computación ii 324-1-estructuras dinamicas-con enlaces

Computación II - 324


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s

Bajo Nivel

Lenguaje máquina

Lenguaje Ensamblador


C

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g

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i

a

s

Alto Nivel

Cuarta Generación y Quinta Generación


Programación Estructurada

Para resolver problemas de cierta envergadura se

utiliza normalmente la técnica de diseño que se conoce

con el nombre de diseño modular.

El problema se divide en subproblemas que se puedan

resolver con un conjunto de subprogramas que tengan

una cierta cohesión.

Al conjunto de subprogramas que resuelve un

subproblema se le llama módulo funcional.

Un módulo puede hacer uso de un subprograma de otro

módulo si éste aparece en su interfaz



Un interfaz es un conjunto de cabeceras de

subprogramas que pueden ser utilizados por otros

módulos.

Los interfaces aparecieron para minimizar el

acoplamiento entre los módulos. Se dice que es

conveniente un diseño con acoplamiento débil entre

módulos.

La interfaz sólo tienen que aparecer los subprogramas

principales del módulo y no los subprogramas que son

utilizados para implementar los subprogramas principales



Esta descomposición se conoce con el nombre de

descomposición funcional.

Posteriormente aparece un nuevo tipo de

descomposición o abstracción que se conoce con el

nombre de abstracción de datos


Abstracción

La técnica de la abstracción no permite acceder

directamente a la representación de la estructura.


Abstracción

La abstracción: Separa la especificación (qué hace) de

la implementación (cómo lo hace). Los usuarios de un

TAD no necesitan conocer sus detalles de

implementación (Cómo lo hacen). Como consecuencia,

aporta las ventajas de:

Extensibilidad del código: Es posible modificar y

mejorar la implementación del TAD sin afectar a los

demás módulos que lo utilizan.,

b) Aumenta la facilidad de uso.

c) Aumenta la legibilidad del código que usa el TAD.

Manejo de memoria

5 caracteres


La asignación estática de memoria reserva la cantidad

necesaria para almacenar los datos de cada estructura en

tiempo de compilación

Tipo de datos en Pascal

5 caracteres


Tipo Rango Espacio en memoria

Char Carácter ASCII 1 byte

Byte 0 a 255 1 byte

Integer -32768 a 32767 2 bytes

Real 1 E -38 a 1 E+38 6 bytes

Boolean True – False 1 byte

Shortint -128 a 127 1 byte

Word 0 a 65535 2 byte

Longint -2147483648 a

214748364

4 byte

String Cadena de 255 caracteres Hasta 255 bytes

Manejo de memoria

5 caracteres


No se almacenan en memoria estática.

• Los objetos correspondientes a procedimientos o funciones

recursivas, ya que en tiempo de compilación no se sabe el

número de variables que serán necesarias.

• Las estructuras dinámicas de datos tales como listas,

árboles, etc. ya que el número de elementos que la forman no

es conocido hasta que el programa se ejecuta.


Uso de Procedimiento y funciones

Parámetros Valor

No devuelve valores…no antecede la palabra VAR

El compilador crea una copia del dato y lo almacena en

la variable parámetro que lo recibe. Dentro de la

función o procedimiento se trabaja con la copia

obtenida, no importando las operaciones que se

realicen con la copia, la variable introducida como

parámetro, no será afectada en su valor inicial al

terminar el proceso. Su sintaxis es la siguiente:

PROCEDURE Identificador (Ide1, Ide2: Tipo; Ide3: Tipo);


Ejemplo

program Ejemplo;

uses crt;

var nombre:string;

Procedure pasar(nombre1:string);

begin (* cambiando parametro *)

nombre1:='maria elena';

end;

BEGIN

clrscr; (* cargando variable *)

nombre:='juan fernando';

pasar(nombre);

(* desplegando *)

writeln('nombre : ',nombre);

readln;

END.

Valor de la variable nombre en el Procedimiento Pasar ?

Valor de la variable nombre en el Programa Principal?


Parámetro Por Referencia

Se reciben/envían con la palabra clave VAR.

Se trabaja en la misma posición de memoria de la

variable original, es decir, se referencian.

Cualquier cambio que se realice a la variable parámetro,

en el procedimiento o función también se le estará haciendo

a la variable original.

