Динамические списки

План
Лекция 20
План
Динамические списки
Динамические структуры данных
Списки: состав функций
Создание, добавление, поиск, удаление узлов
Решение задач с использованием списков

Динамические списки
Динамические структуры данных
Списки: состав функций
Создание, добавление, поиск, удаление узлов
Решение задач с использованием списков

Организация курса
Динамические структуры данных
Строение: набор узлов, объединенных с помощью ссылок.
Как устроен узел:
Типы структур:
списки
деревья
графы
односвязный
двунаправленный (двусвязный)
циклические списки (кольца)

Организация курса
Когда нужны списки?
Задача (алфавитно-частотный словарь). В файле записан текст. Нужно записать в другой файл в столбик все слова, встречающиеся в тексте, в алфавитном порядке, и количество повторений для каждого слова.
Проблемы:
количество слов заранее неизвестно (статический массив);
количество слов определяется только в конце работы (динамический массив).
Решение – список.
Алгоритм:
создать список;
если слова в файле закончились, то стоп.
прочитать слово и искать его в списке;
если слово найдено – увеличить счетчик повторений,
иначе добавить слово в список;
перейти к шагу 2.

Организация курса
Что такое список:
пустая структура – это список;
список – это начальный узел (голова)
и связанный с ним список.
Списки: новые типы данных
Структура узла:
struct Node {
char word[40]; // слово
int count; // счетчик повторений
Node *next; // ссылка на следующий элемент
};
typedef Node *PNode;
Указатель на эту структуру:
Адрес начала списка:
PNode Head = NULL;

Организация курса
Что нужно уметь делать со списком?
Создать новый узел.
Добавить узел:
в начало списка;
в конец списка;
после заданного узла;
до заданного узла.
Искать нужный узел в списке.
Удалить узел.

Организация курса
Создание узла
PNode CreateNode ( char NewWord[] )
{
PNode NewNode = new Node;
strcpy(NewNode->word, NewWord);
NewNode->count = 1;
NewNode->next = NULL;
return NewNode;
}
Функция CreateNode (создать узел):
вход: новое слово, прочитанное из файла;
выход: адрес нового узла, созданного в памяти.
возвращает адрес созданного узла
новое слово

Организация курса
Добавление узла в начало списка
1) Установить ссылку нового узла на голову списка:
NewNode->next = Head;
2) Установить новый узел как голову списка:
Head = NewNode;
void AddFirst (PNode * Head, PNode NewNode)
{
NewNode->next = *Head;
*Head = NewNode;
}
адрес головы меняется
*

Организация курса
Добавление узла после заданного
1) Установить ссылку нового узла на узел, следующий за p:
NewNode->next = p->next;
2) Установить ссылку узла p на новый узел:
p->next = NewNode;
void AddAfter (PNode p, PNode NewNode)
{
NewNode->next = p->next;
p->next = NewNode;
}

Организация курса
Задача:
сделать что-нибудь хорошее с каждым элементом списка.
Алгоритм:
установить вспомогательный указатель q на голову списка;
если указатель q равен NULL (дошли до конца списка), то стоп;
выполнить действие над узлом с адресом q ;
перейти к следующему узлу, q->next.
Проход по списку
...
PNode q = Head; // начали с головы
while ( q != NULL ) { // пока не дошли до конца
... // делаем что-то хорошее с q
q = q->next; // переходим к следующему узлу
}
...

Организация курса
Добавление узла в конец списка
Задача: добавить новый узел в конец списка.
Алгоритм:
найти последний узел q, такой что q->next равен NULL;
добавить узел после узла с адресом q (процедура AddAfter).
Особый случай: добавление в пустой список.
void AddLast ( PNode *Head, PNode NewNode )
{
PNode q = *Head;
if ( *Head == NULL ) {
AddFirst( Head, NewNode );
return;
}
while ( q->next ) q = q->next;
AddAfter ( q, NewNode );
}
особый случай – добавление в пустой список
ищем последний узел
добавить узел после узла q

Организация курса
Проблема: нужно знать адрес предыдущего узла, а идти назад нельзя!
Решение: найти предыдущий узел q (проход с начала списка).
Добавление узла перед заданным
void AddBefore ( PNode * Head, PNode p, PNode NewNode )
{
PNode q = *Head;
if ( *Head == p ) {
AddFirst ( Head, NewNode );
return;
}
while ( q && q->next != p ) q = q->next;
if ( q ) AddAfter(q, NewNode);
}
особый случай – добавление в начало списка
ищем узел, следующий за которым – узел p
добавить узел после узла q

Организация курса
Добавление узла перед заданным (II)
Задача: вставить узел перед заданным без поиска предыдущего.
Алгоритм:
поменять местами данные нового узла и узла p;
установить ссылку узла p на NewNode.
void AddBefore2 ( PNode p, PNode NewNode )
{
Node temp;
temp = *p; *p = *NewNode;
*NewNode = temp;
p->next = NewNode;
}

Организация курса
Поиск слова в списке
Задача:
найти в списке заданное слово или определить, что его нет.
Функция Find:
вход: слово (символьная строка);
выход: адрес узла, содержащего это слово или NULL.
Алгоритм: проход по списку.
PNode Find ( PNode Head, char NewWord[] )
{
PNode q = Head;
while (q && strcmp(q->word, NewWord))
q = q->next;
return q;
}
ищем это слово
результат – адрес узла
while ( q && strcmp ( q->word, NewWord) )
q = q->next;
пока не дошли до конца списка и слово не равно заданному

Организация курса
Куда вставить новое слово?
Задача:
найти узел, перед которым нужно вставить, заданное слово, так чтобы в списке сохранился алфавитный порядок слов.
Функция FindPlace:
вход: слово (символьная строка);
выход: адрес узла, перед которым нужно вставить это слово или
NULL, если слово нужно вставить в конец списка.
PNode FindPlace ( PNode Head, char NewWord[] )
{
PNode q = Head;
while ( q && strcmp(NewWord, q->word) > 0 )
q = q->next;
return q;
}
> 0
слово NewWord стоит по алфавиту до q->word

Организация курса
Удаление узла
void DeleteNode ( Pnode *Head, PNode p )
{
PNode q = *Head;
if ( *Head == p )
*Head = p->next;
else {
while ( q && q->next != p )
q = q->next;
if ( q == NULL ) return;
q->next = p->next;
}
delete p;
}
Проблема: нужно знать адрес предыдущего узла q.
особый случай: удаляем первый узел
ищем предыдущий узел, такой что
q->next == p
освобождение памяти

Организация курса
Алфавитно-частотный словарь
Алгоритм:
открыть файл на чтение;
прочитать слово:
если файл закончился (n!=1), то перейти к шагу 7;
если слово найдено, увеличить счетчик (поле count);
если слова нет в списке, то
создать новый узел, заполнить поля (CreateNode);
найти узел, перед которым нужно вставить слово (FindPlace);
добавить узел (AddBefore);
перейти к шагу 2;
вывести список слов, используя проход по списку.
char word[80];
...
n = fscanf ( in, "%s", word );
FILE *in;
in = fopen ( "input.dat", "r" );
read, чтение
вводится только одно слово (до пробела)!

Организация курса
Двусвязные списки
Структура узла:
struct Node {
char word[40]; // слово
int count; // счетчик повторений
Node *next; // ссылка на следующий элемент
Node *prev; // ссылка на предыдущий элемент
};
typedef Node *PNode;
Указатель на эту структуру:
Адреса «головы» и «хвоста»:
PNode Head = NULL;
PNode Tail = NULL;