Aula 07. Estruturas de dados Lista, Pilha, Fila Pair, Map, Set e Bitset

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2 Aula 07 Estruturas de dados Lista, Pilha, Fila Pair, Map, Set e Bitset 2

3 Estrutura de Dados Estrutura de dados já foi vista em vetores, que foi uma maneira de manipular várias informações (variáveis ou estruturas) de uma vez só, pois poderíamos declarar vários desses elementos. Quando isso era feito, esses dados estavam em uma sequência rigidamente definida na memória, bem como o número de elementos eram constantes. Esses dois detalhes, na verdade, possuem algumas limitações. 3

4 Estrutura de Dados Viu-se anteriormente Alocação dinâmica de memória, onde deixamos de estar presos ao conceito de "número de elementos fixos", pois lá alocávamos e realocávamos o tanto de espaços de memória. Aplica-se os conceitos anterior nos tipos de estrutura de dados: Listas, Filas, Pilhas, Árvores e Grafo. 4

5 Estrutura de Dados Listas, filas e pilhas são estrutura de dados lineares. Árvores e Grafo são estrutura de dados não lineares. 5

6 Listas Encadeadas Esqueça a programação. Use seu bom senso e responda: o que é uma lista? Vamos supor que você fez uma lista de compras. Ou seja, tem um pedaço de papel com diversos elementos, em uma dada ordem. Provavelmente essa ordem é a que você vai comprar, do primeiro para o último. Geralmente elas tem uma sequência lógica, como elementos do mesmo setores estarem adjacentes. 6

7 Listas Encadeadas A analogia é parecida para uma lista em C/C++. Em programação, lista é uma série de elementos ligados. O primeiro é ligado no segundo, que é ligado no terceiro etc. Iremos aprender como colocar elementos, tirar, mudar de posição. Como elas estão ligadas, basta que tenhamos o endereço (ponteiro) para o primeiro elemento da lista. Ou seja, iremos estudar as chamadas listas encadeadas, que são itens 'alinhados' numa fila. 7

8 Listas Encadeadas A lista encadeada terá a seguinte estrutura: struct REGISTRO { int data; struct REGISTRO *next; ; 8

9 Listas Encadeadas É conveniente tratar as células como um novo tipo-de-dados e atribuir um nome a esse novo tipo: typedef struct REGISTRO celula; Uma célula c e um ponteiro p para uma célula podem ser declarados assim: celula c, *p; Se c é uma célula então c.data é o conteúdo da célula e c.next é o endereço da próxima célula. Se p é o endereço de uma célula, então p->data é o conteúdo da célula e p->next é o endereço da próxima célula. Se p é o endereço da última célula da lista então p->next vale NULL. 9

10 Listas Encadeadas A lista encadeadas precisam das funções: Inicia Insere Remove Imprimi Libera 10

11 Inicia A lista encadeada tem que ser inicializada sempre que for começar. celula* inicia (void) { return NULL; 11

12 Insere Considere o problema de inserir uma nova célula em uma lista encadeada. Suponha que quero inserir a nova célula entre a posição apontada por p e a posição seguinte. (É claro que isso só faz sentido se p é diferente de NULL). celula* insere (int x, celula *p) { celula *nova; nova = (celula *) malloc(sizeof(celula)); nova->data = x; nova->next = p; return nova; 12

13 Remove Considere o problema de remover uma certa célula de uma lista encadeada. Como especificar a célula em questão? A ideia mais óbvia é apontar para a célula que quer remover. 13

14 Remove celula* remove (int y, celula *p) { celula *a, *b; a = NULL; b = p; while (b!= NULL && b->data!= y) { a = b; b = b->next; if (b == NULL) { return p; if (a == NULL){ p = b->next; else { a->next = b->next; free (b); return p; 14

15 Imprimi Para imprimir o conteúdo de uma lista encadeada, faça: void imprima (celula *p) { celula *I; for (I = p; I!= NULL; I = I->next) { printf ("%d ", I->data); printf("\n"); 15

16 Libera Libera os valores da lista encadeadas. void libera(celula *p) { celula *lixo, *aux; lixo = p; while(lixo!= NULL) { aux = lixo->next; free(lixo); lixo = aux; 16

17 Exemplo O professor tem uma lista de itens a colocar e retirar de uma lista, para isso ele vai colocar I e um número inteiro e colocar R e um número a ser retirado. E para mostrar os valores que tem na lista ele vai colocar M. Você tem como fazer um programa que resolva esse problema do professor. 17