PROCEDURE Identificador (VAR Ide1: Tipo);


Ejemplo Ejemplo

program Ejemplo;

uses crt;

var nombre:string; edad:integer;

procedure pasar(nombre1:string;

var edad1:integer);

begin (* cambiando parametro *)

nombre1:='maria elena';

edad1:=50;

end;

BEGIN

clrscr; (* cargando variable *)

nombre:='juan fernando';

Edad:= 30;

(* mandando a procedimiento *)

pasar(nombre,edad);

(* desplegando *)

writeln('nombre : ',nombre);

writeln(‘edad : ',edad);

readln;

END.

Valor de la variables nombre y edad?

http://www.pcg.ull.es/edapplets/DataControlJApplet/pasoparametros.html

http://www.pcg.ull.es/edapplets/DataControlJApplet/pasoparametros.html


Punteros en Pascal.

Es una variable cuyo valor es una dirección de memoria donde se

encuentra la variable dinámica apuntada

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Punteros en Pascal.

En PASCAL los punteros se declaran con el símbolo ^.

Declarar las variables tipo puntero que sean necesarias

(Dentro de la sección VAR).


Se pueden definir tipos punteros o definir variables de tipo

puntero:

Type

ptr = ^integer;

Var

p: ptr;

q: ^real;

Ejemplo

p^:= 5 . Asigno el valor 5 a la variable apuntada por p.

writeln(p^). Imprime el valor de la variable apuntada por p.

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Creación y destrucción de variables dinámicas

El Procedimiento NEW(), asigna memoria a la variable puntero, en

caso de que el PC no obtenga memoria para alocar el pedido, al

puntero se le asignara la dirección NIL, cuyo significado es "nada", es

decir el puntero no apunta a ningún sector de la memoria.

El Procedimiento DISPOSE(), Libera memoria reservada por a la

variable puntero mediante el procedimiento DISPOSE()


Ejemplo.

New (puntero).

Asigna memoria a la variable apuntada por puntero.

Gráficamente.


Ejemplo.

Representación Gráfica.


Diagrama sintáctico. Tipo de dato

de dato

predefinido

en pascal

Tipo de dato

puntero.

Contiene una

dirección de

memoria


Ejemplo.

Dispose (puntero).

Libera la memoria asociada a la variable referida (la que contiene el dato).

Deja indefinido el puntero.

Gráficamente.


Ejemplo.

Type

Puntx=^Real;

Var

P:Puntx; <apunta a direcciones de memoria que contienen valores de tipo real.>

Estas declaraciones aún no crean nada en memoria hasta cuando el programa se ejecute el procedimiento NEW.

NEW(P) , genera lo siguiente en memoria.

P^

P--


Puntero.

NEW(P) , genera lo siguiente en memoria. Una celda vacía

apuntada por P y contendrá valor real.

P^

P--

P^:= 355 <asigna el valor 355 en la celda de memoria

apuntada por P^.

P--

355


TYPE

TApcar=^char;

VAR

Apcar:TApcar;

BEGIN

New(Apcar);

Readln(Apcar^);

Apcar^:= Pred(Apcar^);

END.


Operaciones con Puntero.

Las operaciones permitidas para esta nueva variables son:

Asignación

Lectura

Escritura

Todas las operaciones legales que se puedan realizar con dicho

tipo declarado (entero, string, char, etc).


Operaciones con Punteros (^).

Ejemplos.

Asignación:

Los cambios que se efectúen con la variable Apnum1 o la

Variable Apnum2 afectan a ambas, son indistintas.

El espacio en memoria que se reservo con la variable Apnum1

Sigue ocupado en memoria, lo conveniente es liberar este

Espacio antes de realizar la asignación.


TYPE

TApnum=^integer;

VAR

Apnum1,Apnum2:TApnum;

BEGIN

New(Apnum1);New(Apnum2); { inst. 1}

Apnum1^:=2;Apnum2^:=4; {inst. 2}

Apnum2^:=Apnum1^ + Apnum2^; {inst. 3}

Apnum1^:=Apnum2^ DIV 2 ; {inst. 4}

END.


New(Apnum1);New(Apnum2); { inst. 1}

Apnum1 Apnum2

Apnum1^:=2;Apnum2^:=4; {inst. 2}

Apnum1 Apnum2

2 4


6

Apnum2

Apnum1

3

Apnum2^:=Apnum1^ + Apnum2^; {inst. 3}

Apnum1^:=Apnum2^ DIV 2 ; {inst. 4}



Ejemplos.

Comparación:

Apnum1= Apnum2

La Comparación resulta con un valor TRUE, ya que Apnum1 y

Apnum2 contienen direcciones de memoria diferentes.



Ejemplos.

