S U M Á R I O. Definição de Estrutura de Dados. Vetores. Listas Ligadas. Pilhas. Filas

Transcrição

1 ESTRUTURA DE DADOS DEBORAH FERREIRA

2 S U M Á R I O Definição de Estrutura de Dados 1 Vetores 2 Listas Ligadas 4 Pilhas 6 Filas 8

3 D E F I N I Ç Ã O D E E S T R U T U R A D E D A D O S Estruturas de dados são formas de coletar e organizar dados para que seja possível realizar operações sobre estes de forma efeciente. Da mesma forma que papéis são guardados em pastas e roupas são geralmente colocadas em gavetas e cabides, existem formas mais adequadas para armazenar cada tipo de dado, facilitando seu acesso e organização. Qualquer coisa que seja capaz de armazenar dados, pode ser chamada de estrutura e dados. Os tipos de dados primitivos do Java: int, float, boolean, char, etc, podem ser considerados estruturas de dados primitivas. Também existem estruturas de dados complexas, que são usadas como armazenar e conectar uma quantidade maior de dados. Alguns exemplos de estruturas de dados complexas são: listas ligadas, pilhas, vetores, filas, grafos, árvores, e veremos algumas delas neste livro. E S T R U T U R A D E D A D O S 0 1

4 V E T O R E S Os vetores são uma das estruturas de dados mais simples. O tamanho do vetor é declarado no momento de inicialização, seu tamanho equivale ao número de entradas de dados de um determinado tipo que o vetor suporta. Deve conter, na maioria dos casos, dados do mesmo tipo. Ou seja, se um vetor possuir um dado do tipo inteiro, todos os outros também deverão ser do tipo inteiro. O espaço de um vetor na memória é alocado de forma contígua, ou seja, é reservado um pedaço inteiro da memória somente para aquele vetor, não importando se ele será usado por completo, ou não. Na linguagem C, podemos declarar um vetor da seguinte forma: double balance[10]; Este vetor tem tamanho dez e aceita elementos do tipo double. Cada elemento é acessador por indices que vão de 0 a 9. Por exemplo, para recuperar o valor do o quinto elemento do vetor, basta acessar o elemento valor[4]. E S T R U T U R A D E D A D O S 0 2

5 Da mesma forma, podemos declarar um vetor do tipo char em linguagem C: char vogais[5] = {'a','e','i','o','u'}; Neste caso, não só declaramos o vetor, como também já o inicializamos com as vogais do alfabeto. A letra 'a' se encontra na posição 0 e a letra 'u' se encontra na posição 4. O vetor já se encontra completo, ou seja, não é possível adicionar nenhum outro elemento. Para remover um elemento do vetor, é necessário buscar o elemento e então mover todos os elementos uma posição para a direita, para evitar que espaços vazios se formem nas posições do meio do vetor. A remoção de elementos do vetor exige uma maior capacidade de processamento, problema que não existe nas listas ligadas, que veremos a seguir. E S T R U T U R A D E D A D O S 0 3

6 L I S T A S L I G A D A S Uma das desvantagens dos vetores, além de sua remoção lenta de elementos, é o fato destes serem estruturas estáticas, ou seja, uma vez declarado um vetor, seu tamanho não pode ser diminuído e nem aumentado. Já as listas ligadas são estruturas dinâmicas. É uma estrutura linear onde cada elemento é um objeto separado. Cada elemento é um nó, ele é composto por duas partes: um dado e uma referência para o nó seguinte. Para acessar a lista, é necessário armazenar o início da mesma. O último elemento possui uma referência para null. Abaixo é apresentada uma representação visual de uma lista ligada: a b c null próximo Nó Início E S T R U T U R A D E D A D O S 0 4

7 Na lista apresentada na imagem, cada retângulo representa um nó, cada nó contém um dado (neste caso uma letra) e um ponteiro que aponta para o próximo nó. Pelo fato da lista ligada ser dinâmica, o número de nós não é constante, eles podem aumentar e diminuir, dependendo da demanda. Toda aplicação que deve lidar com um número desconhecido de objetos, muitas vezes irá utilizar uma lista ligada. Uma desvantagem das listas ligadas é que não é possível acessar os elementos diretamente, para acessar um elemento da lista, é necessário iniciar o percorrimento pelo elemento inicial da lista, até encontrar o elemento desejado. Na lista ligada simples (apresentada na imagem) temos somente o ponteiro para o próximo nó. Na lista duplamente ligada, temos o ponteiro para o próximo ponteiro e para o anterior. Na lista ligada circular, o último elemento da lista, ao invés de apontar para null, ele aponta para o início da lista. E S T R U T U R A D E D A D O S 0 5

8 P I L H A S As pilhas são estruturas lineares que seguem uma ordem particular para inserção e remoção de dados. As ordens podem ser LIFO (Last In First Out - último a entrar, primeiro a sair) ou FILO (First In Last Out - primeiro a entrar, último a sair) A imagem abaixo apresenta uma representação visual de uma pilha: D Topo C B A Neste exemplo, a pilha armazena letras do alfabeto. A letra 'A' foi a primeira a ser adicionada e será a última a ser removida. A letra 'D' está no topo da pilha, ela foi a última a ser adicionada e será a primeira a ser removida. E S T R U T U R A D E D A D O S 0 6

9 As pilhas possuem quatro operações básicas: 1. Push ou Empilhar: Adiciona um elemento no topo da pilha. Caso a pilha esteja cheia, dizemos que ocorreu uma condição de Overflow. 2. Pop ou Desempilhar: Remove um elemento do topo da pilha. Se a pilha estiver vazia, dizemos que ocorreu uma condição de Underflow. 3. Peek ou Espiar: Retornar o elemento do topo da pilha, sem removê-lo. 4. IsEmpty ou EstaVazia: Retorna true se a pilha estiver vazia, senão retorna falso. A pilha pode ser implementada utilizando lista ligadas ou vetores. E S T R U T U R A D E D A D O S 0 7

10 F I L A S A estrutura de dados fila, funciona da mesma forma que uma fila do nosso cotidiano. A primeira pessoa a entrar na fila será a primeira a sair daquela fila. A fila, portanto possui uma ordenação FIFO (first in, first out - primeiro a entrar, primeiro a sair). A figura abaixo apresenta uma fila: a b c null Entrada Saída Este exemplo mostra uma fila implementada utilizando listas ligadas. A fila, neste caso, é uma lista ligada com restrições, onde cada elemento só pode ser retirado quando chegar à saída e só pode ser inserido pelo ponteiro de entrada, tal como funciona uma fila na vida real. E S T R U T U R A D E D A D O S 0 8

11 As filas possuem as seguintes operações básicas: 1. Enqueue ou inserir: Remove um elemento da saída da fila. Se a fila estiver vazia, ocorre condição de Underflow. 2. Dequeue ou remover: Insere um elemento na entrada da fila. Se a fila estiver cheia, ocorre condição de Overflow. E S T R U T U R A D E D A D O S 0 9