colas en java.pdf

Tema 2 Tipos abstractos de datos.

2.3 Cola de nmeros enteros.

Especificacin de TADs. TAD Cola de Enteros.

Definicin del TAD Cola de Enteros: Estructura de Datos que contiene una serie de elementos de

tipo entero en la que dichos elementos son insertados por un lado y son extrados por el lado contrario. Caracterstica: Primer elemento obtenido es el primero introducido

Estructura FIFO (First Input, First Output)

Operaciones: encolar.

desencolar.

colaVacia.

3 2 5 3 1desencolar encolar

Especificacin de TADs. TAD Cola de Enteros (I).

Especificacin Semntica Especificacin Sintctica

inicializarCola Mtodo previo que deja a disposicin del programa un TAD cola (de tipo TadCola) sobre el que se podr operar posteriormente. (Equivalente a crear o construir un objeto/instancia.).

void inicializarCola ()

encolar Mtodo que entrega un elemento (x) para que quede incorporado al final de la cola.

void encolar (int x)

desencolar Mtodo que elimina el elemento de la cola que ocupa el primer lugar, devolvindolo como resultado.

int desencolar ()

colaVacia Mtodo que al ejecutarse devuelve true si la cola est vaca, y false en caso contrario.

boolean colaVacia ()

leerCola Mtodo mediante el que se produce la carga inicial de elementos de la cola.

void leerCola () throws NumberFormatException, IOException

Especificacin de TADs. TAD Cola de Enteros

(II).Especificacin Semntica Especificacin Sintctica

imprimirCola Mtodo que muestra en el dispositivo de salida (pantalla) el contenido actual de la cola.

void imprimirCola ()

invertirCola Mtodo que devuelve la cola con sus elementos invertidos

void invertirCola ()

numElemCola Mtodo que devuelve el nmero de elementos de la cola.

int numElemCola ()

primero Mtodo que devuelve el primer elemento de la cola sin desencolarlo.

int primero ()

quitarPrimero Mtodo que elimina el primer elemento de la cola.

void quitarPrimero ()

eliminarCola Mtodo que recibe una cola (que puede tener elementos o no) y la devuelve vaca.

void eliminarCola ()

Excepciones.

Excepcin: circunstancia que produce que una Operacin Vlida sobre un TAD no pueda ser efectuada.

Ejemplos: encolar:

Al intentar encolar un nuevo elemento en la cola, sta est llena: la operacin encolar no debe producir ningn efecto. No se contempla tratamiento alguno.

desencolar, primero, quitarPrimero, invertirCola: Al intentar realizar una de estas operaciones, la cola est vaca:

se producir un mensaje de error.

Interfaz del TAD Cola

import java.io.*;

public interface Cola {void inicializarCola ();void encolar (int x);int desencolar ();boolean colaVacia ();void leerCola () throws NumberFormatException, IOException;void imprimirCola ();void invertirCola ();int numElemCola ();int primero ();void quitarPrimero ();void eliminarCola ();

}

Define los mtodos de objeto utilizados en la clase TadCola

Condiciones normales y excepcionales de la cola

public class PruebaCola1 {public static void main (String[] args) {

Cola cola1 = new TadCola (); int elem;

cola1.inicializarCola ();

cola1.encolar (8);

cola1.encolar (7);

cola1.encolar (9);

cola1.encolar (11);

elem = cola1.desencolar ();

elem = cola1.desencolar ();

System.out.println (Sale el nmero"+elem);

cola1.eliminarCola ();

}

}

public class PruebaCola2 {public static void main (String[] args) {Cola cola1 = new TadCola ();

int i, j;

cola1.inicializarCola ();

for (i = 1; i< 10; i++)

cola1.encolar (i);

j = cola1.desencolar ();

System.out.println ("Hemos sacado "+j);

for (i = 1; i< 10; i++) {

j = cola1.desencolar ();

System.out.println (Sacamos "+j);

}

cola1.eliminarCola ();

}

}

Estrategias con Colas

Desencolar llamada recursiva Encolar Devuelve la cola invertida

Para usar este esquema, se debe invertir previa o posteriormente los elementos de la cola (fuera del mdulo recursivo)