Asignación:

Apnum1: = Apnum2



• Comparación: Se comparan las direcciones, no los Contenidos de los datos apuntados o referenciados.

Apnum1=Apunum2 { Apnum1,Apnum2 son datos tipo ^}.

• Asignación: Se asignan las direcciones entre sí, no

el contenido de los datos apuntados.

Apnum1:= Apnum2 { Apnum1 y Apnum2 tienen la misma

dirección por lo tanto apuntan al mismo

dato.}.


Valor Nil .

Palabra reservada en el Lenguaje Pascal.

Es un valor que puede asignarse solo a las variables puntero

e indica que no están apuntando a ningún valor .

Nil puede ser utilizado por cualquier puntero, es decir,

independiente del tipo de dato referenciado (apuntado) por la

variable tipo puntero.

Ejemplo

Apnum1:= nil


Otras Estructuras de Datos…

Lineales: Listas enlazadas, Listas Doblemente enlazada, Pilas,

Colas.

No lineales: árboles , grafos.


Nodos.

Es una estructura creada por el programador, para poder

crear otras estructuras tales cómo Listas o Colas en memoria dinámica.

Un nodo posee un puntero que permite almacenar una dirección de otro nodo; es decir permite

enlazar múltiples nodos entre sí y hacer nuestras estructuras más complejas y alocarlas en memoria dinámica.


Nodo.

Ejemplo. Definición de un nodo.

TYPE TipoLista =^ TipoNodo; TipoNodo = Record Info:TipoInfo; Siguiente:TipoLista END;

Se declara un tipo de puntero llamado TipoLista que apunta a un registro TipoNodo.

Donde TipoNodo esta definido como un registro que almacenará información y un campo siguiente. Siguiente es un puntero a un tipo de dato TipoLista. Esta forma de definición recursiva nos permite construir los nodos.


Listas Enlazadas.

Es un conjunto de elementos llamados nodos en los que cada

uno de ellos contiene un dato y también la dirección del siguiente nodo. Cada nodo apunta al siguiente nodo, excepto el último nodo que apunta a NIL. Esto indica que cada nodo ocupa

posiciones no contiguas en memoria.

El orden de los mismos se establece mediante punteros.

Definición de estructura recursiva de nodos


Declaración de una estructura de nodos.


Una Lista enlazada requiere, como minímo de una

refrencia al primer nodo

Una lista vacía el primer nodo apunta a null

Operaciones básicas con listas

Crear Lista

Recorrer lista

Inserta un elemento (inicio-final-una posición dada)

Borrar un elemento

Búsqueda de un elemento

Característica de las listas

Estructura recursiva de nodos

<<En estas operaciones es fundamental el movimientos de los punteros>>


Para acceder al primer nodo de una lista es necesario el

uso de un puntero externo y posteriormente se continua

con siguiendo la cadena de puntero.

Operaciones con Listas enlazadas

(Puntero Externo)

Punteros enlazando al siguiente nodo Puntero del último nodo

apunta a nil


Cualquier operación con cualquier tipo de lista implica

redireccionar los punteros de los nodos involucrados o

afectados por la operación.

Operaciones Con listas enlazadas

Cualquier operación con cualquier tipo de lista implica

redireccionar los punteros de los nodos involucrados o

afectados por la operación.

Para la operación de inserción se debe determinar el

lugar dentro de la lista.

Operación Inserción un elemento en una lista

Esta operación consiste en agregar un nuevo nodo

a la lista. Se considerar tres casos:

Insertar un nodo al inicio.

Insertar un nodo antes o después de cierto nodo.

Insertar un nodo al final



Operación Inserción un elemento en una lista

Para la inserción es la creación de nodo, determinar el lugar dentro de

la lista y realizar el movientos de punteros requerido.

En el ejemplo anterior, observamos un nuevo nodo denominado tmp (al

que se asigna un valor x en el campo icorrespondiente a datos), el cual va

ser insertado en la posición posterior dada (apuntada por el nodo actual).

Observamos que para incluirlo en la lista, el apuntador siguiente de tmp,

lo movemos al la misma dirección que apunta el nodo actual y la posición

siguiente del nodo actual se mueve al nodo tmp.


Operación eliminar elemento en una lista

La operación consiste en eliminar un nodo de la

lista, redefiniendo las punteros que correspondan.

Se pueden presentar cuatro casos:

Eliminar el primer nodo.

Eliminar el último nodo

Eliminar un nodo con cierta información.

Eliminar el nodo anterior o posterior al nodo

cierta con información.


