Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Pol_Grem_-_ANSI_Common_Lisp_High_tech_-_2012.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
12.03.2016
Размер:
4.85 Mб
Скачать

4

Специализированные структуры данных

Впреды­ду­щей­ главе­ были­ рассмот­ре­ны­ списки ­– наибо­лее­ универ­саль­­ ные структу­ры­ для хране­ния­ данных­. В этой главе­ будут­ рассмот­ре­ны­ другие­ спосо­бы­ хране­ния­ данных­ в Лиспе:­ масси­вы­ (а также­ векто­ры­ и строки),­ структу­ры­ и хеш-табли­цы­. Они не настоль­ко­ гибки,­ как спи­ ски, но позво­ля­ют­ осуще­ст­в­лять­ более­ быст­рый­ доступ­ и зани­ма­ют­ меньше­ места­.

ВCommon Lisp есть еще один тип структур ­– экзем­п­ля­ры­ объек­тов­ (instan­ce­). О них подроб­но­ расска­за­но­ в главе 11, описы­ваю­щей­ CLOS.

4.1. Массивы

В Common Lisp масси­вы­ созда­ют­ся­ с помо­щью­ функции­ make-array, пер­ вым аргу­мен­том­ кото­рой­ высту­па­ет­ список­ размер­но­стей­. Созда­дим­ массив­ 2×3:

> (setf arr (make-array ’(2 3) :initial-element nil)) #<Simple-Array T (2 3) BFC4FE>

Много­мер­ные­ масси­вы­ в Common Lisp могут­ иметь по меньшей­ мере­ 7 размер­но­стей,­ а в каждом­ изме­ре­нии­ поддер­жи­ва­ет­ся­ хране­ние­ не ме­ нее 1 023 элемен­тов­1.

Аргу­мент­ :initial-element не явля­ет­ся­ обяза­тель­ным­. Если­ он исполь­зу­­ ется,­ то уста­нав­ли­ва­ет­ ­на­чаль­ное значе­ние­ каждо­го­ элемен­та­ масси­ва­. Пове­де­ние­ систе­мы­ при попыт­ке­ полу­чить­ значе­ние­ элемен­та­ масси­ва,­ не инициа­ли­зи­ро­ван­но­го­ началь­ным­ значе­ни­ем,­ не опре­де­ле­но­.

1В конкрет­ной­ реали­за­ции­ огра­ни­че­ние­ сверху­ на коли­че­ст­во­ размер­но­стей­ и элемен­тов­ может­ быть и больше­. – Прим. перев­.

74

Глава 4. Специализированные структуры данных

Чтобы­ полу­чить­ элемент­ масси­ва,­ воспользуй­тесь­ aref. Как и большин­­ ство­ других­ функций­ досту­па­ в Common Lisp, aref начи­на­ет­ отсчет­ эле­ ментов­ с нуля:­

> (aref arr 0 0) NIL

Новое­ значе­ние­ элемен­та­ масси­ва­ можно­ уста­но­вить,­ исполь­зуя­ setf вме­ сте с aref:

>(setf (aref arr 0 0) ’b)

B

>(aref arr 0 0)

B

Как и списки,­ масси­вы­ могут­ быть зада­ны­ бук­валь­но­ с помо­щью­ син­ такси­са­ #na, где n – коли­че­ст­во­ размер­но­стей­ масси­ва­. Напри­мер,­ теку­­ щее состоя­ние­ масси­ва­ arr может­ быть зада­но­ так:

#2a((b nil nil) (nil nil nil))

Если­ глобаль­ная­ пере­мен­ная­ *print-array*1 уста­нов­ле­на­ в t, масси­вы­ бу­ дут печа­тать­ся­ в таком­ виде:­

>(setf *print-array* t)

T

>arr

#2A((B NIL NIL) (NIL NIL NIL))