18 Programa #include <bits/stdc++.h> using namespace std; struct REGISTRO { int data; struct REGISTRO *next; ; typedef struct REGISTRO celula; celula* inicia (void); celula* insere (int x, celula *p); void imprima (celula *p); celula* remove (int y, celula *p); void libera(celula *p); 18

19 Programa celula* inicia (void) { return NULL; celula* insere (int x, celula *p) { celula *nova; nova = (celula *) malloc(sizeof(celula)); nova->data = x; nova->next = p; return nova; 19

20 Programa void imprima (celula *p) { celula *I; for (I = p; I!= NULL; I = I->next) { printf ("%d ", I->data); printf("\n"); celula* remove (int y, celula *p) { celula *a, *b; a = NULL; b = p; 20

21 Programa while (b!= NULL && b->data!= y) { a = b; b = b->next; if (b == NULL) { return p; if (a == NULL) { p = b->next; else { a->next = b->next; 21

22 Programa free (b); return p; void libera(celula *p) { celula *lixo, *aux; lixo = p; while(lixo!= NULL) { aux = lixo->next; free(lixo); lixo = aux; 22

23 Programa int main() { int n; char op; celula *p; freopen("entrada.txt", "r", stdin); p = inicia(); 23

24 Programa while (scanf(" %c", &op)!= EOF) { switch (op) { case 'I': scanf("%d", &n); p = insere(n, p); break; case 'R': scanf("%d", &n); p = remove(n, p); break; case 'M': imprima(p); 24

25 Programa libera(p); return 0; 25

26 Entrada do programa Entrada: I 10 I 20 I 30 M R 20 M I 40 I 50 R 10 R 30 M 26

27 Saída do programa Saída:

28 Listas Uma vez entendidas as listas encadeadas básicas, você pode inventar muitos outros tipos de listas encadeadas. Por exemplo, você pode construir uma lista encadeada circular, em que a última célula aponta para a primeira. O endereço de uma tal lista é o endereço de uma de suas células (a última, por exemplo). Você pode também ter uma lista duplamente encadeada: cada célula contém o endereço da célula anterior e o endereço da célula seguinte. Mas pode-se usar o vetor estático ou a STL com a vector para produzir uma lista encadeada. 28

29 FILA Uma fila é uma estrutura de dados dinâmica que admite remoção de elementos e inserção de novos objetos. Mais especificamente, uma fila (= queue) é uma estrutura sujeita à seguinte regra de operação: sempre que houver uma remoção, o elemento removido é o que está na estrutura há mais tempo. Em outras palavras, o primeiro objeto inserido na fila é também o primeiro a ser removido. Essa política é conhecida pela sigla FIFO (= First-In- First-Out). 29

30 FILA As funções suportadas pela fila da STL são: empty () - Retorna se a fila está vazia; size () - Retorna o tamanho da fila; front () - Retorna uma referência ao primeiro elemento da fila; back () - Retorna uma referência ao último elemento da fila; push (n) - Adiciona o elemento "n" no final da fila; pop () - Exclui o primeiro elemento da fila. 30

31 Programa #include <bits/stdc++.h> using namespace std; void imprima(queue <int> F); void imprima(queue <int> F) { queue <int> fila = F; while (!fila.empty()) { printf("%d ", fila.front()); fila.pop(); printf("\n"); 31

32 Programa int main() { queue <int> Fila; int n; char op; freopen("entrada.txt", "r", stdin); 32

33 Programa while (scanf(" %c", &op)!= EOF) { switch (op) { case 'I': scanf("%d", &n); Fila.push(n); break; case 'R': Fila.pop(); break; case 'M': imprima(fila); return 0; 33

34 Entrada do programa Entrada: I 10 I 20 I 30 M R M I 40 I 50 R R M 34

35 Saída do programa Saída:

36 Pilha Uma pilha é uma estrutura de dados que admite remoção de elementos e inserção de novos objetos. Mais especificamente, uma pilha (= stack) é uma estrutura sujeita à seguinte regra de operação: sempre que houver uma remoção, o elemento removido é o que está na estrutura há menos tempo. Em outras palavras, o primeiro objeto a ser inserido na pilha é o último a ser removido. Essa política é conhecida pela sigla LIFO (= Last-In- First-Out). 36

37 PILHA As funções associadas à pilha são: empty () - Retorna se a pilha está vazia; size () - Retorna o tamanho da pilha; top () - Retorna uma referência ao elemento mais alto da pilha; push (n) - Adiciona o elemento "n" no topo da pilha; pop () - Apaga o elemento mais alto da pilha. 37

