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Tema 2 Tipos abstractos de datos. 2.2 Pila de números enteros.

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1 Tema 2 Tipos abstractos de datos. 2.2 Pila de números enteros

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3 Especificación de TADs. TAD Pila de Enteros. sólo Definición: Estructura de Datos que contiene una serie de elementos de tipo entero a los que sólo se puede acceder por un único lado. Característica: Primer elemento obtenido es el último introducido Estructura LIFO (Last input, First Output) Operaciones: apilar. desapilar. pilaVacía. inicializarPila. desapilar apilar Cima de la Pila

4 TAD Pila de Enteros: especificación (I) OperaciónEspecificación semánticaEspecificación sintáctica inicializarPilaMétodo que deja a disposición del programa un TAD pila sobre el que se podrá operar posteriormente. (Equivalente a crear o construir un objeto/instancia.). void inicializarPila () apilar *Método que entrega un elemento (x) para que quede incorporado en la cima de la pila. void apilar (int x) desapilar *Método que elimina el elemento que ocupa la cima de la pila y devuelve como resultado dicho elemento. int desapilar () pilaVaciaMétodo que al ejecutarse devuelve true si la pila está vacía (no tiene elementos), y false en caso contrario. boolean pilaVacia () cima *Método que devuelve la cima de la pila (sin alterarla). int cima () decapitar *Método que elimina el elemento de la cima de la pila. void decapitar ()

5 Especificación de TADs. TAD Pila de Enteros (II) OperaciónEspecificación semánticaEspecificación sintáctica leerPilaMétodo que se utiliza para realizar la carga inicial de elementos de la pila. void leerPila () throws NumberFormatException, IOException imprimirPilaMétodo que muestra en la pantalla el contenido de la pila. void imprimirPila () eliminarMétodo que recibe una pila (que puede tener elementos o no) y la devuelve vacía. void eliminarPila () numElemPilaMétodo que devuelve el número de elementos de la pila. int numElemPila ()

6 Excepciones (I) Excepción: circunstancia que produce que una Operación Válida sobre un TAD no pueda ser efectuada. Ejemplos: apilar: Al intentar apilar un nuevo elemento en la pila, ésta está llena. La operación apilar no debe producir ningún efecto. desapilar, cima, decapitar: Al intentar desapilar un elemento de la pila, obtener su cima o decapitarla, ésta está vacía. Estas operaciones no deben producir ningún efecto

7 Excepciones (II) Para Especificar completa y correctamente cada operación válida de un TAD se debe indicar: Especificaciones Sintácticas. Especificaciones Semánticas. Excepciones: Se indicarán como parte de las especificaciones semánticas.

8 Interfaz del TAD Pila Define los métodos de objeto utilizados en la clase TAD_PILA import java.io.*; public interface Pila { void inicializarPila (); boolean pilaVacia (); void eliminarPila (); int cima (); void apilar (int x); int desapilar (); void decapitar (); void imprimirPila (); void leerPila () throws NumberFormatException, IOException; int numElemPila (); }

9 Prueba (condiciones normales) import java.io.*; public class pruebaPila1 { public static void main (String [] args){ Pila p = new TadPila (); int x; p.inicializarPila (); p.apilar (1); p.apilar (2); p.apilar (3); p.apilar (11); p.apilar (15); x = p.desapilar(); System.out.println ("x = " + x); x = p.desapilar (); System.out.println ("x = " + x); p.eliminarPila (); }

10 Situaciones de excepción public class pruebaPila2 { public static void main (String [] args) { Pila pila1 = new TadPila (); int i, j; pila1.inicializarPila (); for (I = 1; I < 10; i++) pila1.apilar (i); j = pila1.desapilar (); for (I = 1; I < 10; i++) j = pila1.desapilar (); pila1.eliminarPila (); }

11 Algoritmos básicos con Pilas Tratamiento recursivo. Ventaja: legibilidad. Inconveniente: consumo de memoria Justificación: Adecuación de la estructura a la técnica. Restricciones del enunciado. Mecánica: desapilar – llamar – apilar. Terminaciones: Pesimista: Llegar al final. Anticipada: No llamar más.

