Estruturas de Dados Filas

Transcrição

1 Estruturas de Dados Filas

2 Roteiro Introdução Definição de Fila (Queue) Aplicações Operações sobre Fila Implementação de Fila Com vetores Com listas encadeadas Exercícios

3 Introdução Estamos acostumados com filas no nosso dia a dia, no mercado, banco entre outros. As filas determinam uma ordem de atendimento. Atendimento é realizado conforme posição na fila. Quando o primeiro é chamado para ser atendido a fila "anda", ou seja, o segundo passa a ser o primeiro, o terceiro passa a ser o segundo e assim por diante. Normalmente, para entrar em uma fila, a pessoa deve se colocar na última posição (no fim da fila) - quem chega primeiro tem prioridade. 3

4 Introdução Nessa aula vamos ver como desenvolver estruturas de dados do tipo Fila. As filas têm operações mais restritas do que listas. Então, podemos implementar uma fila colocando restrições nas operações de lista. Quais seriam estas restrições?? 4

5 Definição de Fila (Queue) São estruturas de dados do tipo FIFO (First-in first-out): o primeiro elemento a ser inserido, será o primeiro elemento a ser retirado. A inserção dos elementos é dada por uma das extremidades da fila e a remoção por outra, ou seja, adiciona-se elementos no final e retira do início. 5

6 Representação de Fila (FIFO) 6

7 Aplicações Fila de arquivos para impressão; Atendimento de processos requisitados ao um sistema operacional; Buffer para gravação de dados em mídia; Processos de comunicação em redes de computadores (troca de mensagens).. Ordenação do encaminhamento de pacotes em um roteador. Controle de pousos e partidas de aeronaves. 7

8 Operações sobre Fila Todas as operações em uma fila podem ser imaginadas como as que ocorre numa fila de pessoas, exceto que o elementos não se movem na fila. Isto teria um processamento muito custoso. O que se faz na realidade é indicar quem é o primeiro. Criação da fila informar a capacidade no caso de fila por contiguidade (usando vetor); Verificar se a fila está cheia (no caso de fila por contiguidade - vetor) Enfileiramento (enqueue) consiste em inserir um valor no fim da fila. É preciso verificar previamente se a fila está cheia. Verificar se a fila está vazia Desenfileiramento (dequeue) consiste em retirar um valor do início da fila. É preciso verificarpreviamente se a fila está vazia. Mostrar a fila 8

9 Implementação de Fila A implementação de filas pode ser realizada através de: vetor (alocação do espaço de memória para os elementos é contígua); listas encadeadas. 9

10 Implementação de Fila com vetor Para isso devemos fixar o número máximo N de elementos na fila. O processo de inserção e remoção em extremidades opostas fará com que a fila "ande" no vetor. Exemplo: se inserirmos os elementos 10, 20, 30 e depois retirarmos um elemento, a fila não estará mais nas posições iniciais do vetor. 10

11 Implementação de Fila com vetor 11

12 Implementação de Fila com vetor Observamos que em dado instante, a parte ocupada do vetor pode chegar à última posição. Para evitar problemas de não ser capaz de inserir mais elementos na fila, mesmo ela não estando cheia, pode-se incrementar as posições do vetor de forma "circular": se o último elemento ocupa a última posição do vetor, inserimos os novos elementos a partir do início do vetor. Na implementação este ajuste acontece da seguinte forma: ultimo = (primeiro + qt) %tamanho 12

13 Estrutura Fila A estrutura do tipo Fila contém três componentes: Um vetor vet de tamanho N Um índice ini para o início da fila Um índice n para indicar a quantidade de elementos que estão na fila. Onde, ini marca a posição do próximo elemento a ser retirado da fila; 13

14 Estrutura Fila A estrutura da Fila pode ser dada por: #define N 10 typedef struct{ int ini, n; int vet[n]; } Fila; 14

15 A função de criação da Fila Aloca dinamicamente um vetor Inicializa a fila como sendo vazia (número de elementos =0) Fila * cria (void){ Fila *f = (Fila*) malloc (sizeof(fila)); f->n = 0; /*inicializa fila como vazia*/ f->ini = 0; /*escolhe uma posição inicial*/ return f; } 15

16 A função de inserção na Fila Insere um elemento no final da fila Usa a próxima posição livre do vetor, se houver void insere(fila *f, int v){ int fim; /*indica posição que será inserido*/ if (f->n!= N){ /*insere elemento na posição livre*/ fim = (f->ini + f->n)%n; f->vet[fim] = v; f->n++; }else{ printf("fila Cheia!"); exit (1); } } 16

17 A função de remoção da Fila Retira o elemento do início da fila, retornando o seu valor Verifica se a fila está ou não vazia int retira (Fila *f){ int v; if(f->n!= 0){/*fila não está vazia*/ v = f->vet[f->ini]; f->n--; f->ini = (f->ini + 1)%N; return v; }else{ printf("fila Vazia!"); exit(1); } 17

18 A função de impressão da Fila void imprime (Fila *f){ int i; for(i=0; i<f->n; i++){ printf("%d", f->vet[f->ini + i]%n); } } 18

19 Implementação de Fila com vetor - Exemplo main(){ Fila *f = cria(); insere (f, 10); insere (f, 20); insere (f, 30); imprime (f); printf("primeiro elemento: %d\n", retira(f)); printf("segundo elemento: %d\n", retira(f)); imprime(f); } 19

20 Implementação de Fila com lista simplesmente encadeada Os elementos da Fila são armazenados em uma lista. Utiliza dois ponteiros ini aponta para o primeiro elemento da fila fim aponta para o último elemento da fila 20

