ESTRUTURA DE DADOS (TCC ) Cristina Boeres

Transcrição

1 ESTRUTURA DE DADOS (TCC ) Cristina Boeres

2 Estrutura de Dados (TCC ) 2 Tópicos Principais! Introdução! Tipo Abstrato de Dado (TAD)! Noções inicias de algoritmos! Listas, Pilhas e Filas (sequencial e encadeada)! Listas ordenadas! Heap: lista de prioridades! Árvores binárias e árvores binárias de busca

3 Estrutura de Dados 3 Bibliografia:! J. Szwarcfiter e L. Markeson, Estrutura de Dados e Algoritmos, Editora LTC.! Cormen, Leiserson and Rivest, Introduction to Algorithms, MIT Press. Informações da disciplina! (

4 4 Introdução! Implementação de uma Aplicação! representa uma abstração da realidade! consiste de um conjunto selecionado de dados relacionados com o problema a ser resolvido! deste conjunto, é possível a obtenção dos resultados esperados

5 Introdução 5 Modelo Abstrato! Cadastro de Pessoal de uma Empresa! Empregado - conjunto de dados! os que são relevantes para o empregador e para os procedimentos contábeis da empresa! identificação, salário, dependentes,...! abstraímos dos dados irrelevantes! cor do cabelo, estatura, peso

6 Introdução 6 Resolução de um problema! escolher uma abstração da realidade! o que é relevante para resolver o problema! informação! um conjunto de dados! comportamento! um conjunto de operações a forma como se representa informação e suas operações estão intimamente ligadas

7 Introdução 7 Dados Relevantes em um Problema! escolher um conjunto de dados! uma representação possível da situação real! orientada às características do problema! os dados precisam ser representados! a etapa seguinte é a escolha de uma forma de representação

8 Algoritmo 8! Um processo sistemático para a resolução de problemas! Computa uma saída (o resultado do problema) a partir de uma entrada! durante o processo, manipula dados gerados a partir de sua entrada! dados dispostos e manipulados de forma homogênea: Tipo Abstrato de dados! um conjunto de dados + operações que podem ser executadas sobre esses dados

9 Tipo Abstrato de Dados 9! Variável! armazena um dado que pode ser operado ao longo da execução do algoritmo! É uma abstração, que tem associado alguns atributos:! nome! endereço: local de memória! valor: o que está armazenado em um determinado momento! duração: tempo durante a execução do algoritmo em que a variável está ativa (alocada)! escopo: a variável está visível para uma série de regiões do programa (local ou global).! tipo: qual conjunto de valores pode ser associado e consequentemente, o conjunto de operações pode ser definido! tamanho: tamanho do espaço de memória que armazena os valores da variável

10 Tipo Abstrato de Dados 10! int! é um tipo abstrato de dados! o programador abstrai de todos os detalhes dos atributos! estrutura aluno struct aluno{ int matricula; int nome; char outras_info[1024]; }! operação: procura_aluno_matricula ( aluno.matricula );

11 Algoritmo e Estrutura de Dados 11! Um algoritmo é projetado em termos de Tipos Abstratos de Dados! Para implementá-lo em uma linguagem de programação:! temos que saber como representar os tipos na linguagem! quais são as operações suportadas pelo computador na sua representação emprega-se Estruturas de Dados

12 12 Algoritmos e Estruturas de Dados! Resolução de um Problema! Algoritmo! representação do comportamento! Estrutura de Dados! representação da informação

13 13 Algoritmos e Estruturas de Dados! No processo de construção de programas: formulação do algoritmo definição de estruturas de dados estão intimamente ligadas

14 14 Algoritmos e Estruturas de Dados! Decisões sobre estruturas de dados não podem ser tomadas sem conhecimento dos algoritmos aplicados e vice-versa! Num algoritmo vamos distinguir dois aspectos complementares:! estático e dinâmico

