CSI1502: Principes fondamentaux de conception de logiciels Chapitre 12: Structures de données.

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1 CSI1502: Principes fondamentaux de conception de logiciels Chapitre 12: Structures de données

2 2 Objectif d'apprentissage: Structures de données Quelques techniques pour l'organisation et la gestion d'information Comprendre: Collections dans Java Type de donnée abstraite / Abstract Data Types (ADTs) Structures dynamiques et listes chaînées Structures de données linéaires: queues et piles

3 3 Une collection est un objet qui sert à stocker autres objets, e.g. collection d'étudiants, CD, magazines, nourriture Une collection offre des services tels que l'addition, l'enlèvement, et la gestion des éléments qu'elle contient Parfois les éléments dans une collection sont ordonnés, parfois ils ne sont pas Parfois les collections sont homogènes, parfois elles sont hétérogènes Qu'est-ce une Collection?

4 4 Abstract Data Types: Implementing a collection Un type de donnée abstraite (ADT) est une collection d'information organizée et un ensemble d'opérations utilisé pour gérer cette information L'ensemble d'opérations définit l'interface à l'ADT On implémente un ADT utilisant une structure de donnée dynamique Une structure de donnée dynamique grandit et rétrécit lors de l'exécution comme nécessaire Une structure de donnée dynamique est implémentée avec des chaînes Question Question: Est-ce qu'un Array est une structure de donnée dynamique?

5 5 Références d'objet: Utilisé pour les ADTs Une référence d'objet est une variable qui stocke l'adresse de l'objet Une référence peut être appelé un pointeur Les références sont souvent représentées comme diagramme: student John Smith 40725 3.58 Student john = new Student(“John Smith…”);

6 6 Références d'objet comme chaînes Supposons que la classe Student contient une référence à un autre objet Student John Smith 40725 3.57 Jane Jones 58821 3.72 class Student { STRecord info; // info about the student Student next; // link to another Student object } Student john = new Student(“John Smith…”, null); Student jane = new Student(“Jane Jones..”, null); john.next = jane;

7 7 Références comme chaînes: La liste chaînée Les références peuvent être utilisé pour créer une variété de structures chaînées, tel qu'une liste chaînée: studentList

8 8 Le contenu des noeuds (nodes) intermédiaires Les objets stockés ne devraient pas avoir besoin de se concerner des détailles des structures de données dans lesquelles ils sont stockés Par exemple, la classe Student ne devrait pas avoir besoin de stocker le lien ou la chaîne au prochain objet Student object dans la liste Au lieu, on peut utiliser des classes noeuds (node class) séparées avec deux parties: 1) une référence à un objet indépendant et 2) un lien au prochain noeud dans la liste La représentation interne devient une liste chaînée de noeuds

9 9 Exemple: Une Collection de Magazines Voici un exemple d'une collection d'objet Magazine La collection est gérée par la classe MagazineList, qui contient une classe interne nommée MagazineNode Puisque MagazineNode est private à MagazineList, les méthodes de MagazineList peuvent accéder directement aux informations de MagazineNode sans violer l'encapsulation info next info next info next

10 10 MagazineRack.java public class MagazineRack { // Creates a MagazineList object, adds several magazines to the // list, then prints it. public static void main (String[] args) { MagazineList rack = new MagazineList(); rack.add (new Magazine("Time")); rack.add (new Magazine("Woodworking Today")); rack.add (new Magazine("Communications of the ACM")); rack.add (new Magazine("House and Garden")); rack.add (new Magazine("GQ")); System.out.println (rack); } }

11 11 MagazineList.java public class MagazineList { private MagazineNode list; // Sets up an initially empty list of magazines. MagazineList() { list = null; } Continued….

12 12 MagazineList.java // Creates a new MagazineNode object and adds it to the end of the linked list. public void add (Magazine mag) { MagazineNode node = new MagazineNode (mag); MagazineNode current; if (list == null) list = node; else { current = list; // we are at the list’s beginning while (current.next != null) // walk through the list to the end current = current.next; current.next = node; } } Continued….

13 13 MagazineList.java // Returns this list of magazines as a string. public String toString () { String result = ""; MagazineNode current = list; while (current != null) { result += current.magazine + "\n"; current = current.next; } return result; } Continued….

