Busca em Memória Primária Estrutura de Dados II

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1 Centro de Ciências Exatas, Naturais e de Saúde Departamento de Computação Busca em Memória Primária Estrutura de Dados II COM10078 Estrutura de Dados II Prof. Marcelo Otone Aguiar marcelo.aguiar@ufes.br

2 - Busca em memória primária Busca sequencial; Busca binária; 2 Conteúdo Programático da Disciplina C.H. Prevista 4 horas

3 Conceitos Gerais O objetivo da pesquisa é recuperar informação a partir de uma grande massa de informação previamente armazenada. A informação é dividida em registros. Cada registro possui uma chave para ser usada na pesquisa. O objetivo é encontrar uma ou mais ocorrências de registros com chaves iguais à 3 chave de pesquisa.

4 Conceitos Gerais Neste caso a pesquisa teve sucesso. Um conjunto de registros é chamado de tabela ou arquivo. Existe uma variedade enorme de métodos de pesquisa. A escolha do método de pesquisa mais adequado a determinada aplicação depende principalmente: da quantidade de dados envolvidos; de o arquivo estar sujeito a inserções e retiradas frequentes, ou de o conteúdo do arquivo ser praticamente estável. 4

5 5 BUSCA SEQUENCIAL

6 Busca Sequencial Este é o método mais simples de pesquisa. Funciona da seguinte forma: 6 A partir do primeiro registro, pesquise sequencialmente até encontrar a chave procurada, então pare. A busca sequencial é útil em arquivos de dados desordenados. Em dados ordenados outros métodos podem ser aplicados com maior eficiência. A busca sequencial pode ser implementada de duas formas: Retornar o próprio elemento encontrado; Retornar o índice do elemento.

7 Busca Sequencial O desempenho desta pesquisa é bastante modesto, já que o número médio de comparações para a localização de uma entrada arbitrária é dado por: 7 N c = Início do Processo n+1 2 Comparaçã o Sucesso Próximo Elemento Sim Não Fim do arquivo? Erro

8 Pseudo-código Input: A variável que contém o vetor (V) e chave (K) Output: -1 se não encontrou o elemento ou o próprio elemento inicio fim 8 para i<-0 até n-1 faça fimpara se elemento = K então fimse retorna -1 retorna elemento

9 Desafio Com o conhecimento que você possui da linguagem C e do funcionamento da busca 9 sequencial, implemente um algoritmo em C para este tipo de pesquisa.

10 Entradas mais solicitadas É comum o fato de algumas entradas serem mais solicitadas do que outras. Desta forma, se a tabela contiver nas suas primeiras posições as entradas mais solicitadas, o número médio de comparações será menor que se a lista estivesse distribuída aleatoriamente. 10 Entrada Frequência A 0,5 B 0,3 C 0,15 D 0,05 E 0,03

11 Entradas mais solicitadas O número médio de comparações para a localização de uma entrada, considerando que elas aparecem na seqüência dada, será dado por: N c = 1*0,5 + 2*0,3 + 3*0,15 + 4*0,05 + 5*0,03 = 1,9 comparações. Caso as entradas estivessem distribuídas aleatoriamente, o número médio de comparações seria dado por: N c = = = 3 11 n

12 Entradas mais solicitadas Como não é possível conhecer antecipadamente a distribuição das entradas e suas frequências de acesso, durante o processo de pesquisa é possível mover as entradas mais solicitadas para o início da tabela. Uma estratégia consiste em mover a entrada para o início da tabela cada vez que ela for 12 solicitada.

13 Pseudo-código Input: A variável que contém o vetor (V) e chave (K) Output: -1 se não encontrou o elemento ou o próprio elemento inicio fim 13 para i<-0 até n-1 faça fimpara se elemento = K então fimse retorna -1 empurrar os elementos de V em direção ao final de V mover o elemento para o início de V retorna elemento

14 14 BUSCA BINÁRIA

15 Busca Binária Se o dado a ser encontrado se apresentar de forma ordenada, pode ser utilizado um método muito superior para encontrar o elemento procurado. Esse método é a busca binária que utiliza a abordagem dividir e conquistar. Ele primeiro verifica o elemento central, se esse elemento é maior que a chave, ele testa o elemento central da primeira metade; caso contrário, ele testa o elemento central da segunda metade. Esse procedimento é repetido até que o elemento seja encontrado ou que não haja mais elementos a testar. 15

16 Busca Binária Por exemplo, para encontrar o número 4 na matriz , uma pesquisa binária primeiro testa o elemento médio, nesse caso 5. Visto que é maior que 4, a pesquisa continua com a primeira metade ou O elemento central agora é 3, que é menor que 4, então a primeira metade é descartada. A pesquisa continua com 4 5. Nesse momento o elemento é encontrado. 16

17 Busca Binária O desempenho deste algoritmo é dado pela expressão log 2 n sendo o n o número de elementos da tabela. Entretanto, o custo para manter a tabela ordenada é alto. Cada inserção na posição p da tabela implica o deslocamento dos registros a partir da posição p para as posições seguintes. Consequentemente, a pesquisa binária não deve ser usada em aplicações muito dinâmicas. 17

18 Busca Binária Exemplo: busca pelo elemento 34 Passo 01 Passo 02 Passo 03 Passo itens Menor metade maior Menor metade maior Menor 34 maior 10 5

19 Pseudo-código Input: A variável que contém o vetor (V) e chave (K) Output: -1 se não encontrou o elemento ou o próprio elemento inicio fim 19 esquerda <- 1 direita <- quantidade de elementos de V enquanto esquerda <= direita faça meio <- (esquerda + direita) / 2 se K < V[meio] então direita <- meio - 1 senão se K > V[meio] então senão fimse fimenquanto retorna -1 esquerda <- meio + 1 retorna elemento em V[meio]

20 Desafio Com o conhecimento que você possui da linguagem C e do funcionamento da busca 20 binária, implemente um algoritmo em C para este tipo de pesquisa.

21 21 BUSCA BINÁRIA RECURSIVA

22 Pseudo-código Input: A variável que contém o vetor (V) e chave (K) o inicio e o fim Output: -1 se não encontrou o elemento ou o próprio elemento inicio fim 22 meio <- (inicio + fim) / 2 se inicio > fim então retorna - 1 senão se V[meio] = K então retorna meio senão se V[meio] > K então retorna PesquisaBinariaRec(V, K, inicio, meio 1) senão retorna PesquisaBinariaRec(V, K, meio + 1, fim) fimse

23 Desafio Com o conhecimento que você possui da linguagem C e do funcionamento da busca 23 binária, implemente um algoritmo em C que realize a busca binária de forma recursiva.

24 - Busca em cadeia de caracteres Força bruta; Algoritmo de Knuth-Morris-Pratt; Algoritmo de Boyer-Moore; Árvore Trie; Árvore PATRICIA; 24 Próximo Conteúdo C.H. Prevista 14 horas