Для созда­ния­ одно­мер­но­го­ масси­ва­ можно­ вместо­ списка­ размер­но­стей­ в каче­ст­ве­ перво­го­ аргу­мен­та­ пере­дать­ функции­ make-array целое­ число:­

> (setf vec (make-array 4 :initial-element nil)) #(NIL NIL NIL NIL)

Одно­мер­ный­ массив­ также­ назы­­вают­ векто­ром­. Создать­ и запол­нить­ вектор­ мож­но с помо­щью­ функции­ vector:

> (vector "a" ’b 3) #("a" B 3)

Как и массив,­ кото­рый­ может­ быть задан­ бук­валь­но­ с помо­щью­ синтак­­ сиса­ #na, вектор­ может­ быть задан­ бук­валь­но­ с помо­щью­ синтак­си­са­ #().

Хотя­ доступ­ к элемен­там­ векто­ра­ может­ осуще­ст­вить­ aref, для рабо­ты­ с векто­ра­ми­ есть более­ быст­рая­ функция­ svref:

> (svref vec 0) NIL

1В вашей­ реали­за­ции­ *print-array* может­ изна­чаль­но­ иметь значе­ние­ t. –

Прим. перев­.

4.2. Пример: бинарный поиск

75

Префикс­ «sv» расшиф­ро­вы­ва­ет­ся­ как «simple vector». По умолча­нию­ все векто­ры­ созда­ют­ся­ как простые­ векто­ры­.1

4.2. Пример: бинарный поиск

В этом разде­ле­ в каче­ст­ве­ приме­ра­ пока­за­но,­ как напи­сать­ функцию­ по­ иска­ элемен­та­ в отсор­ти­ро­ван­ном­ векто­ре­. Если­ нам извест­но,­ что эле­ менты­ векто­ра­ распо­ло­же­ны­ в опре­де­лен­ном­ поряд­ке,­ то поиск­ нужно­го­ элемен­та­ может­ быть выпол­нен­ быст­рее,­ чем с помо­щью­ функции­ find (стр.80).Вместо­того­чтобы­после­до­ва­тель­но­прове­рять­элемент­заэлемен­­ том, мы сразу­ пере­ме­ща­ем­ся­ в сере­ди­ну­ векто­ра­. Если­ средний­ элемент­ соот­вет­ст­ву­ет­ иско­мо­му,­ то поиск­ закон­чен­. В против­ном­ случае­ мы про­ должа­ем­ поиск­ в правой­ или левой­ поло­ви­не­ в зави­си­мо­сти­ от того,­ боль­ ше или меньше­ иско­мо­го­ значе­ния­ этот средний­ элемент­ векто­ра­.

На рис. 4.1 приве­де­на­ програм­ма,­ кото­рая­ рабо­та­ет­ подоб­ным­ обра­зом­. Она состо­ит­ из двух функций:­ bin-search2 опре­де­ля­ет­ грани­цы­ поис­ка­ и пере­да­ет­ управле­ние­ функции­ finder, кото­рая­ ищет соот­вет­ст­вую­щий­ элемент­ между­ пози­ция­ми­ start и end векто­ра­ vec.

(defun bin-search (obj vec) (let ((len (length vec)))

(and (not (zerop len))

(finder obj vec 0 (- len 1)))))

(defun finder (obj vec start end) (let ((range (- end start)))

(if (zerop range)

(if (eql obj (aref vec start)) obj

nil)

(let ((mid (+ start (round (/ range 2))))) (let ((obj2 (aref vec mid)))

(if (< obj obj2)

(finder obj vec start (- mid 1)) (if (> obj obj2)

(finder obj vec (+ mid 1) end) obj)))))))

Рис. 4.1. Поиск­ в отсор­ти­ро­ван­ном­ векто­ре­

1Простой­ мас­сив не явля­ет­ся­ ни расши­ряе­мым­ (adjustable), ни предраз­ме­­ щенным­ (displaced) и не имеет­ указа­тель­ запол­не­ния­ (fill-pointer). По умол­ чанию­ все мас­сивы­ простые­. Простой­ вектор ­– это одно­мер­ный­ простой­ мас­ сив, кото­рый­ может­ содер­жать­ элемен­ты­ любо­го­ типа­.