Desencolar Encolar llamada recursiva No se alcanza la condicin de finalizacin Estructura Vaca

Si se conoce el nmero de elementos Variable auxiliar que determina la condicin de parada

Permite Tratamiento recursivo y iterativo

Invertir una cola

Mtodo (esttico) auxiliar en el tratamiento recursivo de colas.

static void invertir (Cola cola) {int elem;

if (!cola.colaVacia ()) {elem = cola.desencolar ();

invertir (cola);

cola.encolar (elem);

}

}

if (!cola.colaVacia () {elem = cola.desencolar (); invertir (cola);

elem = 2elem = 3 elem = 5 elem = 4


}

3 2 5 4 42 5

44 5

45 4

4 5 24 5 2 3

Contar los

elementos de

una cola

public class PruebaContar {

static int contarCola (Cola cola) {int elem, resul;if (!cola.colaVacia ()) {

elem = cola.desencolar ();

resul = 1 + contarCola (cola);


}

else resul = 0;return resul;

}

static int cuentaCola(Cola cola) {cola.invertirCola ();

return contarCola (cola);}

public static void main(String[] args) {Cola c = new TadCola ();c.leerCola ();

System.out.println ("La cola tiene +cuentaCola (c)+" elementos");

c.imprimirCola ();

}

}

La solucin recursiva es la nica posibilidad: mtodo (esttico) contarCola

Necesidad de invertir la cola fuera del mdulo recursivo: mtodo (esttico) cuentaCola.

Obtener una cola a partir de otra

Estrategias para trabajar con colas:

No se conoce el nmero de elementos?

Solucin recursiva (requiere inversin de la cola)

Se conoce el nmero de elementos?

Solucin recursiva

Solucin iterativa

Sin conocer el nmero de elementos. Solucin Recursiva

static void copiar (Cola colaO, Cola colaD) {int elem;

if (!colaO.colaVacia ()) {elem = colaO.desencolar ();

colaD.encolar (elem);

copiar (colaO, colaD);

colaO.encolar (elem);

}

}

static void copia (Cola colaO, Cola colaD) {copiar (colaO, colaD);

colaO.invertirCola ();

}

public static void main (String [] args) {

Cola cO = new TadCola ();

Cola cD = new TadCola ();

cO.leerCola ();

copia (cO, cD);

System.out.println ("Cola origen:");

cO.imprimirCola ();

System.out.println ("Cola destino:");

cD.imprimirCola ();

}

if (! colaO.colaVacia ()) {elem = colaO.desencolar ();colaD.encolar (elem);copiar (colaO, colaD);

elem = 3


}

33 5

3

3 5 23 5 2 3

elem = 2

32 5

3 2

elem = 5

35

23 5 23 5 3

elem = 3

3 2 5 3

3

colaO

colaD

static void copiaR2 (Cola colaO, Cola colaD, int n) {

int elem;

if (n > 0) {

elem = colaO.desencolar ();

colaD.encolar (elem);


copiar2 (colaO, colaD, n-1);

}

}

Conociendo el nmero de elementos. Solucin Recursiva

public static void main (String[] args) {

Cola cO = new TadCola ();

Cola cD = new TadCola ();

cO.leerCola ();

copiaR2 (cO, cD, cO.numElemCola ());

System.out.println ("Cola origen:");

cO.imprimirCola ();

System.out.println ("Cola destino:");

cD.imprimirCola ();

}

if (n > 0) {elem = colaO.desencolar ();colaD.encolar (elem);colaO.encolar (elem);CopiaR2 (colaO, colaD, n-1);

}

n =3

elem = 2

n = 4

elem = 3

n =2

elem = 5

n = 1

elem = 4

3 2 5 4

3

colaO

colaD

32 5 4

3

32 5 4

3 25 4

2

3 25 4

3 2 54

3 2 5

2 5 43

3 2 5

3 2 54

4

static void copiaIt (Cola colaO, Cola colaD) {

int elem, i, n;

n = colaO.numElemCola ();

for (i = 1; i

Insertar un elemento al principio de la cola

static void InsertarPI (Cola cola, int dato) {

int elem, i, n;

n = cola.numElemCola ();

cola.encolar (dato);

for (i = 1; i

Terminacin anticipada

Precauciones:

Devolver la cola en su estado original

Si hay terminacin anticipada

Todos los elementos deben sufrir el proceso de encolar-desencolar

Si no fuese as, el resultado sera una cola con una parte ordenada y otra invertida

Buscar un elemento (sin conocer n)static boolean esta (Cola cola, int dato) {

int elem; boolean resul;

if (!cola.colaVacia ()) {elem = cola.desencolar ();if (elem == dato) {

resul = true;cola.invertirCola ();

}else resul = esta (cola, dato);

cola.encolar (elem);}else resul = false;return resul;

}

static boolean estaR1 (Cola cola, int dato) {cola.invertirCola ();return esta (cola,dato);

}

Se pasa al mdulo recursivo la cola invertida

En el mdulo recursivo: Desencolar-encolar

invierte los elementos procesados

Resto de elementos requieren inversin

Buscar un elemento (n conocido, recursivo)static boolean recorrer (Cola cola, int n) {

boolean resul;int elem;if (n > 0) {



resul = recorrer (cola, n-1);

}

else resul = true;return resul;

}

static boolean estaR2 (Cola cola, int n, int dato) {int elem;boolean resul;

if (n > 0) {elem = cola.desencolar ();

cola.encolar(elem);

if (elem == dato) resul = recorrer (cola, n-1);

else resul = estaR2 (cola, n-1, dato);}

else resul = false;return resul;

}

Buscar un elemento (n conocido, iterativo)

static boolean estaIt (Cola cola, int dato) {

int n,elem,i;

boolean resul;

resul = false;

n = cola.numElemCola();

while ((n > 0) && (!resul)) {



if (elem == dato)

resul = true;

n = n-1;

}

for (i = 1; i

Obtener elemento final de una cola

static int quitarUlt (Cola cola) {int elem,dato = -9999;if (!cola.colaVacia ()) {elem = cola.desencolar ();

if (!cola.colaVacia ()) {dato = quitarUlt (cola);


}

else dato = elem;}

return dato;}

Ejercicio propuesto: obtener el elemento

final de la cola conociendo el nmero de

elementos

static int quitarUltimoR1 (Cola cola) {int resul;resul = quitarUlt (cola);cola.invertirCola ();return resul;

}

Combinar dos colas. General.

Dos colas ordenadas (c1 y c2) -> c3 ordenada

Se plantean dos posibilidades:

Sin conocer el nmero de elementos

Conociendo el nmero de elementos

Solucin recursiva.

Solucin iterativa.

Combinar dos colas sin conocer el nmero de

elementos.

El mismo algoritmo que con pilas pero devolvera las colas de entrada invertidas.

public static void main (String [] args) throws NumberFormatException,IOException {

Cola c1 = new TadCola ();



c1.leerCola ();

c2.leerCola ();

c1.invertirCola ();

c2.invertirCola ();

mezclar** (c1, c2, c3, false, false, 0, 0);

}

Tcnica empleada:

Mtodo inicial (si procede) no recursivo.

Prepara los dos elementos primeros de cada cola (desencolar-encolar).

Prototipo: mezcla** (cola1, cola2, cola3, elem1, elem2, n1-1, n2-1);

Metodo recursivo:

Condicin de terminacin: !((n1 >= 0) && (n2 >= 0))

Tratamiento especfico:

Fase de transicin.

Terminacin anticipada.

Combinar dos colas conociendo el nmero de

elementos. Tcnica recursiva.

Fase de ida: Comparar elem1 y elem2. Si elem1 = elem2, encolar en c3. [Si se puede] desencolar encolar elem1|2 de

c1|c2 segn el caso. Llamada recursiva con n1-1|n2-1 segn el caso.

Fase de transicin: Uso de un procedimiento auxiliar que

reordena la cola no finalizada. Fase de vuelta:

Sin tratamiento.


elementos. Tcnica recursiva. Mezcla AND.

Fase de ida: Comparar elem1 y elem2. Encolar en c3 elem1|2 . [Si se puede] desencolar encolar elem1|2 de c1|c2

segn el caso. Llamada recursiva con n1-1|n2-1 segn el caso.

