Главная » Просмотр файлов » Arndt - Algorithms for Programmers

Arndt - Algorithms for Programmers (523138), страница 38

Файл №523138 Arndt - Algorithms for Programmers (Arndt - Algorithms for Programmers) 38 страницаArndt - Algorithms for Programmers (523138) страница 382013-09-15СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 38)

DATA STRUCTURES}217if ( 0==n_ ) return 0;--lpos_;if ( lpos_ == -1UL ) lpos_ = s_ - 1;z = x_[lpos_];--n_;return n_ + 1;ulong read_first(Type & z) const// read (but don’t remove) first entry// return number of elements (i.e. on error return zero){if ( 0==n_ ) return 0;z = x_[fpos_];return n_;}ulong read_last(Type & z) const// read (but don’t remove) last entry// return number of elements (i.e. on error return zero){return read(n_-1, z); // ok for n_==0}ulong read(ulong k, Type & z) const// read entry k (that is, [(fpos_ + k)%s_])// return 0 if k>=n_// else return k+1{if ( k>=n_ ) return 0;ulong j = fpos_ + k;if ( j>=s_ ) j -= s_;z = x_[j];return k + 1;}private:void grow(){ulong ns = s_ + gq_; // new sizeType *nx = new Type[ns];// move read-position to zero:// rotate_left(x_, s_, fpos_); copy(x_, nx, s_);copy_cyclic(x_, nx, s_, fpos_);fpos_ = 0;lpos_ = n_;delete [] x_; x_ = nx;s_ = ns;}};Its working is demonstrated in [FXT: file demo/deque-out.txt]:insert_first( 1)insert_last(51)insert_first( 2)insert_last(52)insert_first( 3)insert_last(53)insert_first( 4)insert_last(54)extract_first()= 4extract_last() =54insert_first( 5)insert_last(55)extract_first()= 5extract_last() =55extract_first()= 3extract_last() =53extract_first()= 2extract_last() =52insert_first( 6)insert_last(56)extract_first()= 6extract_last() =56extract_first()= 1112233443355332211661151511122332233221151511151515151112211221151515252515111515111515152525151 565652525151525251515252535352525353525253535353 54545353 5555CHAPTER 10.

DATA STRUCTURESextract_last() =51(dequeue empty)(dequeue empty)insert_first( 7)insert_last(57)extract_first()= 7extract_last() =57(dequeue empty)(dequeue empty)insert_first( 9)insert_last(59)10.521877 575799 59Heap and priority queueA heap is a binary tree where the left and right children are smaller or equal than their parent node. Thefunctiontemplate <typename Type>ulong test_heap(const Type *x, ulong n)// return 0 if x[] has heap property// else index of node found to be bigger than its parent{const Type *p = x - 1;for (ulong k=n; k>1; --k){ulong t = (k>>1); // parent(k)if ( p[t]<p[k] ) return k;}return 0; // has heap property}finds out whether a given array has the described heap-property.It turns out that a unordered array of size n can be reordered to a heap in O(n) time1 . The routinetemplate <typename Type>void build_heap(Type *x, ulong n)// reorder data to a heap{for (ulong j=(n>>1); j>0; --j)}heapify1(x-1, n, j);does the trick.

It uses the subroutinetemplate <typename Type>void heapify1(Type *z, ulong n, ulong k)// subject to the condition that the trees below the children of node// k are heaps, move the element z[k] (down) until the tree below node// k is a heap.//// data expected in z[1..n] (!){ulong m = k;ulong l = (k<<1); // left(k);if ( (l <= n) && (z[l] > z[k]) ) m = l;ulong r = (k<<1) + 1; // right(k);if ( (r <= n) && (z[r] > z[m]) ) m = r;if ( m != k ){swap(z[k], z[m]);heapify1(z, n, m);}}That runs in time O(log(n)).1 Thisis slightly non-obvious, see [21] (p.145) for an explanation.CHAPTER 10. DATA STRUCTURES219Heaps are useful to build a so-called priority queue. This is a data structure that supports insertion of anelement and extraction of the maximal element it contains both in an efficient manner. A priority queuecan be used to ‘schedule’ a certain event for a given point in time and return the next pending event.A new element can be inserted into a heap in O(log(n)) time by appending it and moving it towards theroot (that is, the first element) as necessary:bool heap_insert(Type *x, ulong n, ulong s, Type t)// with x[] a heap of current size n// and max size s (i.e.