12 Ejemplos: Imprimir los elementos de una pila - Contar los elementos de una pila static void escribirPila (Pila pila) { int elem; if (! pila.pilaVacia ()) { elem = pila.desapilar (); System.out.println (elem); escribirPila (pila); pila.apilar (elem); } static int contarPila (Pila pila) { int elem, resul; if (! pila.pilaVacia ()) { elem = pila.desapilar (); resul = 1 + contarPila (pila); pila.apilar (elem); } else resul = 0; return resul; }

13 Obtener el duplicado de una pila static void copiarPila (Pila pilaO, Pila pilaD) { int elem; if (! pilaO.pilaVacia ()) { elem = pilaO.desapilar (); copiarPila (pilaO, pilaD); pilaO.apilar (elem); pilaD.apilar (elem); } Ejercicio propuesto: duplicar invirtiendo el orden de los elementos en la pila copia.

14 Invertir el contenido de una pila Argumentos: Pila de origen y pila de destino (ambos por referencia) Fase de ida: desapilamos en pila origen y apilamos en la pila destino Fase de vuelta: apilamos en pila origen (para restablecer la pila) Fase de transición: no hacemos nada Condición de parada: pila vacía (sin terminación anticipada) Estado inicial

15 7 2 if (! pilaO.pilaVacia ()) { elem = pilaO.desapilar (); pilaD.apilar (elem); invertirPila (pilaO, pilaD); 3 5 elem = elem = elem = elem = 7 3 pilaO.apilar (elem); }

16 Sumergir un elemento Consideraciones: Fase de ida: desapilamos elemento Condición de parada: pila.pilaVacia () (sin terminación anticipada) Transición: Apilamos el dato que queremos sumergir Fase de vuelta: restablecemos la pila, apilamos el elemento

17 static void sumergir (Pila pila, int dato) { int elem; if (!pila.pilaVacia ()) { elem = pila.desapilar (); sumergir (pila, dato); pila.apilar (elem); } else pila.apilar (dato); } Sumergir un elemento

18 Invertir los elementos de una pila static void invertir (Pila pila) { int elem; if (!pila.pilaVacia ()) { elem = pila.desapilar (); invertir (pila); sumergir (pila, elem); }

19 Terminación anticipada Parar la ejecución del programa antes de alcanzar la condición de parada si se cumple determinada condición No se realizan más llamadas recursivas. Condición de parada pesimista: pilaVacia. Ejemplo: buscar un valor. Condición de parada pesimista: pilaVacia Terminación anticipada: existe dato no se realizan más llamadas recursivas Fase de ida: desapilar elem de pila y comparar con dato Si igual termino llamadas recursivas Si no llamada a funcion recursiva Fase de vuelta: apilar elem en pila

20 Quitar el elemento del fondo public static int desfondar (Pila p) { int elem, dato; if (!p.pilaVacia ()) { elem = p.desapilar (); if (! p.pilaVacia ()) { dato = desfondar (p); p.apilar (elem); } else dato = elem; } else { System.out.println ("error, la pila está vacía"); dato = -9999; } return dato; }

21 Buscar un valor static boolean esta (Pila pila, int dato) { int elem; boolean resul; if (!pila.pilaVacia ()) { elem = pila.desapilar (); if (elem == dato) resul = true; else resul = esta (pila,dato); pila.apilar (elem); } else resul = false; return resul; } Terminación anticipada Terminación pesimista