Fase de transicin: Encolar en c3 el elemento en pendiente Uso de un procedimiento auxiliar que:

Reordena la cola no finalizada. Encola en c3.

Fase de vuelta: Sin tratamiento.


elementos. Tcnica recursiva. Mezcla OR.

2 4 6

1 3 5

Si quedan por tratar en ambas ( (n1 >= 0) && (n2 >= 0)) se obtienen los valores de elem1 y elem2:

elem1 = cola1.desencolar ();

cola1.encolar (elem1);

elem2 = cola2.desencolar ();

cola2.encolar (elem2);

Se llama al mdulo recursivo con n1-1 y n2-1:mezclaOR_R2 (cola1, cola2, cola3, elem1, elem2, n1-1, n2-1);

24 6

13 5

elem1 = 2

elem2 =1

Si ((n1 >= 0) && (n2 >= 0))Comparo elementos

Si elem2 < elem1 cola3.encolar( elem2)

24 6

1 35

1

elem1 = 2

elem2 = 3

Nueva llamada recursiva con n2-1mezclarOR_R2 (c1, c2, c3, elem1, elem2, n1, n2-1)

n1 = 2; n2 = 1

mezclaOR_R2 (c1, c2, c3, elem1, elem2, n1-1, n2-1)n1 = 2, n1 = 2,

Se obtiene un nuevo valor para elem2if (n2>0) {

cola2.desencolar (elem2);cola2.encolar (elem2);

}

MDULO NO RECURSIVO

c3.inicializarCola();

n1 = c1.numElemCola ();

n2 = c2.numElemCola ();

n1=3n2=3

2 46

15

1

elem1 = 4

elem2 = 3

mezclaOR_R2 (cola1, cola2, cola3, elem1, elem2, n1, n2-1) n1=2;n2=1

2

3

2

5

6

1

4

1

elem1 = 4

elem2 = 5

Nueva llamada recursiva con n2-1

mezclaOR_R2 (cola1, cola2, cola3, elem1, elem2, n1-1, n2)n1=1;n2=1

2

3

3


if (elem1 < elem2) cola3.encolar (elem1);


elem1 = cola1.desencolar ();cola1.encolar (elem1);

}


Si ((n1 >= 0) && (n2 >= 0))comparo elementos

if (elem2 < elem1) cola3.encolar (elem2);


elem2 = cola2.desencolar ();cola2.encolar (elem2);

}

2 6

51

4

1

elem1 = 6

elem2 = 5


2

3

3 4 1


2

n2 = 0 No se puede realizar el proceso de desencolar/encolar sobre cola2

3 4 5

mezclaOR_R2 (cola1,cola2,cola3,elem1,elem2,n1,n2-1)n1=1;n2=0


if (elem1 < elem2) cola3.encolar (elem1)


elem1 = cola1.desencolar ();cola1.encolar ();

}

mezclaOR_R2 (cola1,cola2,cola3,elem1,elem2,n1-1,n2)n1=0;n2=0


if (elem2 < elem1) cola3.encolar (elem2)

FASE DE TRANSICIN Se encola el elemento pendiente (si queda alguno) en cola3 Se llama a un procedimiento auxiliar que copia una cola en otra y restaura la pendiente

if (n1 > 0) {elem = cola1.desencolar ();cola1.encolar (elem); cola3.encolar (elem);copiarcola (cola1, cola3, n-1);

}

1 2 3 4 5 6

mezclaOR_R2 (cola1, cola2, cola3, elem1, elem2, n1-1, n2)n1 = 0; n2 = -1

Mdulo inicial (no recursivo). Contempla situaciones de excepcin. Invoca (si procede) al mdulo recursivo. (Igual que en

la mezcla AND). Mdulo recursivo:

Terminacin pesimista: !((n1 >= 0) && (n2 >= 0)). Anlisis de casos posibles. Reordenar la cola pendiente (si hay alguna).

Terminacin anticipada: Si elem1 > elem2. Devuelve false. Reordenar ambas colas mediante el mtodo auxiliar.

Resto. Similar a la mezcla AND.

Combinar dos colas con terminacin anticipada.Mezcla AND conociendo el nmero de elementos. Tcnica recursiva.

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