TIPO ABSTRATO DE DADOS: LISTAS ENCADEADAS

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1 COLÉGIO ESTADUAL ULYSSES GUIMARÃES CURSO TÉCNICO PROFISSIONALIZANTE EM INFORMÁTICA ERINALDO SANCHES NASCIMENTO TIPO ABSTRATO DE DADOS: LISTAS ENCADEADAS FOZ DO IGUAÇU 2013

2 i LISTA DE QUADROS QUADRO 1 DEFINIÇÃO DA CLASSE NO QUADRO 2 DEFINIÇÃO DA CLASSE DE LISTA ENCADEADA... 5 QUADRO 3 DEMONSTRAÇÃO DE UMA LISTA ENCADEADA... 7 QUADRO 4 LISTA ENCADEADA COM UMA CLASSE NO INTERNA QUADRO 5 LISTA ENCADEADA GENÉRICA... 9 QUADRO 6 DEFINIÇÃO DA CLASSE DE ENTRADA QUADRO 7 APLICAÇÃO USANDO LISTA ENCADEADA GENÉRICA... 14

3 ii SUMÁRIO 10 LISTAS TIPOS ABSTRATOS DE DADOS (TAD) TAD Lista Classe de Lista Encadeada A Classe Nó Classe Lista Encadeada Demonstração da Classe de Lista Encadeada Classe Nó Interna Classe Genérica de Lista Encadeada Classe Entrada para Dados de uma Lista Encadeada Genérica Demonstração de uma Lista Encadeada Genérica EXERCÍCIOS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 17

4 1 10 LISTAS O pacote java.util contém uma grande variedade de classes e interfaces que suportam uma ampla gama de funcionalidades. Por exemplo, a estrutura das coleções. Uma coleção é uma estrutura de dados na verdade, um objeto que pode conter referências a outros objetos. Normalmente, coleções contêm referências a objetos que são todos do mesmo tipo. A Tabela 1 lista algumas das interfaces do framework coleções. Interface Descrição Coleção A interface raiz na hierarquia de coleções a partir das quais as interfaces Conjunto, Fila e Lista são derivadas. Conjunto Uma coleção que não contém duplicatas. Lista Uma coleção ordenada que pode conter elementos duplicados. Mapa Uma coleção que associa chaves a valores e não podem conter chaves duplicadas. Fila Normalmente uma coleção first-in (primeiro a entrar), first-out (primeiro a sair). Tabela 1 Algumas interfaces do framework colletions TIPOS ABSTRATOS DE DADOS (TAD) Um tipo abstrato de dado (TAD) é um conjunto de objetos, juntamente com um conjunto de operações. Tipos abstratos de dados são abstrações matemáticas. Objetos tais como listas, conjuntos, e gráficos, juntamente com suas operações, podem ser vistos como tipos abstratos de dados, como números inteiros, reais e booleanos são tipos de dados.

5 TAD Lista Considere uma lista geral de forma A0, A1, A2,..., An-1. Onde o tamanho da lista é n. Se uma lista estiver vazia seu tamanho é 0 (zero). Para qualquer lista, exceto a lista vazia, Ai sucede Ai-1 (i <n) e que Ai-1 precede Ai (i> 0). O primeiro elemento da lista é A0, e o último elemento é An-1. A posição do elemento Ai em uma lista é i. Associado a estas definições um conjunto de operações é realizada na lista TAD, como: imprimir, esvaziar, procurar (retorna a posição da primeira ocorrência de um item), inserir e remover. Poderia ser acrescentadas ainda, operações como próxima e anterior, que retorna a posição do sucessor e predecessor, respectivamente Classe de Lista Encadeada Uma lista encadeada é uma estrutura de dados ligada que consiste numa cadeia única de nós, cada um está conectado ao seguinte por uma ligação. Este é o tipo mais simples de estrutura de dados encadeado, mas é, no entanto, amplamente utilizada. Figura 1 Exemplo de lista simplesmente encadeada. Fonte: A Figura 1 é um diagrama de uma lista encadeada. Em Java, um nó é um objeto de alguma classe nó. Cada nó tem um lugar (ou lugares) para alguns dados e um lugar para manter um link para outro nó. Os links são mostrados como setas que