15 15 Estrutura de Dados! Como a informação é organizada, como será manipulada e como será utilizada! estudo envolve dois objetivos complementares:! Identificar e desenvolver entidades matemáticas e operações! Determinar que classes de problemas podem ser resolvidas usando essas entidades e operações

16 16 Algoritmo! Um texto contendo comandos (instruções)! devem ser executados na ordem especificada! corresponde a representação concreta e tem caráter estático! esse texto nos interessa pelos efeitos que causa decorrentes de sua execução dado um conjunto de valores iniciais! execução: evento dinâmico " evolui no tempo

17 Algoritmo 17! Uma dificuldade na concepção e no entendimento de algoritmos é o relacionamento dos aspectos estático e dinâmico! como entender as estruturas dinâmicas das possíveis execuções do algoritmo a partir da estrutura estática

18 18 Algoritmo! Através da utilização de Estruturas Básicas de controle! formas naturais de pensar e adequadas à construção de algoritmos inteligíveis. Por exemplo:! SE (... ) ENTÃO {...} SENÃO {...}

19 Algoritmo 19! Estado de um dado sistema é o conjunto de propriedades desse sistema que são relevantes na situação considerada! conjunto de valores de variáveis de um programa! Ação - evento que ocorre num período de tempo finito estabelecendo um efeito desejado e bem definido! ação: o interesse é decorrente do efeito produzido! execução de uma operação

20 20 Algoritmo! Em todo evento pode-se reconhecer um padrão de comportamento, fazendo-se abstração de diferentes estados iniciais e efeitos! cada vez que o padrão de comportamento é seguido, o evento ocorre! seu efeito é totalmente determinado pelo padrão de comportamento e pelo estado inicial

21 Algoritmo 21! É a descrição de um padrão de comportamento, em termos de um repertório bem definido e finito de ações primitivas, que podem ser executadas! possui um caráter imperativo! uma ação no algoritmo: um comando! é uma norma executável para estabelecer um certo efeito desejado

22 22 Apresentação dos Algoritmos! formato livre com comandos das linguagens estruturadas! estrutura de blocos! indentação! funções! Linguagem C-like

23 Processamento de um Programa 23 ( a>b ) If { ( maior printf ( A é } else { ( maior printf ( B é } Tradutor: Compilador + Linkeditor A é maior

24 Processamento de Linguagens 24! Linguagens de Programação: são projetadas em função da facilidade na construção e confiabilidade dos programas! Como executar em arquiteturas diferentes?! Duas alternativas:! Interpretação! Tradução

25 Interpretação 25 1) Obter o próximo comando do programa 2) Determinar que ações devem ser executadas 3) Executar essas ações! Esta seqüência é bastante semelhante àquela executada por processadores tradicionais: 1 Obter a próxima instrução (PC) 2 Incrementar o PC 3 Decodificar a instrução 4 Executar a instrução

26 Tradução 26! Programas escritos em LP de alto nível são traduzidos para versões equivalentes em linguagem de máquina antes de serem executados meuprog.c tradução meuprog.exe

27 Tradução 27! Essa tradução pode ser dita ser realizada nos passos! Compilação! Linkedição! Loader (carga)

28 Compilação 28! Pode ser dividida em 2 grandes partes:! análise do programa fonte (dados de entrada)! síntese do programa objeto executável! cada arquivo do programa fonte deve ser compilado separadamente, e um arquivo objeto é gerado meuprog.c compilação meuprog.obj

29 29 Síntese do programa objeto! A saída da compilação! programas quase executáveis (*.obj)! podem fazer referências a dados externos ou outros programas! Linkedição: une diversos *.obj em um programa executável pronto para rodar

30 30 Programa executável (aplicação) pgm1.c compilação pgm1.o pgm2.c ( a>b ) If { ( maior printf ( A é } else { ( maior printf ( B é } pgm3.c compilação ( a>b ) If { ( maior printf ( A é } else { ( maior printf ( B é } compilação pgm2.0 pgm3.0 linkedição programa.exe

31 31 Programa executável (aplicação)! Linkedição! um procedimento para finalizar a resolução de referências! programas podem ser traduzidos separadamente! ou utiliza-se uma biblioteca

32 32 Visão Geral de um Programa! O Problema: calcular a soma de três números requisita a entrada dos números a serem somados Calcular a soma de três números Imprimir o resultado

33 33 Visão Geral de um Programa! Este programa não faz muita coisa! Como seleciona os números a somar?! Não imprime nenhuma mensagem explicativa?! Que tipos de números soma?