38 Programa #include <bits/stdc++.h> using namespace std; void imprima(stack <int> P); void imprima(stack <int> P) { stack <int> pilha = P; while (!pilha.empty()) { printf("%d ", pilha.top()); pilha.pop(); printf("\n"); 38

39 Programa int main() { stack <int> P; int n; char op; freopen("entrada.txt", "r", stdin); 39

40 Programa while (scanf(" %c", &op)!= EOF) { switch (op) { case 'I': scanf("%d", &n); P.push(n); break; case 'R': P.pop(); break; case 'M': imprima(p); return 0; 40

41 Entrada do programa Entrada: I 10 I 20 I 30 M R M I 40 I 50 R R M 41

42 Saída do programa Saída:

43 List Listas são contêineres de sequência que permitem a alocação de memória não contígua. Em comparação com o vetor, a lista tem um percurso lento, mas assim que uma posição é encontrada, a inserção e a exclusão são rápidas. Normalmente, quando dizemos uma lista, falamos sobre a lista duplamente vinculada. Para implementar uma lista ligada, usamos a lista de encaminhamento. 43

44 LIST Funções usadas com a lista: front () - Retorna o valor do primeiro elemento da lista; back () - Retorna o valor do último elemento da lista; push_front (n) - Adiciona um novo elemento "n" no início da lista; push_back (n) - Adiciona um novo elemento "n" no final da lista; pop_front () - Remove o primeiro elemento da lista e reduz o tamanho da lista em 1; pop_back () - Remove o último elemento da lista e reduz o tamanho da lista em 1; 44

45 LIST Funções usadas com a lista: begin () - Retorna um iterador apontando para o primeiro elemento da lista; end () - Retorna um iterador apontando para o último elemento teórico que segue o último elemento; empty () - Retorna se a lista está vazia (1) ou não (0); insert () - Insere novos elementos na lista antes do elemento em uma posição especificada; erase () - Remove um único elemento ou um intervalo de elementos da lista; 45

46 LIST Funções usadas com a lista: assign () - Atribui novos elementos para lista, substituindo os elementos atuais e redimensiona a lista; remove () - Remove todos os elementos da lista, que são iguais ao dado elemento; reverse () - Inverte a lista; size () - Retorna o número de elementos na lista; sort () - Classifica a lista em ordem crescente. 46

47 Programa #include <bits/stdc++.h> using namespace std; void imprima(list <int> L); void imprima(list <int> L) { list <int> :: iterator it; for(it = L.begin(); it!= L.end(); ++it) { printf("%d ", *it); printf("\n"); 47

48 Programa int main() { list <int> L; int n, m; char op, ch; freopen("entrada.txt", "r", stdin); while (scanf(" %c", &op)!= EOF) { switch (op) { case 'I': scanf("%d %d", &n, &m); L.push_front(n); L.push_back(m); break; 48

49 Programa case 'R': scanf(" %c", &ch); if (ch == 'F') { L.pop_front(); else { L.pop_back(); break; case 'M': imprima(l); return 0; 49

50 Entrada do programa Entrada: I I I M R F M I I R B R B M 50

51 Saída do programa Saída:

52 Pair O contêiner de pair é um contêiner simples definido no cabeçalho <utility> que consiste em dois elementos ou objetos de dados. O primeiro elemento é referenciado como "first" e o segundo como "second" e o pedido é fixo (first, second). Pair é usado para combinar dois valores que podem ser diferentes no tipo. Par fornece uma maneira de armazenar dois objetos heterogêneos como uma única unidade. 52

53 Pair Pair pode ser atribuído, copiado e comparado. O vetor de objetos alocados em um map ou hash_map é do tipo "pair" por padrão, na qual todos os elementos "first" são chaves exclusivas associadas a seus objetos de valor "second". Para acessar os elementos, usamos o nome da variável seguido pelo operador de ponto seguido pela palavra-chave first ou second. sorting-vector-of-pairs-in-c-set-1-sort-by-first-and-second/ 53

54 Programa #include <bits/stdc++.h> using namespace std; int main() { vector <pair <int, char> > P; int n, i, x; char op; freopen("entrada.txt", "r", stdin); while (scanf("%d %c", &x, &op)!= EOF) { P.push_back(make_pair(x, op)); 54

55 Programa n = P.size(); for (i = 0; i < n; i++) { cout << P[i].second << " "; cout << P[i].first << endl; 55

56 Programa sort(p.begin(), P.end()); printf("ordenado pelo primeiro:\n"); for (i = 0; i < n; i++) { cout << P[i].second << " "; cout << P[i].first << endl; return 0; 56