6 3 apontam para o nó seguinte. Em Java, as ligações serão implementadas como referências a um nó armazenado em uma variável de instância do tipo de nó A Classe Nó A classe No1, no Quadro 1 é definida especificando, entre outras coisas, uma variável de instância do tipo No1 chamada link. Isto permite que cada nó armazene uma referência a outro nó do mesmo tipo. O primeiro nó em uma lista encadeada é chamado de nó cabeça. Começando no nó principal, é possível percorrer toda a lista encadeada, visitando cada nó exatamente uma vez. A cabeça é uma variável do tipo No1 que contém uma referência para o primeiro nó na lista encadeada isto é, uma referência para o nó principal. A função da variável cabeça é permitir que o código verifique o primeiro nó ou cabeça. Quadro 1 Definição da classe No1 1 package listaencadeada; 2 public class No1 { 3 private String item; 4 private int cont; 5 private No1 link;//um nó contém uma referência para outro nó. 6 public No1(){ 7 link = null; 8 item = null; 9 cont = 0; 10 } 11 public No1(String novoitem, int novocont, No1 valorlink){ 12 setdado(novoitem, novocont); 13 link = valorlink; 14 } 15 public void setdado(string novoitem, int novocont){ 16 item = novoitem;

7 4 17 cont = novocont; 18 } 19 public void setlink(no1 novolink){ 20 link = novolink; 21 } 22 public String getitem(){ 23 return item; 24 } 25 public int getcont(){ 26 return cont; 27 } 28 public No1 getlink(){ 29 return link; 30 } 31 } Classe Lista Encadeada Em Java, uma lista encadeada é um objeto. O Quadro 2 contém uma definição de uma classe de lista encadeada. Um objeto de lista encadeada não contém diretamente todos os nós da lista encadeada. Contém apenas a variável de instância head que faz uma referência ao primeiro nó. Cada nó pode ser alcançado a partir deste primeiro nó. A variável de instância link do primeiro e cada No1 da lista encadeada contém uma referência ao No1 seguinte na lista encadeada. Assim, as setas representadas na Figura 1 são compreendidas como referências em Java. Cada objeto do nó de uma lista encadeada contém (na sua variável de instância link) uma referência a outro objeto da classe No1, e este outro objeto contém uma referência a outro objeto da classe No1, e assim por diante até ao fim da lista encadeada.

8 5 Quadro 2 Definição da classe de lista encadeada 1 package listaencadeada; 2 public class ListaEncadeada1 { 3 private No1 head; 4 public ListaEncadeada1(){ 5 head = null; 6 } 7 /* 8 * Adiciona um nó no início da lista, com os dados especificados. 9 * O nó adicionado será o primeiro nó na lista. 10 */ 11 public void addinicio (String nomeitem, int contitem){ 12 head = new No1(nomeItem, contitem, head); 13 } 14 /* 15 * Remove o nó principal e retorna true se a lista contém pelo menos um nó. 16 * Retorna false se a lista está vazia. 17 */ 18 public boolean excluinohead(){ 19 if (head!= null){ 20 head = head.getlink(); 21 return true; 22 } 23 Else 24 return false; 25 } 26 public int tamanho(){ 27 int cont = 0; 28 No1 posicao = head; 29 while (posicao!= null){//o último nó é indicado pelo valor nulo. 30 cont++; 31 posicao = posicao.getlink();

9 6 32 } 33 return cont; 34 } 35 public boolean contem(string item){ 36 return (procura(item)!= null); 37 } 38 /* 39 * Localiza o primeiro nó que contém o item de destino, 40 * e retorna uma referência a esse nó. 41 * Se o alvo não estiver na lista, retorna nulo. 42 */ 43 private No1 procura(string alvo){ 44 No1 posicao = head; 45 String posicaoitem; 46 while (posicao!= null){ 47 posicaoitem = posicao.getitem(); 48 if (posicaoitem.equals(alvo)) 49 return posicao; 50 posicao = posicao.getlink(); 51 } 52 return null;//alvo não encontrado 53 } 54 public void imprimelista(){ 55 No1 posicao = head; 56 while (posicao!= null){ 57 System.out.println(posicao.getItem()+" " 58 + posicao.getcont()); 59 posicao = posicao.getlink(); 60 } 61 } 62 }

10 Demonstração da Classe de Lista Encadeada O Quadro 3 contém um programa simples que demonstra como alguns dos métodos na classe ListaEncadeada1 se comportam. Quadro 3 Demonstração de uma lista encadeada 1 package listaencadeada; 2 public class ListaEncadeadaDemo { 3 public static void main(string[] args) { 4 ListaEncadeada1 lista = new ListaEncadeada1(); 5 lista.addinicio("maçã", 1); 6 lista.addinicio("bananas", 2); 7 lista.addinicio("melão", 3); 8 System.out.println("A lista tem "+lista.tamanho() 9 +" nós"); 10 lista.imprimelista(); 11 if (lista.contem("melão")) 12 System.out.println("Melão está na lista."); 13 else 14 System.out.println("Melão não está na lista."); 15 lista.excluinohead(); 16 if (lista.contem("melão")) 17 System.out.println("Melão está na lista"); 18 else 19 System.out.println("Melão não está na lista"); 20 while (lista.excluinohead()); 21 System.out.println("Início da lista: "); 22 lista.imprimelista(); 23 System.out.println("Fim da lista."); 24 } 25 }