22 Varias Pilas: Mezclar dos Pilas (AND). (I). Estrategia Entrada: Dos pilas ordenadas ascendentemente (pila1 y pila2) Salida: Pila ordenada ascendentemente (pila3) con los elementos de pila1y de pila2 sin repeticiones. Argumentos: pila1, pila2, pila3: clase Pila. elem1, elem2: enteros. (No pueden ser variables locales). apilar1, apilar2: lógicos. (Elemento pendiente de apilar). Fase de ida: Variables de control: pend1 y pend2 (lógicos): La pila (1 ó 2) tiene algo pendiente de tratar. Condición de terminación: Alguna de la pilas no tiene elementos por tratar (!(pend1 && pend2) (!pend1 || !pend2). Tratamiento: desapilar según proceda (utilizar apilar1|2). Comparar elementos de pila1 y pila2. Llamada recursiva con los valores oportunos de apilar1 y apilar2. Fase de transición: apilar en pila1 o pila2 algún posible elemento pendiente. Fase de vuelta: apilar en pila1o pila2 según el valor de apilar1|2. apilar en pila3 solo cuando se corresponda con una instancia de la fase de ida en la que elem1 = elem2

23 Varias Pilas: Mezclar dos Pilas (AND). (II). Argumentos apilar1 y apilar2 Según lo que haya ocurrido en la instancia anterior: pendiente de apilar en pila1 ó en pila2 Se inicializan en la llamada externa al programa, ambas a false. pend1 y pend2: quedan elementos por tratar en pila1|2 si no están vacías (!pila1|2.pilaVacia ())o que dan elementos por tratar (apilar1|apilar2) pend1 = (!pila1.pilaVacia () || apilar1) pend1|2 = (!pila2.pilaVacia () || apilar2)

24 Varias Pilas: Mezclar dos Pilas (AND). (III). Modelo

25 Varias Pilas: Mezclar dos Pilas (OR). (I). Estrategia Entrada: Dos pilas ordenadas ascendentemente (pila1 y pila2) Salida: Pila ordenada ascendentemente (pila3) con los elementos de pila1y de pila2 sin repeticiones. Argumentos: pila1, pila2, pila3: clase Pila. elem1, elem2: enteros. (No pueden ser variables locales). apilar1, apilar2: lógicos. (Elemento pendiente de apilar). Fase de ida: Variables de control: pend1 y pend2 (lógicos): La pila (1 ó 2) tiene algo pendiente de tratar. Condición de terminación: Alguna de la pilas no tiene elementos por tratar (!(pend1 && pend2) (!pend1 || !pend2). Tratamiento: desapilar según proceda (utilizar apilar1|2). Comparar elementos de pila1 y pila2. Llamada recursiva con los valores oportunos de apilar1 y apilar2. Fase de transición: Copiar el resto de la pila no vacía en pila3 ( Llamada al método copiarPila). Tratar algún posible elemento pendiente de pila1 o pila2. Fase de vuelta: apilar en pila3. apilar en pila1o pila2 según el valor de apilar1|2.

26 Varias Pilas: Mezclar dos Pilas (OR). (II). Argumentos apilar1 y apilar2 Según lo que haya ocurrido en la instancia anterior: pendiente de apilar en pila1 ó en pila2 Se inicializan en la llamada externa al programa, ambas a false. pend1 y pend2: quedan elementos por tratar en pila1|2 si no están vacías (!pila1|2.pilaVacia ()) o que dan elementos por tratar (apilar1|apilar2) pend1 = (!pila1.pilaVacia () || apilar1) pend1|2 = (!pila2.pilaVacia () || apilar2)

27 Varias Pilas: Mezclar dos Pilas (OR). (III). Modelo

28 elem1 = 1 elem2 = 2 if (elem1 < elem2) mezclarPila (pila1,pila2,pila3,false,true,1,2) [1] pila1.apilar (1); pila3.apilar (1); Ambas pilas tienen elementos por tratar (pend1 && pend2) if (!apilar1) elem1 = pila1.desapilar (); if (!apilar2) elem2 = pila2.desapilar (); [1] If (!apilar1) elem1 = pila1.desapilar (); elem1 = 5 elem2 = 2 if (elem2 < elem1) mezclarPila (pila1,pila2,pila3,true, false,5,2); [2] pila2.apilar (2); pila3.apilar (2); Varias Pilas: Mezclar dos Pilas (OR). (IV). Simulación (I)