57 Entrada do programa Entrada: 10 A 40 B 30 C 70 D 50 A 20 B 57

58 Saída do programa Saída: A 10 B 40 C 30 D 70 A 50 B 20 Ordenado pelo primeiro: A 10 B 20 C 30 B 40 A 50 D 70 58

59 Map Maps são contêineres associativos que armazenam elementos de forma mapeada. Cada elemento possui um valor de chave e um valor mapeado. Nenhum valor mapeado pode ter os mesmos valores de chave. Funções associadas ao map: begin () - Retorna um iterador para o primeiro elemento no map; end () - Retorna um iterador ao elemento teórico que segue o último elemento no map; size () - Retorna o número de elementos no map; map-associative-containers-the-c-standard-template-library-stl/ 59

60 Map Funções associadas ao map: max_size () - Retorna o número máximo de elementos que o map pode conter; empty () - Retorna se o map está vazio pair insert (keyvalue, mapvalue) - Adiciona um novo elemento ao map; erase (iterador position) - Remove o elemento na posição apontada pelo iterador; erase (const n) - Remove o valor da chave "n" do map; clear () - Remove todos os elementos do map; 60

61 Map Funções associadas ao map: key_comp () / value_comp () - Retorna o objeto que determina como os elementos no map são ordenados ('<' por padrão) find (const n) - Retorna um iterador ao elemento com o valor da chave "n" no map, se encontrado, senão retorna o iterador ao final count (const n) - count (const n) - Retorna o número de correspondências para o elemento com o valor da chave "n" no map; 61

62 Map Funções associadas ao map: lower_bound (const n) - Retorna um iterador ao primeiro elemento que é equivalente ao valor mapeado com o valor da chave "n" ou definitivamente não irá antes do elemento com o valor da chave "n" no map; upper_bound (const n) - upper_bound (const n) - Retorna um iterador ao primeiro elemento que é equivalente ao valor mapeado com o valor da chave "n" ou, definitivamente, irá após o elemento com o valor da chave "n" no map. 62

63 Programa #include <bits/stdc++.h> using namespace std; int main() { freopen("entrada.txt", "r", stdin); map <int, int> mapa; int i, n, x, y; scanf("%d", &n); for (i = 0; i < n; i++) { scanf("%d %d", &x, &y); mapa.insert(pair <int, int> (x, y)); 63

64 Programa map <int, int> :: iterator itr; cout << "\to mapa eh:\n"; cout << "\tchave\telemento\n"; for (itr = mapa.begin(); itr!= mapa.end(); ++itr) { cout << '\t' << itr->first << '\t' << itr->second << '\n'; return 0; 64

65 Entrada do programa Entrada:

66 Saída do programa Saída: O mapa eh: Chave Elemento

67 URI 1281 #include <bits/stdc++.h> using namespace std; int main() { freopen("entrada.txt", "r", stdin); map <string, double> tab; double p, total; string prod; int c, n; scanf("%d", &c); Agradecimento ao amigo Edgar Almeira 67

68 URI 1281 while(c--){ total=0; scanf("%d", &n); while(n--){ cin >> prod; scanf("%lf", &p); tab[prod] = p; Agradecimento ao amigo Edgar Almeira 68

69 URI 1281 scanf("%d", &n); while(n--){ cin >> prod; scanf("%lf", &p); total += (tab[prod] * p); printf("r$ %.2lf\n", total); return 0; Agradecimento ao amigo Edgar Almeira 69

70 Entrada do programa Entrada: 2 4 mamao 2.19 cebola 3.10 tomate 2.80 uva mamao 2 tomate 1 uva 3 Entrada: 5 morango 6.70 repolho 1.12 brocolis 1.71 tomate 2.80 cebola brocolis 2 tomate 1 cebola 1 morango 1 Agradecimento ao amigo Edgar Almeira 70

71 Saída do programa Saída: R$ R$ Agradecimento ao amigo Edgar Almeira 71

72 Set Set são um tipo de contêineres associativos em que cada elemento deve ser único, porque o valor do elemento o identifica. O valor do elemento não pode ser modificado depois de adicionado ao conjunto, embora seja possível remover e adicionar o valor modificado desse elemento. 72

73 Set Funções associadas ao Set: begin () - Retorna um iterador para o primeiro elemento no conjunto; end () - Retorna um iterador ao elemento teórico que segue o último elemento no conjunto; size () - Retorna o número de elementos no conjunto; max_size () - max_size () - Retorna o número máximo de elementos que o conjunto pode conter; 73