11 Classe Nó Interna É possível fazer uma lista encadeada, ou qualquer outra estrutura de dados semelhante, autossuficiente, tornando a classe nó uma classe interna. Fazendo, assim, a classe ListaEncadeada mais autônoma. O Quadro 4 apresenta a classe ListaEncadeada2 com um classe No interna. Quadro 4 Lista encadeada com uma classe No interna. public class ListaEncadeada2 { private class No {//início da classe No interna private String item; private No link; public No(){ link = null; item = null; } public No(String novoitem, No valorlink){ item = novoitem; link = valorlink; } }//fim da classe No interna private No head; public ListaEncadeada2(){ head = null; } Classe Genérica de Lista Encadeada O Quadro 5 mostra uma lista encadeada genérica com um parâmetro do tipo T para o tipo de dados armazenados em um nó. Esta lista genérica ligada tem os mesmos métodos, codificados basicamente da mesma forma, como a lista

12 9 encadeada do Quadro 4, mas foi utilizado um parâmetro de tipo para o tipo de dados dos nós. Quadro 5 Lista encadeada genérica 1 package listaencadeada; 2 public class ListaEncadeadaGenerica<T> { 3. private class No<T>{//classe No<T> interna 4 private T dado; 5 private No<T> link; 6 public No(){ 7 dado = null; 8 link = null; 9 } 10 public No(T novodado, No<T> valorlink){ 11 dado = novodado; 12 link = valorlink; 13 } 14 }//fim da classe No<T> interna 15 private No<T> head; 16 public ListaEncadeadaGenerica(){//construtor 17 head = null; 18 } 19 /* 20 * Adiciona um nó no início da lista, com os dados especificados. 21 * O nó adicionado será o primeiro nó na lista. 22 */ 23 public void addinicio(t itemdado){ 24 head = new No<T> (itemdado, head); 25 } 26 /* 27 * Remove o nó principal 28 * e retorna true se a lista contém pelo menos um nó. 29 * Retorna false se a lista está vazia. 30 */

13 10 31 public boolean excluino(){ 32 if (head!= null){ 33 head = head.link; 34 return true; 35 } 36 else 37 return false; 38 } 39 //Retorna o número de nós na lista. 40 public int tamanho(){ 41 int cont = 0; 42 No<T> posicao = head; 43 while (posicao!= null){ 44 cont++; 45 posicao = posicao.link; 46 } 47 return cont; 48 } 49 public boolean contem(t item){ 50 return (procura(item)!= null); 51 } 52 /* 53 * Localiza o primeiro nó que contém o item de destino, 54 * e retorna uma referência a esse nó. 55 * Se o alvo não estiver na lista, retorna nulo. 56 */ 57 private No procura(t alvo){ 58 No<T> posicao = head; 59 T posicaoitem; 60 while (posicao!= null){ 61 posicaoitem = posicao.dado; 62 //o tipo T deve ter um método equal bem definido para esse método funcionar.

14 11 63 if (posicaoitem.equals(alvo)) 64 return posicao; 65 posicao = posicao.link; 66 } 67 return null;//alvo não encontrado. 68 } 69 /* 70 * Localiza o primeiro nó que contém o alvo 71 * e retorna uma referência para os dados em que o nó. 72 * Se o alvo não estiver na lista, nulo é retornado. 73 */ 74 private T encontradado(t alvo){ 75 No<T> resultado = procura(alvo); 76 if (resultado == null) 77 return null; 78 Else 79 return resultado.dado; 80 } 81 public void imprimelista(){ 82 No<T> posicao = head; 83 while (posicao!= null){ 84 System.out.println(posicao.dado); 85 posicao = posicao.link; 86 } 87 } 88 public boolean vazio(){ 89 return (head == null); 90 } 91 public void limpa(){ 92 head = null; 93 } 94 /* 95 * Para duas listas serem iguais devem conter

