- •Структуры и алгоритмы обработки данных
- •Логическая и физическая структуры данных
- •Классификация структур данных
- •Основные операции над структурами данных
- •Алгоритм и примеры задач, решаемых с помощью алгоритмов
- •Адресация и распределение памяти
- •Адресные пространства и модели оперативной памяти
- •Формирование физического адреса в реальном режиме
- •Особенности адресации в защищенном режиме
- •Кэширование
- •Анализ алгоритмов
- •Быстродействие – основной показатель эффективности алгоритма
- •Подсчет числа простейших операций
- •Лучший, средний и худший случаи
- •Алгоритмы и платформы
- •Виртуализация памяти
- •Использование кэша
- •Выравнивание данных
- •Рандомизированные алгоритмы
- •Общая характеристика записей и способы описания в Delphi
- •Многоуровневые записи
- •Выравнивание и упакованные записи
- •Записи с вариантной частью
- •Массивы
- •Общая характеристика массивов
- •Статические (стандартные) массивы
- •Многомерные статические массивы
- •Свойства статических массивов
- •Открытые массивы
- •Динамические массивы
- •Динамические векторы
- •Многомерные динамические массивы
- •Массивы типа Variant
- •Вставка и удаление в массиве
- •Связные списки и алгоритмы их обработки
- •Списки и их разновидности
- •Односвязный список
- •Общая характеристика односвязного списка
- •Структура элемента односвязного списка
- •Формирование односвязного списка
- •Просмотр односвязного списка
- •Вставка элемента в односвязный список
- •Удаление элемента из односвязного списка
- •Линейный двухсвязный список
- •Структура элемента двухсвязного списка
- •Реализация операций в линейном двухсвязном списке
- •Нелинейный двухсвязный список
- •Нелинейный трехсвязный список
- •Определение плекса и его общие признаки
- •Иерархическая списковая структура. Сетевая структура
- •Достоинства и недостатки связных списков
- •Функциональные и свободные списки
- •Общая характеристика функционального и свободного списка
- •Методы формирования свободного списка
- •Стеки, очереди, деки и операции в них
- •Общая характеристика
- •Очередь
- •Динамические множества и словари
- •Общая характеристика
- •Операции в динамических множествах
- •Деревья
- •Общая характеристика и некоторые определения
- •Представление дерева в памяти
- •Естественное представление дерева
- •Представление дерева с помощью вектора
- •Представление дерева с использованием списков сыновей
- •Методы обхода деревьев
- •Бинарное дерево
- •Структура бинарного дерева
- •Формирование бинарного дерева
- •Обход бинарного дерева
- •Преобразование любого дерева к бинарному дереву
- •Включение и исключение в дереве
- •Включение в дереве
- •Исключение в дереве
- •Поиск: определение и общая терминология
- •Линейный (последовательный) поиск
- •Последовательный поиск в упорядоченной таблице
- •Последовательный поиск при накоплении запросов
- •Индексно-последовательный поиск
- •Бинарный поиск
- •Поиск, использующий бинарное дерево
- •Сортировка
- •Общие сведения и некоторые определения
- •Внутренняя сортировка
- •Сортировка прямыми включениями
- •Сортировка бинарными включениями
- •Сортировка прямым выбором
- •Сортировка прямым обменом
- •Сортировка методом Шелла
- •Сортировка с помощью бинарного дерева
- •Пирамидальная сортировка
- •Быстрая сортировка разделением
- •Внешняя сортировка
- •Сортировка прямым слиянием
- •Сортировка естественным слиянием
- •Сортировка многопутевым слиянием
- •Многофазная сортировка
- •Хеширование и хеш-таблицы
- •Общие сведения и определения
- •Коллизии при хешировании
- •Разрешение коллизий при хешировании
- •Разрешение коллизий методом открытой адресации
- •Разрешение коллизий методом цепочек
- •Функции хеширования
- •Поисковые деревья
- •Бинарное дерево поиска
- •Структура бинарного дерева поиска и алгоритм поиска
- •Вставка элемента в бинарное дерево поиска
- •Удаление из бинарного дерева поиска
- •Красно-черные деревья
- •Определение красно-черного дерева, структура его элементов
- •Повороты
Очередь
Очередь (queue) – это такой последовательный список с переменной длиной, в который включение элементов происходит с одной стороны, а исключение – с другой стороны. Она функционирует по принципу FIFO (First In First Out, т.е. «первым пришел первым вышел»). Та сторона, с которой осуществляется добавление элементов, называется хвостом (tail) или концом очереди, другая сторона, из которой выполняется удаление, – головой (head). Для индикации хвоста и головы организуется два указателя: указатель хвоста (tail pointer) и указатель головы (head pointer). Логическая структура очереди, которую принято изображать в горизонтальной «ориентации», показана на рисунке 7.3. Обратите внимание, что указатель хвоста ссылается на свободную ячейку, следующую за элементом еn, включенным в очередь последним.