space for s elements allocated)// insert t and restore heap-property.//// Return true if successful// else (i.e. space exhausted) false//// Takes time \log(n){if ( n > s ) return false;++n;Type *x1 = x - 1;ulong j = n;while ( j > 1 ){ulong k = (j>>1); // k==parent(j)if ( x1[k] >= t ) break;x1[j] = x1[k];j = k;}x1[j] = t;return true;}Similarly, the maximal element can be removed in time O(log(n)):template <typename Type>Type heap_extract_max(Type *x, ulong n)// Return maximal element of heap and// restore heap structure.// Return value is undefined for 0==n{Type m = x[0];if ( 0 != n ){Type *x1 = x - 1;x1[1] = x1[n];--n;heapify1(x1, n, 1);}// else errorreturn m;}Two modifications seem appropriate: First, replacement of extract max() by a extract next(), leavingit as an (compile time) option whether to extract the minimal or the maximal element.

This is achievedby changing the comparison operators at a few strategic places so that the heap is built either as describedabove or with its minimum as first element:#if 1// next() is the one with the smallest key// i.e. extract_next() is extract_min()#define _CMP_ <#define _CMPEQ_ <=#else// next() is the one with the biggest key// i.e. extract_next() is extract_max()#define _CMP_ >#define _CMPEQ_ >=#endifSecond, augmenting the elements used by a event-description that can be freely defined. The resultingutility class istemplate <typename Type1, typename Type2>CHAPTER 10. DATA STRUCTURESclass priority_queue{public:Type1 *t_; // time:t[0..s-1]Type2 *e_; // events: e[0..s-1]ulong s_;// allocated size (# of elements)ulong n_;// current number of eventsulong gq_; // grow gq elements if necessary, 0 for "don’t grow"public:priority_queue(ulong n, ulong growq=0){s_ = n;t_ = new Type1[s_];e_ = new Type2[s_];n_ = 0;gq_ = growq;}~priority_queue() { delete [] t_; delete [] e_; }ulong n() const { return n_; }Type1 get_next(Type2 &e) const// No check if empty{e = e_[0];return t_[0];}void heapify1(Type1 *t1, ulong n, ulong k, Type2 *e1)// events ine1[1..n]// time of events in t1[1..n]{ulong m = k;ulong l = (k<<1); // left(k);if ( (l <= n) && (t1[l] _CMP_ t1[k]) ) m = l;ulong r = (k<<1) + 1; // right(k);if ( (r <= n) && (t1[r] _CMP_ t1[m]) ) m = r;if ( m != k ){swap(t1[k], t1[m]); swap(e1[k], e1[m]);heapify1(t1, n, m, e1);}}Type1 extract_next(Type2 &e){Type1 m = get_next(e);if ( 0 != n_ ){Type1 *t1 = t_ - 1;Type2 *e1 = e_ - 1;t1[1] = t1[n_]; e1[1] = e1[n_];--n_;heapify1(t1, n_, 1, e1);}// else errorreturn m;}bool insert(const Type1 &t, const Type2 &e)// Insert event e at time t// Return true if successful// else (i.e.

space exhausted and 0==gq_) false{if ( n_ >= s_ ){if ( 0==gq_ ) return false; // growing disabledulong ns = s_ + gq_; // new sizeType1 *nt = new Type1[ns];copy(t_, nt, s_);Type2 *ne = new Type2[ns];copy(e_, ne, s_);delete [] t_; t_ = nt;delete [] e_; e_ = ne;s_ = ns;}220CHAPTER 10.