2Приве­ден­ная­ версия­ bin-search не рабо­та­ет,­ если­ ей пере­дать­ объект,­ мень­ ший наимень­ше­го­ из элемен­тов­ векто­ра­. Оплош­ность­ найде­на­ Ричар­дом­ Грином­. – Прим. перев­.

76

Глава 4. Специализированные структуры данных

Когда­ область­ поис­ка­ сокра­ща­ет­ся­ до одно­го­ элемен­та,­ возвра­ща­ет­ся­ сам элемент­ в случае­ его соот­вет­ст­вия­ иско­мо­му­ значе­нию­ obj, в против­­ ном случае ­– nil. Если­ область­ поис­ка­ состо­ит­ из несколь­ких­ элемен­­ тов, опре­де­ля­ет­ся­ ее средний­ элемент ­– obj2 (функция­ round возвра­ща­ет­ ближай­шее­ целое­ число),­ кото­рый­ сравни­ва­ет­ся­ с иско­мым­ элемен­том­ obj. Если­ obj меньше­ obj2, поиск­ продол­жа­ет­ся­ рекур­сив­но­ в левой­ поло­­ вине­ векто­ра,­ в против­ном­ случае ­– в правой­ поло­ви­не­. Оста­ет­ся­ вари­­ ант obj = obj2, но это значит,­ что иско­мый­ элемент­ найден­ и мы просто­ его возвра­ща­ем­.

Если­ вставить­ следую­щую­ строку­ в нача­ло­ опре­де­ле­ния­ функции­ finder­,

(format t "~A~%" (subseq vec start (+ end 1)))

мы сможем­ наблю­дать­ за процес­сом­ отсе­че­ния­ поло­вин­ на каждом­ шаге:­

> (bin-search 3 #(0 1 2 3 4 5 6 7 8 9)) #(0 1 2 3 4 5 6 7 8 9)

#(0 1 2 3) #(3)

3

Договоренности о комментировании

В Common Lisp все, что следу­ет­ за точкой­ с запя­той,­ счита­ет­ся­ коммен­та­ри­ем­. Многие­ програм­ми­сты­ исполь­зу­ют­ после­до­ва­тель­­ но несколь­ко­ знаков­ коммен­ти­ро­ва­ния,­ разде­ляя­ коммен­та­рии­ по уровням:­ четы­ре­ точки­ с запя­той­ в загла­вии­ файла,­ три – в опи­ сании­ функции­ или макро­са,­ две – для пояс­не­ния­ после­дую­щей­ строки,­ одну ­– в той же строке,­ что и пояс­няе­мый­ код. Таким­ об­ разом,­ с исполь­зо­ва­ни­ем­ обще­при­ня­тых­ норм коммен­ти­ро­ва­ния­ нача­ло­ кода­ на рис. 4.1 будет­ выгля­деть­ так:

;;;; Инст­ру­мен­ты­ для опера­ций­ с отсор­ти­ро­ван­ны­ми­ векто­ра­ми­

;;; Нахо­дит­ элемент­ в отсор­ти­ро­ван­ном­ векто­ре­

(defun bin-search (obj vec) (let ((len (length vec)))

;; если­ это дейст­ви­тель­но­ вектор,­ приме­ня­ем­ к нему­ finder (and (not (zerop len)) ; возвра­ща­ет­ nil, если­ вектор­ пуст

(finder obj vec 0 (- len 1)))))

Много­строч­ные­ коммен­та­рии­ удобно­ делать­ с помо­щью­ макро­са­ чтения­ #|...|#. Все, что нахо­дит­ся­ между­ #| и |#, игно­ри­ру­ет­ся­ счи­ тыва­те­лем­.°

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]