Intercalação de vários arquivos. Estrutura de Dados II Prof Jairo Francisco de Souza

Transcrição

1 Intercalação de vários arquivos Estrutura de Dados II Prof Jairo Francisco de Souza

2 Arquivos Um conjunto de registros que caracteriza uma classe de entidades pode ser mantido em memória principal, quando recebe o nome de tabela ou array, ou em memória secundária, quando é chamado de arquivo A seleção de registros, é um critério que identifca ou destaca registros de determinado arquivo ou tabela Pode-se então, utilizar de chaves primárias (primary keys) para esta identifcação, localizando um único registro no arquivo

3 Arquivos Arquivos são importantes na programação de sistemas de computação, pois são utilizados por tradutores, editores de texto e sistemas operacionais Os sistemas operacionais fornecem aos usuários recursos para manipulação de arquivos, além de permitir o gerenciamento de recursos computacionais como memória, processos e periféricos

4 Arquivos Um arquivo é considerado uma coleção do mesmo tipo de estrutura de dados, sendo um agregado de valores heterogêneos Arquivos podem formar um relacionamento, ou seja, uma conexão entre duas entidades Os arquivos residem em memória secundária, e possuem volumes de dados, além de serem duradouros Seus dados são lidos e trazidos para memória principal

5 Arquivos Supondo que uma aplicação possua um arquivo de clientes Cada ocorrência de cliente é chamada de registro, e cada informação dentro do registro é chamada de atributo (ou campo), correspondendo a estrutura do arquivo:

6 Definição de dados em C O exemplo abaixo mostra a estrutura de um registro, implementada na linguagem C struct Tcliente { int codigo; //codigo do cliente (chave) char nomecli[50]; //nome do cliente char fone [15]; //telefone do cliente char ; //correio eletronico float limite; //limite de credito char excluido; //marcação do registro excluído };

7 Intercalação Generalidades Intercalação é o processo através do qual diversos arquivos seqüenciais classifcados por um mesmo critério são mesclados gerando um único arquivo seqüencial Algoritmo Básico De cada um dos arquivos a intercalar basta ter em memória um registro. Considera-se cada arquivo como uma pilha, e o registro em memória seu topo Em cada iteração do algoritmo e leitura dos registros, o topo da pilha com menor chave é gravado, e substituído pelo seu sucessor. Pilhas vazias têm topo igual a high value O algoritmo termina quando todos os topos da pilha tiverem high value

8 Intercalação Outra forma de intercalação é mesclar dois vetores (ordenados previamente) O resultado é um vetor ordenado, com os elementos dos vetores usados na mesclagem Vetor Vetor Vetor_Resultado

9 Intercalação Inicialmente, para que aconteça a intercalação (ou merge), os elementos dos dois vetores devem ser copiados para apenas um vetor Para execução do algoritmo de intercalação, o índice de início do segundo vetor e o tamanho do novo vetor devem ser encontrados Vetor 1 União dos Vetores Vetor Inicio_Vet_2 Inicio Fim Intercalação

10 Intercalação A intercalação deve ser usada também quando há necessidade de unir dados de dois arquivos de dados Desta maneira, os dados poderiam ser acessados por meio de suas estruturas Através de comandos de manipulação de arquivos, os dados entre os arquivos poderiam ser intercalados, gerando um novo arquivo de dados Neste caso, o desenvolvedor deve se preocupar principalmente com a coincidência de chaves primárias, e realizar o tratamento das transações problemáticas

11 Algoritmo de Intercalação intercala (inteiro inicio_vet, inteiro inicio_vet_2, inteiro fim_vet, inteiro vetor[]) { inteiro indice_inicio, indice_inicio_vet_2, indice_aux; inteiro *vetor_aux; vetor_aux = (inteiro *) aloca_memoria (fim_vet * sizeof (inteiro)); indice_inicio = inicio_vet; indice_inicio_vet_2 = inicio_vet_2; indice_aux = 0; Enquanto (indice_inicio < inicio_vet_2 e indice_inicio_vet_2 < fim_vet) { Se (vetor[indice_inicio] <= vetor[indice_inicio_vet_2]) { vetor_aux [indice_aux] = vetor[indice_inicio]; indice_aux = indice_aux + 1; indice_inicio = indice_inicio + 1; } senão { vetor_aux [indice_aux] = vetor[indice_inicio_vet_2]; indice_aux = indice_aux + 1; indice_inicio_vet_2 = indice_inicio_vet_2 + 1; } } Enquanto (indice_inicio < inicio_vet_2) { vetor_aux [indice_aux] = vetor[indice_inicio]; indice_aux = indice_aux + 1; indice_inicio = indice_inicio + 1; } Enquanto (indice_inicio_vet_2 < fim_vet) { vetor_aux [indice_aux] = vetor[indice_inicio_vet_2]; indice_aux = indice_aux + 1; indice_inicio_vet_2 = indice_inicio_vet_2 + 1; } Para (indice_inicio = inicio_vet; indice_inicio < fim_vet; indice_inicio++) { vetor[indice_inicio] = vetor_aux [indice_inicio - inicio_vet]; } } liberar_memoria (vetor_aux);