29 elem1 = 5 elem2 = 4 if (elem2

30 Ambas pilas tienen elementos por tratar (aux1 && aux2) elem1 = 7 elem2 = 6 if (elem2 < elem1) mezclarPila (pila1,pila2,pila3,true,false,7,6); [5] pila2.apilar (6); pila3.apilar (6); [4] if (!apilar1) elem1 = pila1.desapilar (); 7 [5] pend1; ! pend2; apilar1 if (apilar1) pila1.apilar (elem1); pila3.apilar (elem1); FASE DE VUELTA 77 Varias Pilas: Mezclar dos Pilas (OR). (IV). Simulación (III)

31 [5] pila2.apilar (6); pila3.apilar (6); [4] pila1.apilar (5); pila3.apilar (5); [3] pila2.apilar (4); pila3.apilar (4); [2] pila2.apilar (2); pila3.apilar (2); [1] pila1.apilar (1); pila3.apilar (1); Varias Pilas: Mezclar dos Pilas (OR). (IV). Simulación (IV)

32 Varias pilas. Terminación anticipada (I). Ejemplo. Método que devuelve un valor lógico que indica si una pila de enteros ordenados ascendentemente desde la cima hacia el fondo (pila2) está contenida en otra (pila1) de las mismas características. Es una variante del algoritmo de mezcla AND con terminación anticipada si durante la fase ida aparece un elemento de pila2 que no está en pila1 (elem2 < elem1). Fase de ida: Variables de control: pend1 y pend2 (lógicos): La pila (1 ó 2) tiene algo pendiente de tratar. Condición de terminación (pesimista): Alguna de la pilas no tiene elementos por tratar (!(pend1 && pend2) (!pend1 || !pend2). Tratamiento: desapilar según proceda (utilizar apilar1|2). Comparar elementos de pila1 y pila2. Si elem1 elem2, l lamada recursiva con los valores oportunos de apilar1 y apilar2. En otro caso (Terminación anticipada). No hay más llamadas.

33 Varias pilas. Terminación anticipada (II). Fase de transición: Por terminación anticipada: Se apilan los elementos pendientes en pila1 y pila2 Se devuelve false. Por terminación pesimista. Posibilidades: Se ha terminado con pila2 (y no con pila1). Se apila el elemento pendiente de pila1 Se devuelve true. Se ha terminado con pila1 (y no con pila2). Se apila el elemento pendiente de pila2 Se devuelve false. Se ha terminado con ambas pilas. Se devuelve true. Fase de vuelta: apilar en pila1o pila2 según el valor de apilar1|2. Se devuelve el resultado a la instancia de llamada.

34 En resumen. A la hora de manipular un TAD ¿Qué tipo de problema? Crear un TAD a partir de otro, modificar el contenido, realizar cálculos con los elementos del TAD Parámetros: TAD por referencia. Otros argumentos: ¿por referencia o por valor?. Cuáles están implícitos en el enunciado y cuáles no pero son necesarios ¿Requieren inicialización? ¿Dónde los inicializo (fuera del módulo recursivo, o dentro)? Condición de parada Finalización anticipada: circunstancia que la provoca Diseño: Fase de ida: desapilar (+ operaciones) Transición: se alcanza la condición de parada y se realiza el proceso correspondiente Fase de vuelta: (Operaciones +) apilar

35 Recapitulamos. Especificación de un TAD: Propiedades sintácticas, propiedades semánticas y excepciones TAD Pila Estructura LIFO (Last Input First Output) Recursividad Fase de ida – fase de transición – fase de vuelta Desapilar – Procesar – Apilar


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