Рисунок 7.3 – Логическая структура очереди
Для очереди выделяется конечная последовательность ячеек, из которых в каждый текущий момент времени элементами очереди занята лишь часть последовательных ячеек. Каждый элемент очереди обычно представляет запись с одинаковой для всех элементов организацией.
Основные операции в очереди включение и исключение элемента. При включении новый элемент заносится в ячейку, адресуемую указателем хвоста, после чего указатель хвоста «перемещается» к следующему свободному элементу. При исключении из очереди извлекается элемент е1, адресуемый указателем головы, и этот указатель «передвигается» к элементу е2, который становится головным элементом. Признаком пустой очереди является равенство указателей хвоста и головы.
В процессе выполнения неоднократных включений и исключений наблюдается перемещение всей очереди к границе хвоста, причем это происходит независимо от того, исключаются элементы или не исключаются. В отличие от стека, скорость перемещения к той границе, откуда включаются элементы, не зависит от интенсивности операций исключения. Состояние переполнения возникает при выходе указателя хвоста за пределы отведенного участка памяти. Этот недостаток устранен в кольцевой очереди, логическая структура которой показана на рисунке 7.4.
В кольцевой очереди соблюдается дисциплина FIFO. В отличие от обычной очереди включение в кольцевую очередь организовано следующим образом: сразу после выхода указателя хвоста за пределы его границы он переводится на слот, расположенный «вплотную» к границе, расположенной со стороны головы и, если этот слот пуст, то в него включается новый элемент. На рисунке 7.4 показана ситуация, когда перемещение указателя хвоста к начальному слоту происходит при включении элемента е4, а затем элемента е5. Очевидно, в кольцевой очереди возможно любое соотношение между указателями головы и хвоста.
Рисунок 7.4 – Логическая структура кольцевой очереди
Очереди находят интенсивное применение в вычислительной технике, например, при буферизации данных в устройствах. Буфер представляет собой набор внутренних ячеек памяти с определенными правилами доступа как со стороны устройства, так и со стороны компьютерного «центра» (программы, исполняемой процессором).
Для устройств с потоковой передачей данных (принтеры, сканеры) буфер ставится между «центром» и устройством, с одной стороны он наполняется, с противоположной опорожняется. Тем самым реализуется принцип обычной очереди. Опорожняющая сторона может извлекать данные из буфера, лишь когда наполняющая сторона их туда «положит». Логика буфера следит за степенью заполнения буфера и сообщает процессору о критических ситуациях, препятствуя переполнению или опустошению.
По принципу кольцевой очереди функционируют, например, буферы некоторых устройств с блочным обменом данными (диски, адаптеры локальных сетей). Наиболее известным примером кольцевой очереди является структура, называемая буфером клавиатуры (буфер BIOS для записи кодов нажимаемых клавиш).
Дек
Особым типом последовательного списка с переменной длиной является дек (deque). Другие названия дека двухсторонняя очередь, очередь с двумя концами (double ended queue). Дек – это такой последовательный список, в котором как включение, так и исключение могут выполняться с любого из двух концов.
Частные случаи дека – дек с ограниченным входом (когда исключение возможно из обоих концов, а включение только с одного) и дек с ограниченным выходом. Во втором случае включение выполняется с обоих концов, а для исключения доступен только один концевой элемент.
Структура дека аналогична структуре обычной очереди. Однако применительно к деку вместо хвоста и головы говорят о правом и левом концах.