12 Intercalação de muitos arquivos Quando tem-se muitos arquivos a intercalar é necessário otimizar a busca da menor chave. Buffer é um array de registros topos de pilhas Pode-se fazer busca neste array Busca direta para determinar o elemento de menor chave Uso de árvores binárias de seleção, tais como árvores binárias de vencedores e de perdedores.

13 Árvores binárias de vencedores Árvores binárias de seleção são aquelas nas quais cada nó representa o menor de seus dois filhos e assim a raiz representa o menor nó da árvore Na árvore binária de vencedores os nós externos representam os elementos do array de registros topos de pilha dos arquivos a intercalar. Cada nó interno tem três componentes: Vencedor: índice do elemento em buffer correspodente ao menor valor de chave de seus descendentes esteja em que nível estiver Left e right: ponteiros para os filhos. Um nó vencedor em vários níveis aparece diversas vezes ao longo da árvore

14 Exemplo de árvore de vencedores

15 Complexidade Iniciar a árvore O(n) Recuperar o vencedor O(1) Remover vencedor atual e refazer a árvore O(log n) Remover vencedor e fazer todas as n jogadas O(n log n) Tempo total é O(n log n). Na verdade, Theta(n log n).

16 Árvores binárias de perdedores Na árvore binária de perdedores cada nó interno possui 2 elementos: Perdedor: índice do elemento em buffer pai: ponteiro pro antecessor (pai) É usado um nó adicional, chamado de nó 0, para representar o grande vencedor do torneio.

17 Processamento da árvore de perdedores Monta-se a árvore de perdedores representando apenas os nós internos Na árvore de perdedores figurarão todos os nós exceto o nó vencedor Determina-se s o índice do menor valor em Buffer Grava-se Buffer[s] no arquivo de saída A "pilha" s sofre uma operação de POP Um ponteiro T percorre a árvore de perdedores de pai( Buffer[s] ) até a raiz Em cada momento faz-se o teste : Buffer[perdedor(T)] < Buffer[s] Se o teste for positivo, troca-se s por perdedor[t] e vice-versa T vai para pai(t) Quando T chega a raiz grava-se Buffer[s] na saída e reinicia-se o processo O processo termina quando todas as pilhas estiverem vazias Os valores de chave não ficam armazenados na árvore e a saída não é pelo elemento da raiz

18 Exemplo Considere-se a existência de 11 arquivos a intercalar, exibindo apenas as chaves dos registros

19 . Derivação da Árvore de Perdedores Como existe número ímpar de pilhas, será necessário considerar uma pilha isolada. 19

20 Desenvolvimento do exemplo

21 Situação Inicial

22 Situação Inicial

23 Situação Inicial

24 Evolução da Intercalação (1) Situação após a exclusão do registro de chave 2 24

25 Evolução da Intercalação (2) Situação após a exclusão do registro de chave 6 25

26 Evolução da Intercalação (3) Situação após a exclusão do registro de chave 10 26

27 Evolução da Intercalação (4) Situação após a exclusão do registro de chave 13 27

28 Evolução da Intercalação (5) Situação após a exclusão do registro de chave 15 28

29 Evolução da Intercalação (6) Situação após a exclusão do registro de chave 20 29

30 Evolução da Intercalação (7) Situação após a exclusão do registro de chave 31 30

31 Evolução da Intercalação (8) Situação após a exclusão do registro de chave 37 31

32 Complexidade Iniciar a árvore Preciso armazenar o flho vencedor. Ainda assim, O(n). Recuperar o vencedor O(1) Remover vencedor atual e refazer a árvore O(log n) Remover vencedor e fazer todas as n jogadas O(n log n) Tempo total é O(n log n). Na verdade, Theta(n log n). Porém, mesmo tendo a mesma complexidade que a árvore de vencedores, a árvore de perdedores é um pouco mais rápida. Por que?! 32

33 Exercício Construa a árvore de vencedores e de perdedores para a sequência abaixo: 10, 40, 29, 3, 55, 70, 22, 88 Em cada árvore, retire os 2 primeiros vencedores. Mostre as árvores resultantes.

34 Referências FERRAZ, I. N., Programação com Arquivos. Editora Manole Ltda. Barueri, 2003