <- tamanho + 1; RETORNE(tamanho); FIM SE FIM SE FIM SE fim;
- 64. Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo • Mais simples que na Lista Encadeada; • procedimento: – testamos se a posição existe; – caminhamos até a posição; – retiramos o dado da posição; – decrementamos o tamanho. • Parâmetros: – a posição de onde retirar;
- 66. Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo Posições > 1 4 maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro jaca irkh barata eliminar
- 67. Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo Posições > 1 3 maçã azeda cara uva irkh barata melão doce caro jaca irkh barata eliminar
- 68. Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo Posições > 1 3 maçã azeda cara melão doce caro jaca irkh barata
- 69. Algoritmo RetiraDaPosiçãoDuplo TipoInfo* MÉTODO retiraDaPosiçãoDuplo(inteiro posição) //Elimina o elemento da posição informada. //Retorna a informação do elemento eliminado ou NULO. variáveis tElementoDuplo *anterior, *eliminar; //Variável auxiliar para elemento. TipoInfo *volta; //Variável auxiliar para o dado retornado. início SE (posição > tamanho OU posição < 1) ENTÃO RETORNE(NULO) SENÃO SE (posição = 1) ENTÃO RETORNE(retiraDoInícioDuplo()) SENÃO anterior <- dados; REPITA (posição - 2) VEZES anterior <- anterior->suc; eliminar <- anterior->suc; volta <- eliminar->info; anterior->suc <- eliminar->suc; SE eliminar->suc ~= NULO ENTÃO eliminar->suc->ant <- anterior; FIM SE tamanho <- tamanho - 1; LIBERE(eliminar); RETORNE(volta); FIM SE FIM SE fim;
- 70. Algoritmo AdicionaEmOrdemDuplo • Idêntico à lista encadeada; • procedimento: – necessitamos de uma função para comparar os dados (maior); – procuramos pela posição onde inserir comparando dados; – chamamos adicionaNaPosiçãoDuplo(). • Parâmetros: – o dado a ser inserido.
- 71. Algoritmo AdicionaEmOrdemDuplo Inteiro Método adicionaEmOrdemDuplo(TipoInfo *dado) variáveis tElementoDuplo *atual; //Variável auxiliar para caminhar. inteiro posição; início SE (listaVaziaDupla()) ENTÃO RETORNE(adicionaNoInícioDuplo( dado)) SENÃO atual <- dados; posição <- 1; ENQUANTO (atual->suc ~= NULO E maior(dado, atual->info)) FAÇA //Encontrar posição para inserir. atual <- atual->suc; posição <- posição + 1; FIM ENQUANTO SE maior(dado, atual->info) ENTÃO //Parou porque acabou a lista. RETORNE(adicionaNaPosiçãoDuplo(dado,posição + 1)) SENÃO RETORNE(adicionaNaPosiçãoDuplo(dado, posição)); FIM SE FIM SE fim;
- 72. Algoritmos restantes Lista Duplamente Encadeada Por conta do aluno: • operações de inclusão e exclusão: –AdicionaDuplo(dado) –RetiraDuplo() –RetiraEspecíficoDuplo(dado) • Operações - inicializar ou limpar: –DestróiListaDupla()
- 73. Exercício de Implementação 6 Implemente uma Lista de Rotas utilizando Listas Duplamente Encadeadas.
- 74. Exercício de Implementação 6 • Este programa deverá gerenciar um conjunto de listas de rotas/linhas de uma companhia de ônibus intermunicipal do Estado de Santa Catarina; • todas as rotas se iniciam em Florianópolis; • cada rota possui um nome que a identifica de forma única, dado pelo destino. Ex: "Imbituba“; • cada rota possui a lista de todas as cidades por onde o ônibus passa, para ir de Florianópolis ao destino; • a rota de ônibus, ao retornar, passa pelos mesmos lugares. Portanto, pode ser representada por uma lista duplamente encadeada; • o usuário deve poder escolher uma rota e poder navegar por ela, indo de cidade em cidade e voltando para a cidade anterior, usando para tanto as teclas de seta à esquerda e seta à direita; • cada nodo representando uma cidade possui, além do nome, um texto descrevendo alguma característica desta cidade. Ex.: "Lá quebram as melhores ondas da costa sul do Brasil". Este texto é mostrado quando se visita um nodo.
- 75. Exercício de Implementação 6 • Implemente o programa de rotas como uma lista de listas; • a lista que contém todas as rotas pode ser uma lista encadeada ou uma lista em vetor; • cada lista que representa uma rota deve ser uma lista duplamente encadeada; • implemente tanto a lista de listas como a lista duplamente encadeada como uma classe.