74 Set Funções associadas ao Set: empty () - Retorna se o conjunto está vazio; par <iterator, bool> insert (const n) - Adiciona um novo elemento "n" ao conjunto; inserção do iterador (iterador position, const n) - Adiciona um novo elemento 'n' na posição apontada pelo iterador; erase (iterador position) - Remove o elemento na posição apontada pelo iterador; erase (const n) - Remove o valor "n" do conjunto; clear () - clear () - Remove todos os elementos do conjunto; 74

75 Set Funções associadas ao Set: ekey_comp () / value_comp () - Retorna o objeto que determina como os elementos no conjunto são ordenados ( < por padrão); find (const n) - Retorna um iterador ao elemento "n" no conjunto, se encontrado, senão retorna o iterador ao final; count (const n) - count (const n) - Retorna 1 ou 0 com base no elemento 'n' presente no set ou não; 75

76 Set Funções associadas ao Set: lower_bound (const n) - Retorna um iterador para o primeiro elemento que é equivalente a 'n' ou definitivamente não irá antes do elemento 'n' no conjunto; upper_bound (const n) - upper_bound (const n) - Retorna um iterador ao primeiro elemento que é equivalente a 'n' ou definitivamente irá após o elemento 'n' no conjunto. 76

77 Programa #include <bits/stdc++.h> using namespace std; int main() { freopen("entrada.txt", "r", stdin); set <int> S; set <int> :: iterator it; int i, n, x; scanf("%d", &n); 77

78 Programa for (i = 0; i < n; i++) { scanf("%d", &x); S.insert(x); printf("set: "); for (it = S.begin(); it!= S.end(); it++) { cout << *it << " "; cout << endl; return 0; 78

79 Entrada do programa Entrada:

80 Saída do programa Saída: Set:

81 Bitset Bitset é um vetor de bool mas cada valor booleano não é armazenado separadamente, em vez disso o bitset otimiza o espaço de modo que cada bool tome apenas 1 bit de espaço, portanto o espaço ocupado pelo bitset bs é menor que o bool bs [N] e vetor bs (N). No entanto, uma limitação do bitset é, N deve ser conhecido em tempo de compilação, ou seja, uma constante (esta limitação não está lá com vector e array dinâmica) 81

82 Bitset Como o bitset armazena as mesmas informações de maneira comprimida, a operação no bitset é mais rápida que a do array e vetor. Podemos acessar cada bit de bitset individualmente com a ajuda do operador de indexação de array[] que é bs [3] mostra bit no índice 3 do bitset bs como um array simples. Lembre-se que o bitset inicia sua indexação para trás, que é para 10110, 0 para os índices 0 e 3 e 1 para o primeiro e segundo índices. 82

83 Bitset Podemos construir um bitset usando o número inteiro, bem como a string binária via construtores, que é mostrada no código abaixo. O tamanho do bitset é fixo em tempo de compilação ou seja, não pode ser alterado em tempo de execução. A função principal definida para a classe de bitset é operator [], count, size, set, reset e muitos mais. 83

84 Programa #include <bits/stdc++.h> using namespace std; int main() { freopen("entrada.txt", "r", stdin); int i, n, x; bitset <16> B; cout << B << endl; scanf("%d", &n); for (i = 0; i < n; i++) { scanf("%d", &x); cout << x << " - " << bitset<8>(x) << endl; return 0; 84

85 Entrada do programa Entrada:

86 Saída do programa Saída:

87 Programa #include <bits/stdc++.h> using namespace std; int main() { bitset<4> bset1(9); bitset<4> bset2(3); cout << bset1 << endl; cout << bset2 << endl; // operador de comparação cout << (bset1 == bset2) << endl; cout << (bset1!= bset2) << endl; // operação bitwise e atribuição cout << (bset1 ^= bset2) << endl; cout << (bset1 &= bset2) << endl; cout << (bset1 = bset2) << endl; 87

88 Programa // deslocando para a esquerda e para a direita cout << (bset1 <<= 2) << endl; cout << (bset1 >>= 1) << endl; // operador não cout << (~bset2) << endl; // operador bit a bit cout << (bset1 & bset2) << endl; cout << (bset1 bset2) << endl; cout << (bset1 ^ bset2) << endl; return 0; 88

89 Saída do programa Saída:

90 Exercícios URI 1110, Faça os exercícios de Estruturas do URI. 90