15 12 96 * os mesmos itens de dados na mesma ordem. 97 * De igual modo T é usado para comparar itens de dados. 98 */ 99 public boolean igual(object outroobjeto){ 100 if (outroobjeto == null) 101 return false; 102 else if (getclass()!= outroobjeto.getclass()) 103 return false; 104 else { 105 ListaEncadeadaGenerica<T> outralista = 106 (ListaEncadeadaGenerica<T>) outroobjeto; 107 if (tamanho()!= outralista.tamanho()) 108 return false; 109 No<T> posicao = head; 110 No<T> outraposicao = outralista.head; 111 while (posicao!= null){ 112 if (! (posicao.dado.equals (outraposicao.dado)) ) 113 return false; 114 posicao = posicao.link; 115 outraposicao = outraposicao.link; 116 } 117 return true; 118 } 119 } 120 } A lista encadeada apresentada no Quadro 2 não tem um método igual, para manter os exemplos simples e não prejudicar a mensagem principal. No entanto, uma classe de lista encadeada normalmente deve ter um método igual. Existe mais que uma abordagem para a definição de um método igual para uma lista encadeada. Os mais óbvios são:

16 13 1. Duas listas encadeadas são iguais se contêm as mesmas entradas de dados (possivelmente em ordem diferente). 2. Duas listas encadeadas são iguais se contiverem as mesmas entradas de dados na mesma ordem, isto é, os dados do primeiro nó do objeto de chamada forem iguais ao de dados no primeiro nó da outra lista encadeada, os dados nos dois nós segundo são iguais, e assim por diante Classe Entrada para Dados de uma Lista Encadeada Genérica O programa de demonstração exibido no Quadro 7 usa a entrada da classe, definida no Quadro 6, como o tipo conectado para o parâmetro de tipo T. Quadro 6 Definição da classe de entrada 1 package listaencadeada; 2 public class Entrada { 3 private String item; 4 private int cont; 5 public Entrada(String itemdado, int contdado){ 6 item = itemdado; 7 cont = contdado; 8 } 9 public String tostring(){ 10 return (item + " "+ cont); 11 } 12 public boolean igual(object outroobjeto){ 13 if (outroobjeto == null) 14 return false; 15 else if (getclass()!= outroobjeto.getclass()) 16 return false; 17 else{ 18 Entrada outraentrada = (Entrada)outroObjeto; 19 return (item.equals(outraentrada.item)

17 14 20 && (cont == outraentrada.cont)); 21 } 22 } 23 } Quando da definição da classe ListaEncadeadaGenerica<T> no Quadro 5, o tipo de um nó é o No<T>, não é No. Se <T> for omitido, sua aplicação pode ou não receber uma mensagem de erro do compilador, dependendo de outros detalhes do código. O problema é que No realmente significa algo semelhante a um nó com dados tipo objeto, em vez de tipo de dados T. Se o compilador exibir uma mensagem de erro desconcertante, procure um <T> desaparecido. Às vezes, uma mensagem de aviso do compilador pode ser útil ao se cometer esse erro. Ao receber um aviso de que menciona uma conversão tipo de No a No<T>, procure uma <T> omitido Demonstração de uma Lista Encadeada Genérica A Quadro 7 demonstra o programa para uma lista encadeada genérica. Quadro 7 Aplicação usando lista encadeada genérica 1 package listaencadeada; 2 3 public class ListaEndadeadaGenericaDemo { 4 public static void main(string[] args) { 5 ListaEncadeadaGenerica<Entrada> lista = new ListaEncadeadaGenerica<Entrada>(); 6 Entrada entrada1 = new Entrada("Maçã", 1); 7 lista.addinicio(entrada1); 8 Entrada entrada2 = new Entrada("Banana", 2); 9 lista.addinicio(entrada2); 10 Entrada entrada3 = new Entrada("Melão", 3); 11 lista.addinicio(entrada3);

18 15 12 System.out.println("A lista tem "+lista.tamanho() 13 + " nós"); 14 lista.imprimelista(); 15 System.out.println("Fim da lista"); 16 } 17 } 10.2 EXERCÍCIOS 1. Qual a saída é produzida pelo seguinte código? ListaEncadeada1 lista = new ListaEncadeada1(); lista.addinicio( Torta de maçã, 1); lista.addinicio( Cachoro quente, 12); lista.addinicio( mostarda, 1); lista.imprimelista(); 2. Defina um método chamado Vazio a classe ListaEncadeada1 (Quadro 2), que retorna true se a lista estiver vazia e false se a lista tem pelo menos um nó nela. 3. Defina um método chamado Limpa a classe ListaEncadeada1 (Quadro2). O método não tem parâmetros e esvazia a lista. 4. Desenvolva um aplicativo chamado SimplesLivroApp que armazene números distintos de ISBN (por exemplo, integer) de alguns livros usando um lista encadeada e faça um método para exibi-los em ordem crescente. 5. Defina uma classe chamada Livro que armazene atributos como o título, número de ISBN, autor, edição, editora e ano de publicação. Forneça os métodos get e set nessa classe, para acessar esses atributos. Defina uma classe chamada LivroApp, que contém o método main. Nesta classe criar um livro alguns objetos com nomes distintos e armazene-os em uma lista encadeada. Desenvolva os seguintes métodos: Procurar por título Procurar por autor Procurar por editora