21 A estrutura da Fila A fila é representada por um ponteiro para o primeiro nó da lista. /*nó da lista para armazear valores reais*/ struct lista{ int info; struct lista *prox; }; typedef struct lista Lista; /*estrutura da fila*/ struct fila{ Lista *ini; Lista *fim; }; typedef struct fila Fila; 21

22 A função de criação da Fila Aloca a estrutura da fila Fila *f cria(){ Fila *f = (Fila*) malloc(sizeof(fila)); f->ini = f->fim = NULL; return f; } 22

23 A função de inserção na Fila Insere novo elemento no final da lista void insere (Fila *f, int v){ Lista *novo = (Lista*)malloc(sizeof(Lista)); novo->info = v; novo->prox = NULL; if(f->fim ==NULL && f->ini == NULL){ f->ini = novo; f->fim = novo; }else{ f->fim->prox = novo; f->fim=novo; } 23

24 A função de remoção da Fila Retira um elemento do início da lista. int retira(fila *f){ Lista *t; int v; if(f->fim == NULL && f->ini == NULL){ printf("fila vazia!"); exit(1); } t = f->ini; v = t->info; f->ini = t->prox; if(f->ini == NULL) f->fim = NULL; free(t); return v; } 24

25 A função de liberação da Fila Caso esteja sendo realizada a implementação com vetores, deve ser liberado o vetor ao final do programa. Caso esteja utilizando a implementação com listas encadeadas, a lista deve ser liberada ao final do programa. 25

26 Exercícios Questão 1: Considere a estrutura de dados fila, do tipo FIFO. Entidades são inseridas nessa estrutura com a operação push( ) e removidas com a operação pop( ). A opção a seguir que mostra o conteúdo ordenado da fila após a seqüência de operações: push(8), push(7), push(5), push(2), pop( ), push(8),push(7),pop( ), push(5), push(2), pop( ), pop( ) é: (A) 8578 (B) 8758 (C) 8752 (D) 2875 (E)

27 Exercícios Questão 2: FCC MPE-RN - Analista de Tecnologia da Informação -Engenharia de Software Último dado armazenado é o primeiro a ser recuperado caracteriza a estrutura de dados do tipo: a) árvore. b) pilha. c) string. d) fila. e) boolean. 27

28 Exercícios Questão 3: FCC MPE-RS - Técnico em Informática - Área Sistemas Respeitando as ordens de inserção e de retirada dos dados, uma estrutura de: a) fila é também denominada LIFO ou LILO. b) fila é também denominada FIFO ou FILO. c) fila é também denominada FIFO ou LILO. d) pilha é também denominada FIFO ou FILO. e) pilha é também denominada LIFO ou FIFO. 28

29 Exercícios Questão 4: FCC MPE-RS - Técnico em Informática - Área Sistemas As estruturas do tipo LIFO (Last-In-First-Out) e FIFO (First-In-FirstOut) são classificadas, respectivamente, como: A) pilha e fila; B) grafo e lista; C) lista e pilha; D) pilha e grafo. E) fila e pilha; 29

30 Exercícios Questão 5: BNDS 2002 Analista de Sistemas (Desenvolvimento) Considere os processos de inserção e remoção de elementos de uma determinada estrutura de dados. Dois tipos especiais de estruturas de dados que, sob o ponto de vista da inserção e remoção de elementos,são classificadas como estruturas do tipo LIFO Last- In-First-Out efifo First-In-First-Out são, respectivamente, (A) B-Tree e lista. (B) pilha e fila. (C) lista e pilha. (D) grafo e B-Tree. (E) fila e grafo. 30

31 Exercícios Questão 6: TRE/MG Analista de Sistemas 2005 É uma lista linear em que todas as inserções de novos elementos são realizadas numa extremidade da lista e todas as remoções de elementos são feitas na outra extremidade da lista. Esta definição a) pilha que é uma estrutura de dados do tipo FILO (First In Last Out). b) fila que é uma estrutura de dados do tipo FIFO (First In First Out). c) fila circular que é uma estrutura de dados do tipo FILO (First In LastOut). d) pilha ordenada que é uma estrutura de dados do tipo FIGO (First InGoback Out). e) fila que é uma estrutura de dados do tipo LIFO (Last In First Out). 31

32 Exercícios Questão 7: As filas são estruturas com base no princípio LIFO (last in, first out), no qual os dados que foram inseridos primeiro na fila serão os últimos a serem removidos. Existem duas funções que se aplicam a todas as filas: PUSH, que insere um dado no topo da fila, e POP, que remove o item no topo da fila. Certo ou Errado? 32

33 Exercícios Questão 8: Insira os dados de entrada numa fila. Em seguida retire cada dado da fila e insira numa pilha. Mostre a pilha. Depois retire os dados da pilha e insira na fila. Mostre a fila. Dados de entrada: 11, 12, 23, 14, 25, 50, 8, 18, 29, 10 As estruturas mostradas ficam I. Pilha: (topo) II. Fila: (começo) (fim) III. Fila: (começo) (fim) IV. Pilha: (topo) V. A fila mostrada fica com os elementos em ordem invertida dos dados de entrada Está correto o que se afirma APENAS em A) III e IV. B) II e IV. C) I, II e III. D) I, III e V. E)I, IV e V. 33

34 Resumo Fila insere: insere novo elemento no final da fila remove: remove elemento do início da fila 34

35 Referências FARIAS, Professor Ricardo. Notas de Aula Disponível em: < Acesso em: 30 set Capítulo 12 do livro Introdução a Estrutura de Dados: CELES, Waldemar; CERQUEIRA, Renato; RANGEL, José Lucas. Introdução a Estruturas de Dados: com técnicas de programação em C. Elsevier,

36 Exercício Prático (Avaliação) Disponível no arquivo ExercícioPrático.pdf 36

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