Operación eliminar elemento en una lista

Esta operación consiste en un simple cambio de una

referencia.

En el dibujo para eliminar el nodo con contenido x, hacemos que la referencia siguiente del nodo actual apunte

apunte al nodo b. Con eso queda alislado el nodo b.


Búsqueda de un elemento en una lista

Esta operación consiste en visitar cada uno de los

nodos, tomando al campo siguiente como puntero

al siguiente nodo a visitar.

Una lista enlazada con cabecera es una lista enlazada que

contiene un nodo especial, llamado nodo cabecera, al

principio de la lista.

Listas especiales con nodo cabecera


Listas especiales con nodo cabecera La eliminación del primer nodo se convierte en un caso

especial al igual que la inserción en la primera posición de la

lista, en este caso las operaciones se restringen a aquellas

posiciones posteriores a alguna otra.

La eliminación e insersición al comienzo de la lista son

algoritmos especiales y en todo caso engorroso


Búsqueda de un elemento en una lista

Esta operación consiste en visitar cada uno de los

nodos, tomando al campo siguiente como puntero

al siguiente nodo a visitar.

<<Análisis de ejercicio lista .pas>>


Listas Dobles

Es una colección de nodos, donde cada nodo tiene

dos punteros, uno de ellos apuntando a su

predecesor (li) y otro a su sucesor(ld).

Estructura de un nodo:

PI DATO PD


Tipos Listas Dobles

Listas dobles lineales.

En este tipo de lista doble, tanto el puntero

izquierdo del primer nodo como el derecho

del último nodo apuntan a NIL.

Se puede recorrer una serie de nodos donde

desde cualquier nodo excepto el último y el

primero. Se puede viajar al nodo anterior o al

siguiente utilizando dos punteros llamados

P_prox y P_ant.


Tipos Listas Dobles

Listas dobles circulares.

En este tipo el puntero izquierdo del primer nodo

apunta al último nodo de la lista, y el puntero

derecho del último nodo apunta al primer nodo de

la lista.


Pilas.

Tipo especial de lista lineal en la cual un elemento sólo puede ser

añadido o eliminado por un extremo llamado cima.

Esto significa que los elementos se sacan de la pila en orden

inverso al que se pusieron en ella.

LIFO (LAST IN- FIRST OUT). Primero que entra último que sale.

Pila: caso particular de una lista enlazada

La imagen muestra como quedaría una pila de enteros al agregarle un

valor 3, luego un 2 y luego un 1.


<<Analizar ejercicio de pila>>


Colas

Una cola es una lista en las que las supresiones se realizan

solamente solamente al principio de la lista y las inserciones al final

de la misma.

Son conocidas como listas FIFO (First In, First Out: El primero en

entrar es el primero en salir). Los elementos se almacenan en

fila, pero sólo pueden añadirse por un extremo y leerse por el

otro.

Analizar ejercicio de cola

Cola



Recursividad

Es una herramienta de programación utilizada para resolver

problemas que al subdividirlos en subproblemas presentan la

misma estructura.

Casos Típicos definir objetos en sí mismo ejemplo árboles, colas,

listas, listas enlazadas.

Un programa que se llame a sí mismo se dice que es recursivo


Tipos de Recursividad

Directa e indirecta

Diseño de la Recursividad

Estado básico: Es el estado en el cual la solución no se presenta

de manera recursiva sino directamente.

Estado General: Se debe poder resolverse en función del caso

base y un caso general de menor tamaño (que progrese hacia una

solución más sencilla, hacia el caso base)


Desventajas de la Recursividad

No es más rápida que la iteración (ya que implica guardar entornos).

Consume muchos recursos (memoria)

Funcionamiento de la Recursividad

Es necesario guardar el estado de cada programa antes de cada

llamada (variables locales, parámetros y punto de ejecución) para que

sepa seguir después de la llamada.


Análisis del cálculo del factorial de un número program factorial;

uses crt;

var

n,i,mul:integer;

begin

mul:=1;

i:=1;

writeln (‘Numero a sacarle el factorial');

readln (n);

repeat

mul:=mul*i;

i:=i+1;

until (i>n);

writeln ('el factorial es ',mul);

readln;

end.

program FactorialNum;

var

num:integer;

function factorial(n:integer):integer;

begin

if (n > 1) then

factorial:= n * factorial(n-1)

else factorial:=1;

end;

begin

write(' Ingrese el valor de n: ');

readln(num);

writeln(' El resultado es: ',factorial(num));

readln;

end.

Realice la corrida de cada uno

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