14 14 MagazineList.java public class MagazineList // An inner class that represents a node in the magazine list. // The public variables are accessed by the MagazineList class. private class MagazineNode { public Magazine magazine; public MagazineNode next; //-------------------------------------------------------------- // Sets up the node //-------------------------------------------------------------- public MagazineNode (Magazine mag) { magazine = mag; next = null; } } }

15 15 Magazine.java public class Magazine { private String title; //----------------------------------------------------------------- // Sets up the new magazine with its title. //----------------------------------------------------------------- public Magazine (String newTitle) { title = newTitle; } //----------------------------------------------------------------- // Returns this magazine as a string. //----------------------------------------------------------------- public String toString () { return title; } }

16 16 Collection Magazine Une méthode appelée insert peut être défini pour ajouter un noeud n'importe où dans la liste, pour la garder trié, par exemple info next info next info next info next newnode

17 17 Collection Magazine Une méthode appelée delete peut être défini pour enlever un noeud de la liste info next info next info next

18 18 Autres représentations pour listes dynamiques Parfois c'est convénient d'implémenter une liste comme une liste chaînée double, avec des références next et previous list

19 19 Autres implémentations pour listes dynamiques Parfois c'est convénient d'utiliser un header node séparé, avec un count et des références à la tête ( front ) et la queue ( rear ) de la liste count: 4 front rear list

20 20 Autres implémentations pour listes dynamiques Une liste chaînée peut être une liste circulaire, où le dernier élément de la liste est lié au premier élément de la liste Si la liste chaînée est doublement chaînée, le premier élément dans la liste est aussi lié au dernier élément de la liste Choix pour faire les liens: La représentation doit faciliter les opérations et les rendre facile à implémenter

21 21 Autres structures de donnée classiques Structures de donnée linéaires classiques, les queues et les piles Structures de donnée non-linéaires classiques, y compris les arbres, les arbres binaires, les graphes et les digraphes CSI2514 présente les structures de donnée en plus de détailles

22 22 Structure de donnée linéaire 2: Queues Une queue est similaire à une liste mais ajoute des éléments seulement à la fin de la liste et enlève des éléments seulement au début de la liste Ce s'appelle une structure de donnée FIFO: First-In, First- Out Analogie: une ligne d'attente à la banque Utilisé très souvent dans les systèmes opérationnelles Les queues sont souvent utiles dans les simulations ou les situations où des éléments sont sauvegardés en attendant d'être traité enqueue dequeue

23 23 Queues (suite) On peut définir des opérations pour la queue enqueue - ajoute un élément à la fin de la queue dequeue (ou serve) - enlève un élément du début de la queue empty - retourne vrai (true) si la queue est vide Une queue peut être représenté par une liste chaînée simple (singly-linked list); c'est plus performant si les références sont liées du début vers la fin de la queue

24 24 Structure de donnée linéaire 2: Piles Un type de donnée abstraite pile est aussi linéaire, comme une liste ou une queue Les éléments sont ajoutés et enlevés d'un bout de la pile seulement C'est donc LIFO: Last-In, First-Out Analogies: une pile d'assiettes dans un placard, une pile de factures à payer, ou une pile de balles de foin dans une grange poppush

25 25 Piles (suite) Quelques opérations pour les piles: push - ajoute un élément au sommet de la pile pop - enlève un élément du sommet de la pile peek (or top ) - extrait l'élément au sommet de la pile sans l'enlever de la pile empty - retourne vrai (true) si la pile est vide Le package java.util contient une classe Stack Voir Decode.java (page 649) Decode.java

26 26 Decode.java import java.util.Stack; import cs1.Keyboard; public class Decode { // Decodes a message by reversing each word in a string. public static void main (String[] args) { Stack word = new Stack(); String message; int index = 0; System.out.println ("Enter the coded message:"); message = Keyboard.readString(); System.out.println ("The decoded message is:"); Continued…

27 27 Decode.java (cont) while (index < message.length()) { // Push word onto stack while (index < message.length() && message.charAt(index) != ' ') { word.push (new Character(message.charAt(index))); index++; } // Print word in reverse while (!word.empty()) System.out.print (((Character)word.pop()).charValue()); System.out.print (" "); index++; } System.out.println(); } } Enter the coded message: Hello world The decoded message is: olleH dlrow

28 28 Structures de donnée en Java: Classes Collection La librairie standard de Java contient plusieurs classes pour représenter des collections, souvent référé comme Java Collections API Leur implémentation est sous-entendue dans les noms de classes tels que ArrayList et LinkedList Plusieurs interfaces sont utilisées pour définir les opérations sur les collections, telles que List, Set, SortedSet, Map, et SortedMap

29 29 Sommaire: Chapitre 12 Comprendre: Collections dans Java Type de donnée abstraite / Abstract Data Types (ADTs) Structures dynamiques et listes chaînées Structures de donnée linéaires: queues et piles