34 Visão Geral de um Programa 34 Definindo melhor o problema Exibir para o usuário o que faz o programa Exibir o que espera como entrada Pedir os três valores (A, B,C) e armazenar Somar A + B + C e guardar em SOMA Exibir o valor SOMA ao usuário

35 35 Modelo de um Programa Entrada Processa a Entrada Saída! Este é um modelo seguido pelos programas! Um programa tem que ser capaz de armazenar sua entrada em algum lugar

36 36 Modelo de um Programa! Para executar um programa: MP CPU disco meuprog.exe

37 37 Modelo de um Programa! o executável contém: meuprog.exe! comandos em linguagem que a CPU entende! espaço para armazenar os dados: variáveis e constantes! as estrutura de dados

38 38 Modelo de um Programa! Entradas são armazenadas para serem processadas e gerar uma saída útil e desejada! Dados são armazenados em variáveis! posições de memória com um nome que podem conter dados! as variáveis podem conter tipos diferentes de dados

39 39 Variáveis e Tipos de Dados! Variáveis podem conter valores diferentes durante a execução do programa! os valores são consistentes com o tipo da variável! Alguns valores não devem ser alterados durante a execução! Constantes

40 40 Variáveis e Tipos de Dados! Dados em variáveis ou constantes podem ser de diferentes tipos! inteiros ( curtos / longos)! reais - ponto flutuante! precisão simples ou dupla! caracteres isolados! string de caracteres

41 41 Variáveis! Variável é algo que se altera! Dados armazenados em uma variável podem se modificar! Em um programa! definir uma variável significa reservar uma memória para armazenar seus valores

42 42 Variáveis! Deve-se atribuir às variáveis nomes que o ajudem a lembrar a finalidade de cada uma delas! Nomes mais longos tornam seu programa mais claro! outros podem ter que revisar seu código! pode ser necessário revisar o programa daqui a 6 meses

43 43 Nomes! Elemento básico da Linguagem! Identificadores dão nomes a:! Variáveis! Trechos de Programa

44 44 Nomes! C- Padrão ANSI: nomes de variáveis, funções, rótulos == identificadores! Tamanho! 1 a diversos caracteres: pelo menos os 61ºs são válidos! 1o. caracter! letra ou sublinhado! letras maiúsculas e minúsculas são tratadas diferentemente

45 45 Blocos! um conjunto de comandos com uma função bem definida! serve para definir os limites onde as variáveis declaradas em seu interior são conhecidas! Variáveis locais a blocos e globais a blocos! Blocos podem possuir um nome: sub-programas (funções no C) ou não! são delimitados por { }

46 46 Tipo de Dados! Existe distinção entre! variáveis reais, complexas e lógicas! valores individuais e conjunto de valores! funções

47 47 Tipo de Dados! Esta noção de classificação é muito importante! Cada constante, variável, expressão ou função é de um certo tipo! refere-se ao conjunto de valores que pode assumir

48 Tipo de Dados 48! Em programas (em geral), não é possível deduzir o tipo da variável a partir do seu contexto! é necessário explicitar o tipo de cada variável! a cada tipo de dados está associada uma representação na computador! é necessário conhecer o tipo de dados para saber qual a sua representação

49 49 Tipo de Dados! A cada tipo de dados está associado:! uma representação! o tamanho de células de memória para armazenar esta representação! a área de memória onde ficará o valor da variável tem que ter dimensões compatíveis com a sua representação! conjunto de valores que variáveis de um dado tipo podem assumir

50 Tipo de Dados 50! As operações exigem argumentos de um dado tipo e produzem resultados do mesmo tipo! É importante para o compilador saber o tipo de cada variável antes de empregá-la em uma operação

51 51 Definição de Variáveis! int X1! float A, B;! char Nome;

52 Definição de Variáveis 52! A semântica da declaração de uma variável corresponde a! criação de locais na memória rotulados com o nome da variável (identificador)! o tipo de valores que ela pode conter! tamanho e forma de representação! No exemplo:! X1: é o nome do local de memória que só pode conter variáveis do tipo inteiro! A e B só podem conter variáveis do tipo real

53 53 Compatibilidade de Tipos! É importante observar que:! o resultado da expressão do lado direito de um comando de atribuição deve ser coerente com o tipo declarado para a variável do lado esquerdo! a = b+c; b e c float então a deve ser float

54 Expressões 54! forma linearizada usada na matemática! Operadores Aritméticos! +, -, *, / ( inteiros (divisão de 1 = 3/2!! Precedência: da matemática! uso de parênteses! a = b+c * (x*y-5);! a = a+2;! mod : resto da divisão inteira

55 55 Expressões! Operadores Lógicos! E (&&)! OU ( )! NEGAÇÃO (!)! Conectivos relacionais! >, <, >=, <=, ==,!=

56 Expressões 56! Prioridades para operações mistas! 1o. : parênteses e funções! 2o. : expressões aritméticas *, / +, - (binários)! 3o. : comparações! 4o. :!! 5o. : &&! 6o. : >, >=, <, <=, ==,!=

57 57 Comentários! Uma anotacão! Servem para ajudar a explicar a codificação! Seu programa deve ser compreendido por qualquer outro programador! /* COMENTÁRIO..*/! // comentário até o fim da linha

58 Comentários 58! Devem ser utilizados com liberalidade em todo o programa! Devem explicar seu algoritmo! Estão relacionados com a solução do problema! Não devem ser óbvios

59 59 Atribuição! Atribuição! designam valores a uma variável! A = B; /* Faz A = B */! /* Este é um comentário óbvio - desnecessário */! os valores atribuídos a uma variável devem ser compatíveis com seu tipo! Sintáxe: identificador = valor ;

60 60 Operações Especiais do C! Incrementando 1:! i++;! ++i;! Decrementando 1:! i--;! --i;

61 61 Fluxo de Controle! o que deve ser executado: processo dinâmico! determina em cada passo da execução, qual o próximo comando a ser executado! a ordem de execução das ações é a chave para entender o funcionamento do algoritmo! depende dos dados de entrada

62 62 Estruturas Básicas de Controle! Um algoritmo deve ser determinístico:! dada as mesmas condições iniciais deve produzir a final da execução os mesmos resultados! só estamos interessados em algoritmos que terminam em um tempo finito! Programas:! uma certa espécie de algoritmos

63 63 Estruturas Básicas de Controle! Seqüenciamento:! Separa um comando do outro e determina a execução em seqüência dos comandos! estrutura de controle mais simples: seqüência simples traz a cesta com batatas; traz a panela do armário; coloca o avental; descasca batatas; devolve a cesta;

64 Estruturas Básicas de Controle 64! condicional: se... então traz a cesta com batatas; traz a panela do armário; se roupa é clara então coloca avental; descasca batatas; devolve a cesta; if ( condição) {...} else {...}

65 Instruções Condicionais 65 ( NaoAguentaCalor )! if { } ( JanelaNaoAbre ) if { } FiqueForaDaCozinha; else { LavePratos;}

66 66 Comandos Básicos do C! <condição> é qualquer expressão cujo resultado é um valor booleano! está relacionado um bloco de comandos (limitados por { / }) pode ser usado um único comando! bloco: como um novo comando / extensão da linguagem

67 67 Comandos Básicos do C! Repetição! quando um conjunto de ações é executado repetidamente enquanto uma determinada condição permanece válida! condição é uma expressão cujo resultado é um valor lógico

68 68 Comandos Básicos do C! Repetição enquanto <condição> faça C1; C2; C3; C4; fim enquanto;

69 69 Comandos Básicos do C! Repetição - C while ( <condição> ) { } C1; C2; C3; C4;

70 70 Comandos Básicos do C! Repetição faça C1; C2; C3; C4; enquanto <condição>;

71 71 Comandos Básicos do C! Repetição C do { C1; C2; C3; C4; } while (<condição>);

72 72 Comandos Básicos do C! Repetição { (++ i for (i=0; i<n; }; C1; C2; C3; C4;

73 Comandos Básicos do C 73! Repetição! while(condição) {...}! se já da primeira vez a condição for falsa, os comandos não são executados nenhuma vez! do { } while (condição)! se da primeira vez a condição for falsa, os comandos são executados uma vez! Enquanto a condição for verdadeira os comandos são executados, quando for falsa, o comando é abandonado

74 Tipos de Dados Simples Inteiros 74! Qualquer valor do conjunto dos números inteiros! inteiros curtos - int - 4 bytes! inteiros longos - long - 8 bytes! operações! = ( inteiros /(divisão de *, -, +,!! mod

75 75 Reais! Também chamados de ponto flutuante! Qualquer valor do conjunto dos números reais! estão limitados no número de dígitos decimais - float ou double! sua representação: mantissa e expoente! operações :=, +, -, *, /

76 Usando Tipos 76! Se tenho que definir uma variável para conter idades, que tipo usar?! inteiros, e curtos são suficientes! É função do:! conjunto de valores que a variável pode assumir! da precisão que se deseja no resultado de operações

77 77 Caracteres! É qualquer caracter isolado representado no computador! letras e números são caracteres! caracteres especiais - &, %! caracteres especiais e não visíveis - ESC, CR, LF,! ocupam 1 byte - ASCII! char a = A ;

78 78 Strings de Caracteres! Um número arbitrário de ocorrências de caracteres! deixa em aberto o número de ocorrências! não possui uma representação direta no C! char a[50]! #define nome Maria

79 79 Exercício - algoritmo! Descreva um algoritmo que compute o somatório de 1 até N, sendo N o número de entrada! Descreva um que compute a potência x i, onde i varia de 1 até N, sendo x e N, números de entrada

80 80 Exercício cálculo da média final! Considere uma disciplina que adota o seguinte critério de aprovação: alunos fazem duas provas, P1 e P2, sendo obtida a média M = (P1+P2)/2. Se a média for maior ou igual a 5.0, e nenhuma das notas for inferior a 3.0, o aluno passa direto (tendo média final MF igual a M). Caso contrário, o aluno faz uma terceira prova P3 e a MF é calculada considerando a terceira nota:! se P3 for maior ou igual a 3.0, MF = (P3+max(P1,P2))/2! caso contrário, MF = (M + P3)/2! Escreva um programa que leia inicialmente as notas do aluno fornecidas via teclado. Se as notas não forem suficientes para o aluno passar direto, será pedido a nota da P3. Em seguida, o programa deve ter como saída a mensagem Aprovado ou Reprovado, de acordo com o critério descrito, mostrado ao lado a MF calculada.

81 81 Exercícios calcula média final #include <stdio.h> int main ( ) { float P1,P2,P3,M,MF; printf ("Entre com as notas de P1 e P2: "); scanf (" %f %f ",&P1,&P2); M=(P1+P2)/2; if ( (P1>=3) && (P2>=3) && (M>=5.0)) MF=M; else { printf( \n Entre com a nota de P3: "); scanf(" %f ",&P3); if (P3>=3) { float Paux = (P1>P2)? P1:P2; MF=(P3+Paux)/2; } else MF=(M+P3)/2; } if (MF>=5) printf( \n %.1f Aprovado\n",MF); else printf( \n %.1f Reprovado\n",MF); return (0; }