19 16 Cria uma classe Livro que Ordene por ordem crescente do ano de publicação (use um método de comparação dos dois objetos que retorne um valor booleano depois de comparar o ano de publicação dos dois objetos de livros). 6. Defina uma classe chamada Conta que contenha os atributos número da conta, nome do titular da conta, número de identificação do titular da conta, e ano de abertura de conta. Fornecer os métodos get e set desta classe para acessar os atributos. Defina uma classe chamada ContaApp, que contém o método main. Esta classe deve criar uma conta de alguns objetos com números de contas distintos e armazená-los em uma lista encadeada. O programa deve, então, pedir o número da conta como a entrada do console e exibir as informações de conta referente ao número de conta. 7. Defina uma classe chamada Aluno com três atributos, a saber, nome, curso e ano. Defina uma classe chamada EstudanteApp, que contém um método main. Crie objetos vários Estudantes com nomes diferentes, cursos, e ano (por exemplo, 2006, 2007). Adicione-os em uma lista encadeada. Crie métodos para: Exibir quantos alunos estão matriculados por determinado curso. Exibir quantos alunos se matricularam em determinado curso em um ano específico. 8. Dada uma lista, L, e outra lista, P, contendo inteiros classificados em ordem crescente. A operação printlots(l, P) vai imprimir os elementos em L que se encontram em posições especificadas pelo P. Por exemplo, se P = 1, 3, 4, 6, os elementos nas posições 1, 3, 4, e 6, em L são impressos. Escreva os método printlots(l, P). 9. (CVM 2010) Assinale a opção correta. a) Um nodo indicador de janelas armazena um valor especial chamado high window (HW). b) Um nodo prioritário é um nodo extra mantido sempre na posição mais acessada de uma lista encadeada. c) Um nodo cabeça é um nodo extra mantido sempre na primeira posição de uma lista encadeada. d) Um nodo sentinela autoriza o acesso a valores elevados chamados top values (TV). e) Um nodo cabeça armazena um valor especial chamado strong head (SH).

20 (PJ-PI 2009) Uma lista ligada é uma estrutura que corresponde a uma sequência lógica de entradas ou nós. Cada nó armazena a localização do próximo elemento na sequência, ou seja, de seu nó sucessor. Nessa estrutura, a) para estabelecer a ligação entre um nó já pertencente a uma lista e um novo nó, basta fazer com que o novo nó referencie no, camponext, o nó que anteriormente era referenciado pelo nó original, desde que esse campo não tenha o valor nulo. b) a existência de um ponteiro apontando para o 1º elemento e outro para o fim da lista permite que a inserção ou deleção de dados de um nó que esteja no meio da lista seja rapidamente executada. c) enquanto a entrada que determina o topo da lista é mantida em um nó descritor dessa lista, a entrada que marca o fim da lista é mantida fora do descritor. d) o armazenamento de uma lista requer uma área contígua de memória para permitir a otimização no processamento de criação e remoção de nós da lista. e) o armazenamento de uma lista não requer uma área contígua de memória. Como listas são estruturas dinâmicas, normalmente são definidos procedimentos que permitem criar e remover nós na memória. 11. Julgue se a afirmação abaixo é verdadeira ou falsa: ( ) A principal característica de uma lista encadeada é o fato de o último elemento da lista apontar para o elemento imediatamente anterior. 12. Desenvolva o projeto a seguir usando uma GUI. Considere-se um projetista que precisa desenvolver um sistema para automação da secretaria acadêmica de uma escola, com as seguintes necessidades. Cadastre em uma lista os nomes dos alunos, o curso atual, e quatro notas. O usuário do sistema pode querer saber: o Quantos alunos estão matriculados na escola. o Quantos alunos estão matriculados por curso. o A situação dos alunos por curso, se aprovados ou reprovados REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

21 18 DEITEL, Paul; DEITEL, Harvey. Java for Programmers. 2nd Ed. Boston: Pearson Education, Inc., 2012 SAVITCH, Walter. Absolute Java, 5ª ed. New Jersey: Pearson Education, WEISS, Mark A. Data Structures and Algorithm Analysis in Java, 3rd Ed. USA: Pearson2012