Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi

Бакнелл Джулиан М.

Листинг 3.34. Расширение размера экземпляра класса TtdArrayQueue

procedure TtdArrayQueue.aqGrow;

var

i : integer;

ToInx : integer;

begin

{увеличить размер списка}

FList.Count := (FList.Count * 3) div 2;

{теперь элементы находятся в конце списка, необходимо восстановить корректный порядок элементов в кольцевой очереди}

if (FHead = 0) then

FTail := FCount else begin

ToInx := FList.Count;

for i := pred(Count) downto FHead do begin

dec(ToInx);

FList[ToInx] := FList[i];

end;

FHead := ToInx;

end;

end;

Приведенный метод является

наиболее сложным методом во всем классе. При его вызове очередь заполнена, индекс конца очереди временно равен индексу начала (не забывайте, что это также означает, что очередь пуста), причем необходимо увеличить размер массива TList. Первое, что мы делаем, - увеличиваем размер массива на 50%. После этого нужно исправить кольцевую очередь таким образом, чтобы она правильно учитывала свободное место. Если значение индекса начала очереди равно 0, кольцевая очередь была не круговой, и все что требуется сделать - изменить значение индекса конца очереди. Если же значение индекса начала не равно 0, очередь была "закольцована" внутри массива. Чтобы переходить по элементам в правильном порядке, мы начинаем с индекса начала очереди, доходим до старого конца массива, переходим к началу массива и идем до индекса конца очереди (который равен индексу начала очереди). Теперь у нас имеются дополнительные элементы, которые находятся между старым и новым концом массива. Следовательно, мы должны поместить элементы, находящиеся между началом очереди и старым концом массива таким образом, чтобы они занимали место до нового конца массива. После этого мы получим правильный порядок элементов в кольцевой очереди.

Полный код класса TtdArrayQueue можно найти на Web-сайте издательства, в разделе материалов. После выгрузки материалов отыщите среди них файл TDStkQue.pas.

Резюме

Эта глава была посвящена связным спискам: как односвязным, так и двухсвязным. Были описаны некоторые проблемы, касающиеся работы стандартного связного списка, и показано, что использование диспетчера узлов повысило быстродействие обеих версий списков. В конце главы мы рассмотрели стеки и очереди и реализовали их на основе связных списков и массивов.

После изучения стеков и очередей, основанных на связных списках и массивах, вы, наверное, задали себе вопрос: "Какой тип лучше использовать?" Тесты на контроль времени в различных версиях Delphi (16- и 32-разрядных) показали, что в большинстве случаев быстрее оказывается версия, основанная на массиве. Ее и лучше использовать. Исключением является случай, когда в Delphi1 количество элементов в стеке или очереди превышает 16000 - это максимальное значение для Delphi1. Поэтому, если в вашем стеке или очереди будет больше 16000 элементов, в Delphi1 потребуется работать со связными списками.

Глава 4. Поиск.

Поиск - это действие, заключающееся в просмотре набора элементов и выделении из этого набора интересующего элемента. Наверное, все вы знакомы с одной из функций поиска - Pos из модуля SysUtils, которая предназначена для поиска подстроки в строке.

Эта и следующая главы, посвященные поиску, довольно-таки тесно связаны между собой. Часто поиск элемента приходится осуществлять в уже отсортированном контейнере. И если контейнер отсортирован, можно воспользоваться эффективным алгоритмом для поиска позиции вставки нового элемента, чтобы и после вставки контейнер оказался отсортированным. Тем не менее, поиск не ограничивается просмотром отсортированных списков. Мы, помимо прочих, рассмотрим простейший тип поиска - алгоритмы, которые кажутся почти очевидными и не заслуживают специального названия.

Кроме того, настоящая глава служит мостом между простыми фундаментальными контейнерами, массивами и связными списками, и более сложными, например, бинарными деревьями, списками пропусков и хеш-таблицами. Эффективный поиск зависит от сложности контейнера, в котором находятся элементы, поэтому мы приводим алгоритмы как для массивов, так и для связных списков. В последующих главах при рассмотрении более сложных контейнеров мы всегда будем говорить об оптимальной стратегии поиска для обсуждаемых структур данных.

Процедуры сравнения

Само действие поиска элемента в наборе элементов требует возможности отличать элементы друг от друга. Если мы не можем различить два элемента, то не имеет смысла искать один из таких элементов. Таким образом, первая трудность, которую нам потребуется преодолеть, - это сравнение двух элементов, находящихся в одном наборе. Существует два типа сравнения. Первый из них предназначен для несортированных списков элементов, когда все, что нам нужно знать, так это равны ли два элемента. Второй тип используется в отсортированных списках элементов, когда можно добиться повышения эффективности поиска, если имеется возможность определить отношение одного элемента к другому (меньше, равен или больше). (Фактически, операция сравнения определяет, в каком порядке элементы находятся в списке. При поиске в отсортированном списке необходимо выполнять то же самое сравнение, на основе которого был построен список.)

Очевидно, что если элементы принадлежат к целочисленному типу, операция сравнения не представляет никаких трудностей: все мы можем взять два целых числа и определить, отличаются они или нет. В случае строк сравнение усложняется. Можно выполнять сравнение, чувствительное к регистру (т.е. строчные символы будут отличаться от прописных), и сравнение, нечувствительное к регистру (т.е. строчные символы не будут отличаться от прописных), сравнение по локальным таблицам символов (сравнение на основе алгоритмов, специфических для определенной страны или языка) и т.д. Тип set в Delphi, несмотря на то, что он позволяет сравнивать два набора, все же не имеет четко определенного способа определения того, что один набор больше другого (фактически выражение "один набор больше другого" не имеет смысла, если речь не идет о количестве элементов). А что касается объектов, то здесь даже нет метода, который бы позволил сказать, что объект A равен или не равен объекту B (за исключением сравнения указателей на объекты).

Лучше всего на данном этапе рассматривать процедуру сравнения в виде "черного ящика" - функции с четко определенным интерфейсом или синтаксисом, которая в качестве входного параметра принимает два элемента и возвращает результат сравнения - первый элемент меньше второго, первый элемент равен второму или первый элемент больше второго. Для тех типов элементов, которые не имеют определенного порядка (т.е. даже если известно, что два элемента не равны, мы не можем определить, меньше элемент A элемента B или больше), нужно предусмотреть, чтобы функция сравнения возвращала значение, которое трактуется как "не равно".

В книге все функции сравнения принадлежат к типу TtdCompareFunc (этот тип объявлен в файле TDBasics.pas, который можно найти на Web-сайте издательства, в разделе материалов; там же находятся и примеры функций сравнения):

Листинг 4.1. Прототип функции TtdCompareFunc

type

TtdCompareFunc = function(aData1, aData2 : pointer) : integer;

Другими словами, функция сравнения в качестве входных параметров принимает два указателя и возвращает целочисленное значение. Возвращаемое значение будет равно 0, если два сравниваемых элемента равны, меньше нуля, если первый элемент меньше второго, и больше нуля, если первый элемент больше второго. Тип параметров aData1 и aData2 определяет сама функция, и она же решает, что делать с переданными данными: привести к определенному классу или просто к типу, который не является указателем.