DATA STRUCTURES};}221++n_;Type1 *t1 = t_ - 1;Type2 *e1 = e_ - 1;ulong j = n_;while ( j > 1 ){ulong k = (j>>1); // k==parent(j)if ( t1[k] _CMPEQ_ t ) break;t1[j] = t1[k]; e1[j] = e1[k];j = k;}t1[j] = t;e1[j] = e;return true;The second argument of the constructor determines the number of elements added in case of growth, itis disabled (equals zero) by default. [FXT: class priority queue in ds/priorityqueue.h]A demo that inserts events at random times 0 ≤ t < 1 and for the sake of simplicity uses the negativetime values as ‘events’ gives the outputinserting into piority_queue:...# :event @time0:-0.840188 @0.8401881:-0.394383 @0.3943832:-0.783099 @0.7830993:-0.79844 @0.798444:-0.911647 @0.9116475:-0.197551 @0.1975516:-0.335223 @0.3352237:-0.76823 @0.768238:-0.277775 @0.2777759:-0.55397 @0.55397extracting from piority_queue:...# :event @time10:-0.197551 @0.1975519:-0.277775 @0.2777758:-0.335223 @0.3352237:-0.394383 @0.3943836:-0.55397 @0.553975:-0.76823 @0.768234:-0.783099 @0.7830993:-0.79844 @0.798442:-0.840188 @0.8401881:-0.911647 @0.911647Here all events were inserted, then all were extracted, which does not quite reflect the typical use wherethe inserts and extracts occur intermixed.

[FXT: file demo/priorityqueue-demo.cc]10.6Bit-arrayThe use of bit-arrays should be obvious: an array of tag values (like ‘seen’ versus ‘unseen’) where allstandard data types would be a waste of space. Besides reading and writing individual bits one shouldimplement a convenient search for the next set (or cleared) bit.In FXT the class ([FXT: class bitarray in ds/bitarray.h]) is used for example for lists of small primes([FXT: file mod/primes.cc]), in transpositions ([FXT: transpose ba in aux2/transpose ba.h] and [FXT:transpose2 ba in aux2/transpose2 ba.h]) and several operations on permutations. The public methodsare// operations on bit n:ulong test(ulong n) constvoid set(ulong n)void clear(ulong n)void change(ulong n)ulong test_set(ulong n)ulong test_clear(ulong n)ulong test_change(ulong n)// operations on all bits://////////////test whether n-thset n-th bitclear n-th bittoggle n-th bittest whether n-thtest whether n-thtest whether n-thbit setbit is set and set itbit is set and clear itbit is set and toggle itCHAPTER 10.

DATA STRUCTURES222void clear_all()// clear all bitsvoid set_all()// set all bitsint all_set_q() const;// return whether all bits are setint all_clear_q() const; // return whether all bits are clear// scanning the array:// Note: the given index n is included in the searchulong next_set_idx(ulong n) const// return index of next set or value beyond endulong next_clear_idx(ulong n) const // return index of next clear or value beyond endCombined operations like ‘test-and-set-bit’, ‘test-and-clear-bit’, ‘test-and-change-bit’ are often neededin applications that use bit-arrays.

This is underlined by the fact that modern CPUs typically haveinstructions implementing these operations.On the x86 architecture the corresponding CPU instructions asstatic inline ulong asm_bts(ulong *f, ulong i)// Bit Test and Set{ulong ret;asm ( "btsl %2, %1 \n""sbbl %0, %0": "=r" (ret): "m" (*f), "r" (i) );return ret;}(cf. [FXT: file auxbit/bitasm.h]) are used. If no specialized CPU instructions are available macros as#define DIVMOD_TEST(n, d, bm) \ulong d = n / BITS_PER_LONG; \ulong bm = 1UL << (n % BITS_PER_LONG); \ulong t = bm & f_[d];are used, performance is still good with these (the compiler of course replaces the ‘%’ by the correspondingbit-and with BITS_PER_LONG-1 and the ‘/’ by a right shift by log2 (BITS_PER_LONG) bits).The class does not supply overloading of the array-index operator [] because the writing variant wouldcause a performance penalty.One might want to add ‘sparse’-versions of the scan functions for large bit-arrays with only few bits setor unset.10.7Resizable arrayA resizable array is a container utility that, besides the array itself, uses a minimal (constant) amount ofmeta-data.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
1,52 Mb
Тип материала
Учебное заведение
Неизвестно

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6314
Авторов
на СтудИзбе
311
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее