MADO 19 EDAI

Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 1/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Manual de prácticas del laboratorio de Estructuras de datos y algoritmos I Elaborado por: Revisado por: Autorizado por: Vigente desde: Jorge A. Solano Laura Sandoval Montaño Alejandro Velázquez Mena 20 de enero de 2017 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 2/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Índice de prácticas No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Nombre Aplicaciones de arreglos Aplicaciones de apuntadores Tipo de dato abstracto Almacenamiento en tiempo de ejecución Estructuras de datos lineales: Pila y cola Estructuras de datos lineales: Cola circular y cola doble Estructuras de datos lineales: Lista simple y lista circular Estructuras de datos lineales: Lista doblemente ligada y doblemente ligada circular Introducción a Python (I) Introducción a Python (II) Estrategias para la construcción de algoritmos (I) Estrategias para la construcción de algoritmos (II) Recursividad 2 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 3/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 01: Aplicaciones de arreglos Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 3 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 4/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 01: Aplicaciones de arreglos Objetivo: Utilizar arreglos unidimensionales y multidimensionales para dar solución a problemas computacionales. Actividades:   Crear arreglos unidimensionales. Crear arreglos multidimensionales. Introducción Un arreglo es un conjunto de datos contiguos del mismo tipo con un tamaño fijo definido al momento de crearse. Pueden ser unidimensionales o multidimensionales. A cada elemento (dato) del arreglo se le asocia una posición particular. Para acceder a los elementos de un arreglo es necesario utilizar un índice. En lenguaje C, el índice de cada dimensión inicia en 0 y termina en n-1, donde n es el tamaño de la dimensión. Licencia GPL de GNU El software presente en esta guía práctica es libre bajo la licencia GPL de GNU, es decir, se puede modificar y distribuir mientras se mantenga la licencia GPL. /* * * * * * * * * This program is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later version. This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the 4 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 5/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada * * * * * * */ GNU General Public License for more details. You should have received a copy of the GNU General Public License along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. Author: Jorge A. Solano Arreglos contiguos o ligados Un arreglo contiguo es aquel que se crea desde el inicio del programa y permanece estático durante toda la ejecución del mismo, es decir, no se puede redimensionar. Un arreglo ligado es aquel que se declara en tiempo de ejecución y bajo demanda, por lo tanto, es posible incrementar su tamaño durante la ejecución del programa, utilizando de manera más eficiente la memoria. Para crear un arreglo ligado se debe utilizar lo que se conoce como memoria dinámica. Los arreglos unidimensionales están constituidos por localidades de memoria (ya sea contiguas o ligadas) ordenadas bajo un mismo nombre y sobre un solo nivel (una dimensión). Figura 1. Representación en memoria de un arreglo unidimensional. 5 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 6/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Los arreglos multidimensionales están constituidos por localidades de memoria (ya sea contiguas o ligadas) ordenadas bajo un mismo nombre y que pueden tener varios niveles (varias dimensiones) que van desde el plano (2 dimensiones) hasta la enésima dimensión. Figura 2. Representación en memoria de un arreglo bidimensional. 6 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 7/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Figura 3. Representación en memoria de un arreglo tridimensional. 7 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 8/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Aplicaciones de arreglos Los arreglos son una herramienta indispensable a la hora de realizar aplicaciones computacionales. Si se quiere programar un juego de mesa (como ajedrez o scrabble), llevar el control de calificaciones de un grupo de alumnos, implementar estructuras de datos, optimizar operaciones matemáticas, etc., se utilizan necesariamente arreglos. La escítala espartana Uno de los primeros métodos criptográficos conocidos proviene de Esparta, Grecia. El método consiste en enrollar una tira de escritura a lo largo de un palo llamado escítala y escribir sobre la tira una vez enrollada. Al desenrollar el mensaje resulta ininteligible a menos que se posea una escítala similar a la que se usó para crear el mensaje. Figura 4. Forma de la escítala espartana y la tira de escritura. 8 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 9/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Código (la escítala espartana) #include<stdio.h> /* Programa que realiza la implementación de la escitala espartana Para cifrar y descifrar. */ void crearMensaje(); void descifrarMensaje(); int main(){ short opcion=0; while (1){ printf("\n\t*** ESCÍTALA ESPARTANA ***\n"); printf("¿Qué desea realizar?\n"); printf("1) Crear mensaje cifrado.\n"); printf("2) Descifrar mensaje.\n"); printf("3) Salir.\n"); scanf("%d", &opcion); switch(opcion){ case 1: crearMensaje(); break; case 2: descifrarMensaje(); break; case 3: return 0; default: printf("Opción no válida.\n"); } } return 0; } void crearMensaje(){ int ren, col, i, j, k=0; printf("Ingresar el tamaño de la escítala:\n"); printf("\nRenglones:"); scanf("%i",&ren); printf("\nColumnas:"); scanf("%i",&col); 9 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 10/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada char escitala[ren][col]; char texto[ren*col]; printf("Escriba el texto a cifrar:\n"); scanf("%s", texto); for (i=0 ; i<ren ; i++) for (j=0 ; j<col ; j++) escitala[i][j] = texto[k++]; printf("El texto en la tira queda de la siguiente manera:\n"); for (i=0 ; i<col ; i++) for (j=0 ; j<ren ; j++) printf("%c", escitala[j][i]); printf("\n"); } void descifrarMensaje(){ int ren, col, i, j, k=0; printf("Ingresar el tamaño de la escítala:\n"); printf("\nRenglones:"); scanf("%i",&ren); printf("\nColumnas:"); scanf("%i",&col); char escitala[ren][col]; char texto[ren*col]; printf("Escriba el texto a descifrar:\n"); scanf("%s", texto); for (i=0 ; i<col ; i++) for (j=0 ; j<ren ; j++) escitala[j][i] = texto[k++]; printf("El texto descifrado es:\n"); for (i=0 ; i<ren ; i++) for (j=0 ; j<col ; j++) printf("%c", escitala[i][j]); } 10 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 11/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliografía El lenguaje de programación C. Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie, segunda edición, USA, Pearson Educación 1991. 11 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 12/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 02: Aplicaciones de apuntadores Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 12 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 13/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 02: Aplicaciones de apuntadores Objetivo: Utilizar apuntadores en lenguaje C para acceder a las localidades de memoria tanto de datos primitivos como de arreglos. Actividades:   Crear apuntadores. Leer y modificar datos a través de apuntadores. Introducción Un apuntador es una variable que contiene la dirección de memoria de otra variable. Los apuntadores se utilizan para dar claridad y simplicidad a las operaciones a nivel de memoria. Lenguaje C es un lenguaje de alto nivel porque permite programar a bajo nivel. La programación a bajo nivel se refiere a la manipulación de los recursos físicos de un equipo computacional. Los apuntadores permiten manipular de manera directa las localidades de memoria RAM de la computadora. Licencia GPL de GNU El software presente en esta guía práctica es libre bajo la licencia GPL de GNU, es decir, se puede modificar y distribuir mientras se mantenga la licencia GPL. /* * * * * * * * This program is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later version. This program is distributed in the hope that it will be useful, 13 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 14/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada * * * * * * * * * */ but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License for more details. You should have received a copy of the GNU General Public License along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. Author: Jorge A. Solano Apuntadores Un apuntador es una variable que contiene la dirección de memoria de otra variable, es decir, hace referencia a la localidad de memoria de otra variable. Debido a que los apuntadores trabajan directamente con la memoria, a través de ellos se accede con rapidez a la información almacenada. Para declarar un apuntador se debe definir el tipo de dato y el nombre de la variable apuntador precedida de un asterisco (*). Una variable de tipo apuntador debe tener el mismo tipo de dato de la variable a la que va a apuntar: TipoDeDato *apuntador, variable; Para asignarle un valor al apuntador, se debe acceder a la localidad de memoria de la variable a través de un ampersand (&): apuntador = &variable; Los apuntadores solo deben apuntar a variables del mismo tipo de dato con el que fueron declarados. 14 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 15/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Código (apuntador a carácter) #include <stdio.h> /* Este programa crea un apuntador de tipo carácter. */ int main () { char *ap, c; c = 'x'; ap = &c; // imprime el carácter de la localidad a la que apunta printf("Carácter: %c\n",*ap); // imprime el código ASCII de la localidad a la que apunta printf("Código ASCII: %d\n",*ap); // imprime la dirección de memoria de la localidad a la que apunta printf("Dirección de memoria: %d\n",ap); return 0; } Figura 1. Apuntador a carácter. 15 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 16/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Código (apuntador a entero) #include <stdio.h> /* Este programa crea un apuntador de tipo entero y modifica la información a través del mismo. */ int main () { short a = 5, b = 10; short *apEnt; apEnt = &a; // imprime el valor entero de a printf("a = %i\n", a); b = *apEnt; // b = 5 // imprime el valor de lo que apunta apEnt printf("b = %i //*apEnt\n", b); b = *apEnt+1; // b = 6 // imprime el valor de lo que apunta apEnt + 1 printf("b = %i //*apEnt+1\n", b); *apEnt = 0; // a = 0 // le asigna el valor de 0 a la variable al que apunta apEnt printf("a = %i //*apEnt = 0\n", a); return 0; } Figura 2. Apuntador a entero. 16 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 17/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Código (apuntador a arreglo) #include <stdio.h> /* Este programa crea un apuntador de tipo entero que apunta al inicio de un arreglo. */ int main () { short arr[5], *apArr; apArr = &arr[0]; // imprime la dirección de memoria del arreglo en la posición [0] printf("Dirección del arreglo en la primera posición: %x\n",&arr[0]); // imprime la dirección de memoria del arreglo // (el nombre del arreglo es un apuntador) printf("Dirección del arreglo: %x\n",&arr); // imprime la dirección de memoria del apuntador apArr printf("Dirección del apuntador: %x\n",apArr); return 0; } Figura 3. Apuntador a arreglo. Como se puede observar en el código anterior, el nombre del arreglo es, en sí, un apuntador a la primera localidad del mismo. 17 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 18/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Parámetros de las funciones Dentro de los parámetros o argumentos que define una función, se pueden trabajar con los valores o con las referencias de las variables. Cuando se trabaja con los valores (lo que se conoce como paso de variables por valor) en realidad se envía una copia del valor original a la función de tal manera que, si ésta modifica el contenido de la variable, el valor original no se verá afectado. Por otro lado, cuando se trabaja con las referencias (lo que se conoce como paso de variables por referencia) en realidad se envía un apuntador hacia el valor original y, por ende, en realidad se está trabajando con dicho valor todo el tiempo. Código (Paso de variables por valor y por referencia) #include<stdio.h> void pasarValor(int); void pasarReferencia(int *); int main(){ int nums[] = {55,44,33,22,11}; int *ap, cont; ap = nums; printf("Pasar valor: %d\n", *ap); pasarValor(*ap); printf("Pasar referencia: %d\n", *ap); pasarReferencia(ap); printf("Valor final: %d\n", *ap); return 0; } void pasarValor(int equis){ printf("%d\n", equis); equis = 128; printf("%d\n", equis); } void pasarReferencia(int *equis){ printf("%d\n", *equis); *equis = 128; printf("%d\n", *equis); } 18 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 19/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Debido a que el nombre de un arreglo es, en realidad, un apuntador a la primera localidad del arreglo, cuando se envía un arreglo como argumento de una función, dentro de la función se está trabajando directamente con el arreglo original. Aplicaciones de apuntadores Trabajar a nivel de memoria genera muchas ventajas, entre ellas la rapidez y la sencillez para manipular los datos. Dentro de las aplicaciones más útiles de los apuntadores se encuentran las que tienen que ver con arreglos. Como ya se mencionó, el acceso a un arreglo se puede hacer mediante un índice a cada localidad del mismo. Sin embargo, otra forma de recorrer un arreglo es mediante un apuntador, haciendo más eficiente el acceso a los datos por la rapidez que proporciona éste, esto debido al concepto aritmética de apuntadores. Dentro de la aritmética de los apuntadores, suponiendo que apArr es un apuntador a algún elemento de un arreglo, entonces:   apArr++: Incrementa apArr para apuntar a la siguiente localidad de memoria. apArr+=i: Incrementa apArr para apuntar a la i-ésima localidad de memoria a partir del valor inicial de apArr. 19 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 20/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Código (aritmética de direcciones) #include<stdio.h> /* Se imprimen 3 valores de un arreglo a través de aritmética de direcciones. */ int main () { short arr[5] = {91,28,73,46,55}; short *apArr; apArr = arr; // apunta al inicio del arreglo printf("*apArr = %i\n",*apArr); // suma una localidad al inicio del arreglo e imprime su valor printf("*(apArr+1) = %i\n",*(apArr+1)); printf("*(apArr+2) = %i\n",*(apArr+2)); return 0; } Código (arreglo unidimensional) #include<stdio.h> /* Se recorre un arreglo unidimensional a través de un apuntador */ int main(){ short nums[] = {55,44,33,22,11}; short *ap, cont; ap = nums; for (cont = 0; cont < 5 ; cont++) printf("%x\n",(ap+cont)); return 0; } 20 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 21/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Código (arreglo bidimensional) #include<stdio.h> /* Se recorre un arreglo bidimensional a través de un apuntador */ int main(){ int *ap, indice; int nums[3][3] = {{99,88,77}, {66,55,44}, {33,22,11}}; ap = nums; for (indice = 0; indice < 9 ; indice++){ if ((indice%3)==0) printf("\n"); printf("%x\t",(ap+indice)); } return 0; } El cifrado César En el siglo I antes de Cristo, Julio César el célebre militar y político, usó éste cifrado para enviar órdenes a sus generales en los campos de batalla. El método consiste en desplazar el abecedario 3 posiciones, es decir, en lugar de iniciar en la letra A, el abecedario inicia en la letra D. En claro Cifrado A D B E C F D G E H F I G J H K I L J M K N L O M P N Q O R P S Q T R U S V T W U X V Y W Z X A Y B Z C De tal manera, si se quiere enviar el mensaje en claro RETIRADA, el mensaje cifrado será UHWLUDGD. 21 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 22/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Código (Cifrado César) #include<stdio.h> /* Programa que realiza la implementación del cifrado César */ #define TAM_PALABRA 20 #define TAM_ABC 26 char abecedarioEnClaro[TAM_ABC] = {'A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T' ,'U','V','W','X','Y','Z'}; char abecedarioCifrado[TAM_ABC] = {'D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W' ,'X','Y','Z','A','B','C'}; void cifrar(char *textoEnClaro); void descifrar(char *textoCifrado); int main(){ short opcion = 0, contador; char palabra[TAM_PALABRA]; while (1){ printf("\n\t*** CIFRADO CÉSAR ***\n"); for (contador=0 ; contador<26; contador++) printf("%c", *(abecedarioEnClaro+contador)); printf("\n"); for (contador=0 ; contador<26; contador++) printf("%c", *(abecedarioCifrado+contador)); printf("\nElegir una opción:\n"); printf("1) Cifrar\n"); printf("2) Descifrar.\n"); printf("3) Salir.\n"); scanf("%d", &opcion); switch(opcion){ case 1: printf("Ingresar la palabra a cifrar (en mayúsculas): "); scanf("%s", palabra); cifrar(palabra); break; case 2: printf("Ingresar la palabra a descifrar (en mayúsculas): "); scanf("%s", palabra); 22 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 23/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada descifrar(palabra); break; case 3: return 0; default: printf("Opción no válida."); } } return 0; } void cifrar(char *textoEnClaro){ printf("El texto %s cifrado es: ", textoEnClaro); int contadorAbcedario, contadorPalabra, indice = 0; for (contadorPalabra=0 ; contadorPalabra<textoEnClaro[contadorPalabra] ; contadorPalabra++) for (contadorAbcedario=0 ; contadorAbcedario<TAM_ABC ; contadorAbcedario++) if (abecedarioEnClaro[contadorAbcedario] == textoEnClaro[contadorPalabra]){ printf("%c", abecedarioCifrado[contadorAbcedario]); contadorAbcedario = 26; } printf("\n"); } void descifrar(char *textoCifrado){ printf("El texto %s descifrado es: ", textoCifrado); int contadorAbcedario, contadorPalabra, indice = 0; for (contadorPalabra=0 ; contadorPalabra<textoCifrado[contadorPalabra] ; contadorPalabra++) for (contadorAbcedario=0 ; contadorAbcedario<TAM_ABC ; contadorAbcedario++) if (abecedarioCifrado[contadorAbcedario] == textoCifrado[contadorPalabra]){ printf("%c", abecedarioEnClaro[contadorAbcedario]); contadorAbcedario = 26; } printf("\n"); } 23 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 24/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliografía El lenguaje de programación C. Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie, segunda edición, USA, Pearson Educación 1991. 24 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 25/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 03. Tipo de dato abstracto Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 25 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 26/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 03. Tipo de dato abstracto Objetivo: Utilizarás estructuras en lenguaje C para modelar tipos de dato abstracto e implementarlos en las estructuras de datos lineales. Actividades:   Crear estructuras en lenguaje C. Crear tipos de datos utilizando estructuras. Introducción Un tipo de dato abstracto (TDA) es un conjunto de datos u objetos creado de manera personalizada por un programador para un fin específico. Un TDA es una abstracción que permite modelar las características de un elemento en particular. Un tipo de dato abstracto se puede manipular de forma similar a los tipos de datos que están predefinidos dentro del lenguaje de programación, encapsulando más información, según se requiera. La implementación de un tipo de dato abstracto depende directamente del lenguaje de programación que se utilice. En lenguaje C los tipos de dato abstracto se crean mediante las estructuras (struct). Licencia GPL de GNU El software presente en esta guía práctica es libre bajo la licencia GPL de GNU, es decir, se puede modificar y distribuir mientras se mantenga la licencia GPL. /* * * This program is free software: you can redistribute it and/or modify * it under the terms of the GNU General Public License as published by 26 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 27/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada * * * * * * * * * * * * * */ the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later version. This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License for more details. You should have received a copy of the GNU General Public License along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. Author: Jorge A. Solano Estructuras en lenguaje C Una estructura es una colección de una o más variables, de iguales o diferentes tipos, agrupadas bajo un solo nombre, es decir, es un tipo de dato compuesto que permite almacenar un conjunto de datos de diferente tipo (agrupar un grupo de variables relacionadas entre sí) que pueden ser tratadas como una unidad (bajo un mismo nombre). Las estructuras pueden contener tipos de datos simples y tipos de datos compuestos. Los tipos de datos simples (o primitivos) son: carácter, números enteros o números de punto flotante. Los tipos de datos compuestos son: los arreglos y las estructuras. Por lo tanto, los tipos de datos abstractos (TDA) en lenguaje C se pueden crear a través de una estructura. Cada ente u objeto es una abstracción de un elemento y, por ende, se puede modelar a través de una estructura en lenguaje C: una película, un video, una pista musical, un documento a imprimir, las armas de un juego, etc. 27 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 28/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada La sintaxis para crear estructuras en lenguaje C está definida por la palabra reservada struct, seguida del nombre de la estructura y, entre llaves, se definen el número y tipo de variables que definan al nodo (abstracción), es decir: struct nodo { tipoDato elemento1; tipoDato elemento2; … tipoDato elementoN; }; Para crear una variable de un tipo de dato abstracto, se debe especificar el nombre de la estructura y el nombre de la variable, es decir: struct nodo elemento; donde elemento es el nombre de la variable con la que se puede acceder a los datos definidos dentro de la estructura. Código (Nodo película) #include<stdio.h> struct pelicula{ char *nombre; char *genero; short anio; short numDirectores; char *directores[10]; }; void imprimirDatosPelicula(struct pelicula); struct nodo llenarDatosPelicula(char *, char *, short , short , char *[10]); 28 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 29/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada int main(){ char *directores[10]; directores[0] = "Lana Wachowski"; directores[1] = "Andy Wachowski"; struct pelicula matrix = llenarDatosPelicula("The matrix", "Ciencia ficción", 1999, 2, directores); imprimirDatosPelicula(matrix); return 0; } struct nodo llenarDatosPelicula(char *nombre, char *genero, short anio, short numDirectores, char *directores[10]){ struct pelicula movie; movie.nombre = nombre; movie.genero = genero; movie.anio = anio; movie.numDirectores = numDirectores; int cont = 0; for ( ; cont < movie.numDirectores ; cont++){ movie.directores[cont] = directores[cont]; } return movie; } void imprimirDatosPelicula(struct pelicula movie){ printf("PELICULA: %s\n", movie.nombre); printf("GENERO: %s\n", movie.genero); printf("ANIO: %d\n", movie.anio); printf("DIRECTOR(ES):\n"); int cont = 0; for ( ; cont < movie.numDirectores ; cont++){ printf("%s\n", movie.directores[cont]); } } En el ejemplo anterior se puede observar el modelado de algunas de las características que puede tener una película. 29 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 30/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Código (Pila de películas) #include<stdio.h> #define TAM 2 #define NUM_DIR 2 struct pelicula{ char nombre[20]; char genero[20]; short anio; short numDirectores; char directores[NUM_DIR][20]; }; void llenarArreglo(struct pelicula *); void imprimirArreglo(struct pelicula *); int main(){ struct pelicula arreglo[TAM]; llenarArreglo (arreglo); imprimirArreglo (arreglo); return 0; } void llenarArreglo(struct pelicula arreglo [TAM]){ int iesimo, enesimo; for (iesimo=0 ; iesimo<TAM ; iesimo++) { struct pelicula movie; printf("####### Película %d #######\n", iesimo+1); printf("Ingrese nombre película:"); setbuf(stdin, NULL); scanf("%s", movie.nombre); getchar(); printf("Ingrese género película:"); setbuf(stdin, NULL); scanf("%s", movie.genero); getchar(); printf("Ingrese año película:"); setbuf(stdin, NULL); scanf("%d", &movie.anio); movie.numDirectores = NUM_DIR; for (enesimo=0 ; enesimo<NUM_DIR ; enesimo++){ printf("Ingrese director %d:", enesimo+1); setbuf(stdin, NULL); scanf("%s", movie.directores[enesimo]); getchar(); 30 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 31/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada } arreglo[iesimo] = movie; } } void imprimirArreglo(struct pelicula arreglo [TAM]){ int iesimo, enesimo; printf("####### Contenido del arreglo #######\n"); for (iesimo=TAM-1 ; iesimo>=0 ; iesimo--) { printf("####### Película %d #######\n", iesimo+1); printf("PELÍCULA: %s\n", arreglo[iesimo].nombre); printf("GÉNERO: %s\n", arreglo[iesimo].genero); printf("AÑO: %d\n", arreglo[iesimo].anio); printf("DIRECTOR(ES):\n"); for (enesimo=0 ; enesimo<arreglo[iesimo].numDirectores ; enesimo++){ printf("%s\n", arreglo[iesimo].directores[enesimo]); } } } Como se puede observar en el ejemplo anterior, un tipo de dato abstracto permite modelar cualquier elemento (película en este caso) para ser manipulado como una unidad dentro de una estructura de datos. Los elementos (estructuras en lenguaje C) pueden estar compuestos por tipos de datos simples (enteros, caracteres o reales) o por datos compuestos (arreglos y otras estructuras en lenguaje C), haciendo que el modelado de elementos sea tan específico como se requiera. 31 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 32/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliografía El lenguaje de programación C. Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie, segunda edición, USA, Pearson Educación 1991. 32 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 33/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 04. Almacenamiento en tiempo de ejecución Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 33 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 34/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 04. Almacenamiento en tiempo de ejecución. Objetivo: Utilizarás funciones en lenguaje C que permiten reservar y almacenar información de manera dinámica (en tiempo de ejecución). Actividades:   Utilizar funciones para reservar memoria dinámica en lenguaje C. Almacenar información en los elementos reservados con memoria dinámica. Introducción La memoria dinámica se refiere al espacio de almacenamiento que se reserva en tiempo de ejecución, debido a que su tamaño puede variar durante la ejecución del programa. El uso de memoria dinámica es necesario cuando a priori no se conoce el número de datos y/o elementos que se van a manejar. Licencia GPL de GNU El software presente en esta guía práctica es libre bajo la licencia GPL de GNU, es decir, se puede modificar y distribuir mientras se mantenga la licencia GPL. /* * * * * * * * * * This program is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later version. This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the 34 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 35/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada * * * * * * * */ GNU General Public License for more details. You should have received a copy of the GNU General Public License along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>. Author: Jorge A. Solano Memoria dinámica Dentro de la memoria RAM, la memoria reservada de forma dinámica está alojada en el heap o almacenamiento libre y la memoria estática (como los arreglos o las variables primitivas) en el stack o pila. La pila generalmente es una zona muy limitada. El heap, en cambio, en principio podría estar limitado por la cantidad de memoria disponible durante la ejecución del programa y el máximo de memoria que el sistema operativo permita direccionar a un proceso. Figura 1. Regiones de la memoria RAM 35 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 36/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada El montículo o heap (también llamado segmento de datos) es un medio de almacenamiento con más capacidad que la pila y que puede almacenar datos durante toda la ejecución de las funciones. Las variables globales y estáticas viven en el heap mientras la aplicación se esté ejecutando. Para acceder a cualquier dato almacenado dentro del heap se debe tener una referencia o apuntador en la pila. La memoria que se define de manera explícita (estática) tiene una duración fija, que se reserva (al iniciar el programa) y libera (al terminar la ejecución) de forma automática. La memoria dinámica se reserva y libera de forma explícita. El almacenamiento dinámico puede afectar el rendimiento de una aplicación debido a que se llevan a cabo arduas tareas en tiempo de ejecución: buscar un bloque de memoria libre y almacenar el tamaño de la memoria asignada. Lenguaje C permite el almacenamiento de memoria en tiempo de ejecución a través de tres funciones: malloc, calloc y realloc. malloc La función malloc permite reservar un bloque de memoria de manera dinámica y devuelve un apuntador tipo void. Su sintaxis es la siguiente: void *malloc(size_t size); La función recibe como parámetro el número de bytes que se desean reservar. En caso de que no sea posible reservar el espacio en memoria, se devuelve el valor nulo (NULL). 36 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 37/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada free El almacenamiento en tiempo de ejecución se debe realizar de manera explícita, es decir, desde la aplicación se debe enviar la orden para reservar memoria. Así mismo, cuando la memoria ya no se utilice o cuando se termine el programa se debe liberar la memoria reservada. La función free permite liberar memoria que se reservó de manera dinámica. Su sintaxis es la siguiente: void free(void *ptr); El parámetro ptr es el apuntador al inicio de la memoria que se desea liberar. Si el apuntador es nulo la función no hace nada. Código (malloc) #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main (){ int *arreglo, num, cont; printf("¿Cuantos elementos tiene el conjunto?\n"); scanf("%d",&num); arreglo = (int *)malloc (num * sizeof(int)); if (arreglo!=NULL) { printf("Vector reservado:\n\t["); for (cont=0 ; cont<num ; cont++){ printf("\t%d",*(arreglo+cont)); } printf("\t]\n"); printf("Se libera el espacio reservado.\n"); free(arreglo); } return 0; } 37 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 38/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada calloc La función calloc funciona de manera similar a la función malloc pero, además de reservar memoria en tiempo real, inicializa la memoria reservada con 0. Su sintaxis es la siguiente: void *calloc (size_t nelem, size_t size); El parámetro nelem indica el número de elementos que se van a reservar y size indica el tamaño de cada elemento. Código (calloc) #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main (){ int *arreglo, num, cont; printf("¿Cuantos elementos tiene el conjunto?\n"); scanf("%d",&num); arreglo = (int *)calloc (num, sizeof(int)); if (arreglo!=NULL) { printf("Vector reservado:\n\t["); for (cont=0 ; cont<num ; cont++){ printf("\t%d",*(arreglo+cont)); } printf("\t]\n"); printf("Se libera el espacio reservado.\n"); free(arreglo); } return 0; } 38 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 39/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada realloc La función realloc permite redimensionar el espacio asignado previamente de forma dinámica, es decir, permite aumentar el tamaño de la memoria reservada de manera dinámica. Su sintaxis es la siguiente: void *realloc (void *ptr, size_t size); Donde ptr es el apuntador que se va a redimensionar y size el nuevo tamaño, en bytes, que se desea aumentar al conjunto. Si el apuntador que se desea redimensionar tiene el valor nulo, la función actúa como la función malloc. Si la reasignación no se pudo realizar, la función devuelve un apuntador a nulo, dejando intacto el apuntador que se pasa como parámetro (el espacio reservado previamente). Código (realloc) #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main (){ int *arreglo, *arreglo2, num, cont; printf("¿Cuántos elementos tiene el conjunto?\n"); scanf("%d",&num); arreglo = (int *)malloc (num * sizeof(int)); if (arreglo!=NULL) { for (cont=0 ; cont < num ; cont++){ printf("Inserte el elemento %d del conjunto.\n",cont+1); scanf("%d",(arreglo+cont)); } printf("Vector insertado:\n\t["); for (cont=0 ; cont < num ; cont++){ printf("\t%d",*(arreglo+cont)); } printf("\t]\n"); printf("Aumentando el tamaño del conjunto al doble.\n"); num *= 2; arreglo2 = (int *)realloc (arreglo,num*sizeof(int)); if (arreglo2 != NULL) { 39 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 40/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada arreglo = arreglo2; for (; cont < num ; cont++){ printf("Inserte el elemento %d del conjunto.\n",cont+1); scanf("%d",(arreglo2+cont)); } printf("Vector insertado:\n\t["); for (cont=0 ; cont < num ; cont++){ printf("\t%d",*(arreglo2+cont)); } printf("\t]\n"); } free (arreglo); } return 0; } 40 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 41/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliografía El lenguaje de programación C. Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie, segunda edición, USA, Pearson Educación 1991. Ariel Rodríguez (2010). How knowing C and C++ can help you write better iPhone apps, part 1. [Figura 1]. Consulta: Enero de 2016. Disponible en: http://akosma.com/2010/10/11/how-knowing-c-and-c-can-help-you-write-betteriphone-apps-part-1/ 41 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 42/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 05. Estructuras de datos lineales: Pila y cola. Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 42 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 43/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 05. Estructuras de datos lineales: Pila y cola. Objetivo: Revisarás las definiciones, características, procedimientos y ejemplos de las estructuras lineales Pila y Cola, con la finalidad de que comprendas sus estructuras y puedas implementarlas. Actividades:    Revisar definición y características de la estructura de datos pila. Revisar definición y características de la estructura de datos cola. Implementar las estructuras de datos pila y cola. Introducción Los conjuntos (colecciones de datos) son tan fundamentales para las ciencias de la computación como lo son para las matemáticas. Una estructura de datos consiste en una colección de nodos o registros del mismo tipo que mantienen relaciones entre sí. Un nodo es la unidad mínima de almacenamiento de información en una estructura de datos. Las estructuras de datos lineales son aquellas en las que los elementos ocupan lugares sucesivos en la estructura y cada uno de ellos tiene un único sucesor y un único predecesor. Pila La pila (o stack) es una estructura de datos lineal y dinámica, en la cual el elemento obtenido a través de la operación ELIMINAR está predefinido, debido a que implementa la política Last-In, First-Out (LIFO), esto es, el último elemento que se agregó es el primer que se elimina. 43 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 44/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Las operaciones que se pueden realizar sobre una pila son INSERTAR (que es llamada PUSH) y ELIMINAR (que es llamada POP). Debido a la política LIFO que implementa esta estructura, el orden en el que los elementos son extraídos de la pila (POP) es inverso al orden en el que los elementos fueron insertados en la pila (PUSH). Además, el único elemento accesible de la pila es el que está hasta arriba y que se conoce como tope de la pila. Para poder diseñar un algoritmo que defina el comportamiento de una pila se deben considerar 3 casos para ambas operaciones (push y pop):    Estructura vacía (caso extremo). Estructura llena (caso extremo). Estructura con elemento(s) (caso base). Pila vacía Una pila vacía no contiene elemento alguno dentro de la estructura y el tope de la misma apunta a nulo. 44 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 45/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada En una pila vacía no es posible realizar POP, debido a que la estructura no contiene información. Cuando la pila está vacía sí se puede realizar PUSH, en tal caso, el nodo que entra a la estructura sería el único elemento de la pila y el tope apuntaría a él.  45 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 46/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Pila llena Por definición, una estructura de datos tipo pila tiene un tamaño fijo. Cuando la pila ha almacenado el número máximo de nodos definido, se dice que la pila está llena. En una pila llena no es posible hacer PUSH de un nuevo elemento, ya que se ha alcanzado el tamaño máximo permitido. 46 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 47/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cuando la pila está llena se puede hacer POP de la información contenida en la estructura. En tal caso, el tope apunta al elemento siguiente de la estructura.  Pila con elementos Una pila que contiene elementos (sin llegar a su máxima capacidad) representa el caso general. 47 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 48/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada En una pila con elementos se pueden realizar PUSH. En tal caso, el tope apuntara al elemento que se insertó y el nuevo elemento apunta al elemento al que apuntaba tope.  En una pila con elementos es posible realizar POP. En tal caso, el nodo al que apunta tope se extrae y ahora tope apunta al elemento al que apuntaba éste (sucesor).  48 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 49/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Aplicaciones La estructura pila tienen varias aplicaciones dentro de la ingeniería, de las más conocidas es la que se utiliza dentro de la memoria RAM de un equipo de cómputo. La memoria de las computadoras no es un espacio uniforme, el código que se ejecuta utiliza tres diferentes segmentos de memoria: el texto (text), la pila (stack) y el montículo (heap) Cuando una aplicación inicia, el método principal es invocado y se reserva memoria en la pila o stack. En el segmento de memoria de la pila es donde se alojan las variables requeridas por las funciones del programa. Así mismo, cada vez que se llama una función dentro del programa una sección de la pila, llamada marco o frame, se reserva y es ahí donde las variables de la nueva función son almacenadas. Figura 1. Regiones de la memoria RAM Cuando una función manda llamar varias funciones, éstas generan un nuevo marco que se va creando uno encima del otro y, cuando las funciones terminan, los marcos se liberan de manera automática en orden inverso (LIFO). 49 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 50/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cola La cola (o queue) es una estructura de datos lineal, en la cual el elemento obtenido a través de la operación ELIMINAR está predefinido y es el que se encuentra al inicio de la estructura. La cola implementa la política First-In, First-Out (FIFO), esto es, el primer elemento que se agregó es el primero que se elimina. La cola es una estructura de datos de tamaño fijo y cuyas operaciones se realizan por ambos extremos; permite INSERTAR elementos al final de la estructura y permite ELIMINAR elementos por el inicio de la misma. La operación de INSERTAR también se le llama ENCOLAR y la operación de ELIMINAR también se le llama DESENCOLAR. Para poder diseñar un algoritmo que defina el comportamiento de una COLA se deben considerar 3 casos para ambas operaciones (INSERTAR y ELIMINAR):    Estructura vacía (caso extremo). Estructura llena (caso extremo). Estructura con elemento(s) (caso base). Cola vacía La cola posee dos referencias, una al inicio (HEAD) y otra al final (TAIL) de la cola. En una cola vacía ambas referencias (HEAD y TAIL) apuntan a nulo. 50 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 51/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada En una cola vacía no es posible desencolar debido a que la estructura no posee elementos. En una cola vacía sí se pueden encolar elementos, en este caso las referencias HEAD y TAIL apuntan al mismo elemento, que es el único en la estructura. 51 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 52/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cola llena Cuando la referencia a tail de una cola llega a su máxima capacidad de almacenamiento (MAX) se dice que la cola está llena. En una cola llena no es posible encolar más elementos. 52 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 53/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada En una cola llena sí se pueden desencolar elementos, en tal caso se obtiene el elemento al que hace referencia head y esta referencia se recorre al siguiente elemento (sucesor). 53 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 54/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cola con elementos Una cola que contiene elementos (sin llegar a su máximo tamaño) representa el caso general de la estructura. En una cola con elementos es posible desencolar nodos, recorriendo la referencia al inicio de la cola (HEAD) al siguiente elemento de la estructura. 54 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 55/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Así mismo, se pueden encolar elementos en una cola mientras la referencia al final (TAIL) de la estructura no sea mayor al tamaño máximo de la misma. Cuando se encola un elemento, el nodo al que apunta TAIL tiene como sucesor el nuevo elemento y la referencia a TAIL apunta al nuevo elemento. 55 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 56/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Aplicaciones La aplicación más conocida de la estructura cola es la que se utiliza en la impresión de documentos. Las impresoras tienen una cantidad de memoria limitada, la cual puede ser inferior al tamaño de un documento que se desea imprimir. La cola de impresión permite enviar documentos de gran tamaño, o varios documentos, a una impresora sin tener que esperar que se complete la impresión para seguir con la siguiente tarea. Cuando se envía un archivo a imprimir, se crea un archivo de almacenamiento intermedio en formato EMF, donde se almacena lo que se envía a la impresora y las opciones de impresión. Las impresiones se van realizando según vayan llegando los archivos (FIFO). 56 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 57/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliografía Introduction to Algorithms. Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein, McGraw-Hill. The Algorithm Design Manual. Steven S. Skiena, Springer. Ariel Rodríguez (2010). How knowing C and C++ can help you write better iPhone apps, part 1. [Figura 1]. Consulta: Enero de 2016. Disponible en: http://akosma.com/2010/10/11/how-knowing-c-and-c-can-help-you-write-betteriphone-apps-part-1/ 57 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 58/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 06. Estructuras de datos lineales: Cola circular y cola doble. Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 58 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 59/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 06. Estructuras de datos lineales: Cola circular y cola doble. Objetivo: Revisarás las definiciones, características, procedimientos y ejemplos de las estructuras lineales Cola circular y Cola doble, con la finalidad de que comprendas sus estructuras y puedas implementarlas. Actividades:    Revisar definición y características de la estructura de datos cola circular. Revisar definición y características de la estructura de datos cola doble. Implementar las estructuras de datos cola circular y cola doble. Introducción La cola (queue o cola simple) es una estructura de datos lineal, en la cual el elemento obtenido a través de la operación ELIMINAR está predefinido y es el que se encuentra al inicio de la misma. Una cola simple implementa la política First-In, First-Out (FIFO), esto es, el primer elemento que se agregó es el primero que se elimina. La cola simple es una estructura de datos de tamaño fijo y cuyas operaciones se realizan por ambos extremos; permite INSERTAR elementos al final de la estructura y permite ELIMINAR elementos por el inicio de la misma. La operación de INSERTAR también se le llama ENCOLAR y la operación de ELIMINAR también se le llama DESENCOLAR. En una cola simple, cuando se eliminan elementos se recorre el apuntador HEAD al siguiente elemento de la estructura, dejando espacios de memoria vacíos al inicio de la misma. Existen dos mejoras de la cola simple que utilizan de manera más eficiente la memoria: la cola circular y la cola doble. 59 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 60/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cola circular La cola circular es una mejora de la cola simple, debido a que es una estructura de datos lineal en la cual el siguiente elemento del último es, en realidad, el primero. La cola circular utiliza de manera más eficiente la memoria que una cola simple. Debido a que una cola circular es una mejora de la cola simple, maneja las mimas operaciones para INSERTAR (ENCOLAR) y ELIMINAR (DESENCOLAR). Para diseñar un algoritmo que defina el comportamiento de la cola circular es necesario considerar 3 casos para las operaciones de ENCOLAR y DESENCOLAR:    Estructura vacía (caso extremo). Estructura llena (caso extremo). Estructura con elemento(s) (caso base). En algoritmo de una cola circular para los casos extremos (cuando la estructura está vacía y cuando la estructura está llena) es el mismo con respecto a la cola simple, el único algoritmo que hay que volver a diseñar se presenta en el caso base, cuando la estructura tiene elementos. Cola circular vacía La cola circular posee dos referencias, una al inicio (HEAD) y otra al final (TAIL) de la cola. En una cola circular vacía ambas referencias (HEAD y TAIL) apuntan a nulo. 60 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 61/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada En una cola circular vacía no es posible desencolar debido a que la estructura no posee elementos. En una cola circular vacía sí se pueden encolar elementos, en este caso las referencias HEAD y TAIL apuntan al mismo elemento, que es el único en la estructura. 61 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 62/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cola circular llena Cuando la referencia a TAIL de una cola llega a su máxima capacidad de almacenamiento (MAX) se dice que la cola está llena. En una cola circular llena no es posible encolar más elementos. 62 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 63/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada En una cola circular llena sí se pueden desencolar elementos, en tal caso se obtiene el elemento al que hace referencia HEAD y esta referencia se recorre al siguiente elemento. 63 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 64/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cola circular con elementos En una cola circular con elementos, cuando se intenta insertar un nuevo elemento hay que tener en cuenta el número de los elementos dentro de la estructura y no la referencia TAIL y MAX. Por lo tanto, se debe verificar si el número de elementos que tiene la estructura es menor al número máximo de elementos definidos, si es así, existe espacio para alojar el nuevo elemento y el nuevo nodo se puede insertar. 64 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 65/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cada vez que se desee almacenar un nuevo elemento en la estructura se debe revisar el número de elementos insertados y comparar con el número máximo de elementos que se pueden almacenar. La posibilidad de insertar (ENCOLAR) elementos mientras se tenga espacio disponible hace más eficiente el uso de la memoria, ya que los espacios liberados cada vez que se DESENCOLA un nodo se pueden volver a utilizar, a diferencia de la cola simple. 65 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 66/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada    66 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 67/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Aplicación La elección de un elemento dentro de un conjunto de datos es muy común en diversas aplicaciones, sobre todo en juegos de consola. La selección de un conjunto de elementos finitos donde a partir del último elemento se puede regresar al primero utiliza, de manera implícita, una cola circular: selección de un personaje, selección de un arma, cambios de uniformes, etc. Figura 1. Cambio de armas en Resident evil. En general, cuando dentro de una aplicación se puede recorrer un conjunto de elementos finito e invariable en el tiempo y el sucesor del último elemento es el primero se tiene una cola circular. Figura 2. Elegir de uniformes en FIFA. 67 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 68/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cola doble Una cola doble (o bicola) es una estructura de datos tipo cola simple en la cual las operaciones ENCOLAR y DESENCOLAR se pueden realizar por ambos extremos de la estructura, es decir, en una cola doble se pueden realizar las operaciones:     ENCOLAR POR HEAD DESENCOLAR POR HEAD ENCOLAR POR TAIL DESENCOLAR POR TAIL La cola doble es una mejora de una cola simple debido a que es posible realizar operaciones de inserción por ambos extremos de la estructura, permitiendo con esto utilizar el máximo espacio disponible de la estructura. Para poder diseñar un programa que defina el comportamiento de una COLA DOBLE se deben considerar 3 casos para las 4 operaciones (INSERTAR y ELIMINAR tanto por T como por H):    Estructura vacía (caso extremo). Estructura llena (caso extremo). Estructura con elemento(s) (caso base). 68 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 69/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cola doble vacía La cola doble posee dos referencias, una al inicio (HEAD) y otra al final (TAIL) de la cola. En una cola doble vacía ambas referencias (HEAD y TAIL) apuntan a nulo. En una cola doble vacía no es posible desencolar debido a que la estructura no posee elementos. 69 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 70/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada En una cola doble vacía sí se pueden encolar elementos tanto por HEAD como por TAIL, y, en este caso, las referencias HEAD y TAIL apuntan al mismo elemento, que es el único en la estructura. 70 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 71/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cola doble llena Cuando el número de elementos de la estructura es igual a la capacidad máxima de almacenamiento (MAX) se dice que la cola está llena. 71 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 72/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada En una cola doble llena no es posible encolar más elementos, ni por HEAD ni por TAIL. En una cola doble llena sí se pueden desencolar elementos tanto por HEAD como por TAIL. Cuando se desencola por el inicio de la estructura se obtiene el elemento al que hace referencia HEAD y esta referencia se recorre al siguiente elemento (sucesor). 72 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 73/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cuando se desencola por el final de la estructura se obtiene el elemento al que hace referencia TAIL y esta referencia se recorre al elemento anterior (predecesor). 73 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 74/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cola doble con elementos Una cola doble que contiene elementos (sin llegar a su máximo tamaño) representa el caso general de la estructura. En una cola doble con elementos es posible desencolar nodos, tanto por HEAD como por TAIL. Cuando se desencola por el inicio de la estructura, se debe recorrer la referencia al inicio de la cola (HEAD) al siguiente elemento de la estructura (sucesor). 74 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 75/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cuando se desencola por el final de la estructura, se debe recorrer la referencia al final de la cola (TAIL) al elemento anterior de la estructura (predecesor). Así mismo, se pueden encolar elementos en una cola doble mientras no se exceda la capacidad máxima de la estructura. Es posible encolar elementos tanto por HEAD como por TAIL. Cuando se encola un elemento por el final, el nodo al que apunta TAIL tiene como sucesor el nuevo nodo y la referencia a TAIL apunta al nuevo elemento. 75 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 76/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cuando se encola un elemento por el inicio, el nodo al que apunta HEAD tiene como predecesor el nuevo nodo y la referencia a HEAD apunta al nuevo elemento. 76 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 77/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Aplicación Una cola doble en la vida cotidiana podría verse como un abuso, es decir, formar a personas delante de la fila, a pesar de haber llegado después de los que ya están formados (y sin embargo pasa). Sin embargo, en las ciencias de la computación hay muchas aplicaciones que trabajan así, ya que hay procesos que tienen prioridad y deben ser ejecutados antes que otros procesos menos importantes. Dentro del sistema operativo no todas las aplicaciones tienen la misma exigencia en cuanto a tiempo y recursos, existen procesos que se tienen que ejecutar de manera inmediata ante algún suceso que se presente en el sistema, mientras que otros solo tengan que procesar información y puedan (y deban) esperar a que el sistema se recupere. Todo sistema operativo define un valor de urgencia con que debe ejecutarse una aplicación, es decir, define la prioridad que tiene un proceso frente a otros que se estén ejecutando en el sistema. La prioridad se expresa como un número entero. Por tanto, si un proceso A tiene asignada una prioridad PRx y un proceso B tiene asignada una prioridad PRy, si PRx > PRy, el proceso A será más prioritario que el proceso B y, por ende, será el que se ejecute primero. Por otro lado, si existen varios procesos en ejecución con prioridad PRy, si llega un proceso con mayor prioridad, por ejemplo, PRx, éste último se ejecutará primero, es decir, no se encola al final si no al inicio del conjunto. 77 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 78/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliografía Introduction to Algorithms. Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein, McGraw-Hill. The Algorithm Design Manual. Steven S. Skiena, Springer. CAPCOM (2012). CAPCOM: RESIDENT EVIL 6 | Manual web oficial [Figura 1]. Consulta: Enero de 2016. Disponible en: http://game.capcom.com/manual/bio6/es/page-74.html SergioGameplayer (2014). FIFA World Cup Brazil 2014 - Juego Completo Menús, Modos de Juego Equipos Uniformes y mas! [Figura 2]. Consulta: Enero de 2016. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=Pyu0Xp7MVJI 9 78 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 79/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 07. Estructuras de datos lineales: Lista simple y lista circular. Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 79 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 80/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 07. Estructuras de datos lineales: Lista simple y lista circular. Objetivo: Revisarás las definiciones, características, procedimientos y ejemplos de las estructuras lineales Lista simple y Lista circular, con la finalidad de que comprendas sus estructuras y puedas implementarlas. Actividades:    Revisar definición y características de la estructura de datos lista simple. Revisar definición y características de la estructura de datos lista circular. Implementar las estructuras de datos lista simple y lista circular. Introducción Las listas son un tipo de estructura de datos lineal y dinámica. Es lineal porque cada elemento tiene un único predecesor y un único sucesor, y es dinámica porque su tamaño no es fijo y se puede definir conforme se requiera. Las operaciones básicas dentro de una lista son BUSCAR, INSERTAR Y ELIMINAR. Lista simple Una lista simple (también conocida como lista ligada o lista simplemente ligada) está constituida por un conjunto de nodos alineados de manera lineal (uno después de otro) y unidos entre sí por una referencia. A diferencia de un arreglo, el cual también es un conjunto de nodos alineados de manera lineal, el orden está determinado por una referencia, no por un índice, y el tamaño no es fijo. 80 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 81/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada La unidad básica de una lista simple es un elemento o nodo. Cada elemento de la lista es un objeto que contiene la información que se desea almacenar, así como una referencia (NEXT) al siguiente elemento (SUCESOR). Para poder diseñar un algoritmo que defina el comportamiento de una LISTA LIGADA se deben considerar 2 casos para cada operación (BUSCAR, INSERTAR y ELIMINAR):   Estructura vacía (caso extremo). Estructura con elemento(s) (caso base). Buscar El método debe buscar el primer elemento que coincida con la llave K dentro de la lista L, a través de una búsqueda lineal simple, regresando un apuntador a dicho elemento si éste se encuentra en la lista o nulo en caso contrario. Una lista simple vacía no contiene elementos, la referencia al inicio de la misma (head) apunta a nulo, por lo tanto, en una lista vacía no es posible buscar elementos. Una lista simple con elementos puede contener de 1 a n elementos, en tal caso, la referencia al inicio (HEAD) apunta al primer elemento de la lista. Es posible recorrer la lista a través de la referencia (NEXT) de cada nodo hasta llegar al que apunta a nulo, el cuál será el último elemento. Por lo tanto, dentro de una lista simple con elementos es posible buscar una llave K. 81 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 82/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Insertar Dado un nodo x que contenga una llave k previamente establecida, el método INSERTAR agrega el elemento x al inicio de la lista. Es posible insertar elementos tanto en una lista simple vacía como en una lista simple con elementos. Cuando se inserta un nuevo elemento en una lista simple vacía la referencia al inicio de la lista (HEAD) apunta al nodo insertado.  Cuando se inserta un nuevo elemento en una lista simple con elementos, la referencia del nuevo nodo (NEXT) apunta al mismo nodo al que apunta el inicio de la lista (HEAD) y ahora HEAD apunta al nuevo nodo. 82 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 83/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Borrar El método elimina el elemento x de la lista L (si es que éste se encuentra en la estructura). Para eliminar un elemento de la lista primero es necesario saber la ubicación del nodo a eliminar, por lo tanto, primero se debe realizar una búsqueda del elemento. En una lista simple vacía no es posible eliminar, debido a que esta estructura no contiene elementos. Para eliminar un nodo en una lista simple con elementos, primero se debe buscar el elemento a eliminar, una vez encontrado el nodo en la lista, se deben mover las referencias de la estructura de tal manera de que el antecesor del nodo a eliminar apunte al sucesor del mismo. 83 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 84/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Aplicación Las listas son una de las estructuras de datos más utilizadas en las ciencias de la computación. Por ejemplo, cualquier red social utiliza una lista simple, en la que cada elemento tiene un único sucesor que sería la siguiente publicación, hasta llegar a la última. … Figura 1. Inicio y fin de publicaciones en Twitter. Se pueden realizar ene cantidad de publicaciones, siempre insertando por delante (TAIL) y la última publicación (TAIL) no tiene sucesor (NULO). 84 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 85/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Lista circular Una lista circular es una lista simplemente ligada modificada, donde el apuntador del elemento que se encuentra al final de la lista (TAIL) apunta al primer elemento de la lista (HEAD). Buscar El método debe buscar el primer elemento que coincida con la llave K dentro de la lista L, a través de una búsqueda lineal simple, regresando un apuntador a dicho elemento si éste se encuentra en la lista o nulo en caso contrario. Una lista circular vacía no contiene elementos, la referencia al inicio de la misma (HEAD) apunta a NULO, por lo tanto, en una lista vacía no es posible buscar elementos. Una lista circular con elementos puede contener de 1 a n elementos, en tal caso, la referencia al inicio (HEAD) apunta al primer elemento de la lista y la referencia a NEXT del último elemento apunta al primer elemento. Es posible recorrer la lista a través de la referencia (NEXT) de cada nodo, hay que tener en cuenta el número de elementos de la lista, ya que el último elemento apunta al inicio de la estructura y, por tanto, se puede recorrer de manera infinita. Dentro de una lista circular con elementos es posible buscar una llave K. 85 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 86/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Insertar Dado un nodo x que contenga una llave K previamente establecida, el método INSERTAR agrega el elemento x al inicio de la lista. Es posible insertar elementos tanto en una lista circular vacía como en una lista circular con elementos. Cuando se inserta un nuevo elemento en una lista circular vacía la referencia al inicio de la lista (HEAD) apunta al nodo insertado y la referencia a NEXT del nodo apunta a sí mismo.  Cuando se inserta un nuevo elemento en una lista circular con elementos, la referencia del nuevo nodo (NEXT) apunta al mismo nodo al que apunta el inicio de la lista (HEAD) y ahora HEAD apunta al nuevo nodo. Así mismo, el último nodo de la estructura (TAIL) apunta al primer elemento. 86 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 87/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Borrar El método elimina el elemento x de la lista L (si es que éste se encuentra en la estructura). Para eliminar un elemento de la lista primero es necesario saber la ubicación del nodo a eliminar, por lo tanto, primero se debe realizar una búsqueda del elemento. En una lista circular vacía no es posible eliminar, debido a que esta estructura no contiene elementos. Para eliminar un nodo en una lista circular con elementos, primero se debe buscar el elemento a eliminar, una vez encontrado el nodo en la lista, se deben mover las referencias de la estructura de tal manera de que el antecesor del nodo a eliminar apunte al sucesor del mismo. 87 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 88/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Aplicación Una lista de canciones se puede reproducir de manera ordena o de manera desordenada (aleatoria). Así mismo, se puede repetir la lista de reproducción de manera automática, es decir, el sucesor del último elemento de la lista es el primer elemento de la lista, lo que genera una lista circular. Figura 2. Repetir lista de reproducción en avs4you. 88 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 89/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliografía Introduction to Algorithms. Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein, McGraw-Hill. The Algorithm Design Manual. Steven S. Skiena, Springer. @die_fi_unam [Figura 1]. Consulta: https://twitter.com/die_fi_unam Enero de 2016. Disponible en: Online Media Technologies Ltd. AVS Media Player [Figura 2]. Consulta: Enero de 2016. Disponible en: https://twitter.com/die_fi_unam 89 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 90/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 08: Estructuras de datos lineales: Lista doblemente ligada y doblemente ligada circular. Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 90 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 91/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 08: Estructuras de datos lineales: Lista doblemente ligada y lista doblemente ligada circular. Objetivo: Revisarás las definiciones, características, procedimientos y ejemplos de las estructuras lineales Lista doblemente ligada y Lista doblemente ligada circular, con la finalidad de que comprendas sus estructuras y puedas implementarlas. Actividades:    Revisar definición y características de la estructura de datos lista doblemente ligada. Revisar definición y características de la estructura de datos lista doblemente ligada circular. Implementar las estructuras de datos lista doblemente ligada y lista doblemente ligada circular. Introducción Las listas son un tipo de estructura de datos lineal y dinámica. Es lineal porque cada elemento tiene un único predecesor y un único sucesor, y es dinámica porque su tamaño no es fijo y se puede definir conforme se requiera. Las operaciones básicas dentro de una lista son BUSCAR, INSERTAR Y ELIMINAR. Lista doblemente ligada Una lista doblemente ligada (o lista doble) está constituida por un conjunto de nodos alineados de manera lineal (uno después de otro) y unidos entre sí por dos referencias, una al sucesor (NEXT) y una al predecesor (PREV). 91 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 92/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada La unidad básica de una lista doble es el elemento o nodo. Cada elemento de la lista es un objeto que contiene la información que se desea almacenar, así como dos referencias, una al siguiente elemento (NEXT) y otra al elemento anterior (PREV). Dado un elemento x en una lista doble, NEXT[x] apunta al sucesor de x y PREV[x] apunta al predecesor de x. Si PREV[x] = NULL, el elemento x no tiene predecesor y, por ende, es el primer elemento (o HEAD) de la lista. Si NEXT[x] = NULL, el elemento x no tiene sucesor y, por ende, es el último elemento (o TAIL) de la lista. El atributo HEAD[L] apunta al primer elemento de la lista, si HEAD[L] = NULL entonces se puede afirmar que la lista está vacía. Para poder diseñar un algoritmo que defina el comportamiento de una LISTA DOBLEMENTE LIGADA se deben considerar 2 casos para cada operación (buscar, insertar y eliminar):   Estructura vacía (caso extremo). Estructura con elemento(s) (caso base). Buscar El método debe buscar el primer elemento que coincida con la llave K dentro de la lista L, a través de una búsqueda lineal simple, regresando un apuntador a dicho elemento si éste se encuentra en la lista o nulo en caso contrario. La búsqueda se puede realizar iniciando por HEAD o iniciando por TAIL Una lista doble vacía no contiene elementos, la referencia al inicio de la misma (HEAD) apunta a nulo, por lo tanto, en una lista vacía no es posible buscar elementos. 92 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 93/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Una lista doble con elementos puede contener de 1 a n elementos, en tal caso, la referencia al inicio (HEAD) apunta al primer elemento de la lista. Es posible recorrer la lista a través de la referencia siguiente (NEXT) de cada nodo hasta llegar al que apunta a nulo, el cuál será el último elemento. Así mismo, si se posee una referencia al final de la lista (TAIL), es posible recorrer la lisa a través de la referencia anterior (PREV) de cada nodo hasta llegar al que apunta a nulo, el cual será el primer elemento. Por lo tanto, dentro de una lista doble con elementos sí es posible buscar una llave K. Insertar Dado un nodo x que contenga una llave K previamente establecida, el método INSERTAR agrega el elemento x al inicio de la lista. Es posible insertar elementos tanto en una lista doble vacía como en una lista doble con elementos. Cuando se inserta un nuevo elemento en una lista doblemente ligada vacía la referencia al inicio de la lista (HEAD) apunta al nodo insertado.  93 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 94/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cuando se inserta un nuevo elemento en una lista doblemente ligada con elementos, la referencia del nuevo nodo (NEXT) apunta al mismo nodo al que apunta el inicio de la lista (HEAD), la referencia anterior (PREV) del nodo siguiente (NEXT) del inicio de la lista apunta al nuevo nodo, y head también apunta al nuevo nodo. 94 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 95/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Borrar El método elimina el elemento x de la lista L (si es que éste se encuentra en la estructura). Para eliminar un elemento de la lista primero es necesario saber la ubicación del nodo a eliminar, por lo tanto, primero se debe realizar una búsqueda del nodo. En una lista doblemente ligada vacía no es posible eliminar, debido a que esta estructura no contiene elementos. Para eliminar un nodo en una lista doblemente ligada con elementos, primero se debe buscar el elemento a eliminar, una vez encontrado el nodo en la lista, se deben mover las referencias de la estructura de tal manera de que el antecesor del nodo a eliminar apunte al sucesor del mismo y el predecesor del nodo sucesor apunte al predecesor del nodo (PREV). 95 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 96/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Aplicación Un manejador web de una cuenta de correo es una lista de elementos donde cada nodo representa un mensaje de correo con características particulares: asunto, remitente(s), destinatario(s), adjunto(s), mensaje, etc. Dichos nodos se relacionan entre sí con un orden específico (por fechas), es decir, el orden de inserción siempre es por enfrente (head). Además, es posible recorrer la lista de izquierda a derecha o de derecha a izquierda, es decir, de correos más recientes a correos más antiguos o viceversa. Cuando se llega a un extremo de la lista (ya sea en fechas recientes o en fechas antiguas), ya no es posible seguir recorriendo la lista. 96 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 97/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Figura 1. Consulta de correo electrónico vía web. Así mismo, los manejadores de correo web separan los correos en bloques de n-elementos. Esta separación permite mostrar solamente los n-elementos a la vez, de tal manera que para ver el resto de los correos se debe pasar a la siguiente página. 97 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 98/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Figura 2. Paginación de correos en un manejador vía web. Por lo tanto, dentro de un manejador de correo web tanto la lista de correos como la paginación de correos constituyen una lista doblemente ligada. Lista doblemente ligada circular Una lista doblemente ligada circular (o lista doble circular) es una lista doblemente ligada modificada, donde la referencia siguiente (NEXT) del elemento que se encuentra al final de la lista (TAIL) en lugar de apuntar a nulo, apunta al primer elemento de la lista (HEAD). Buscar El método debe buscar el primer elemento que coincida con la llave K dentro de la lista L, a través de una búsqueda lineal simple, regresando un apuntador a dicho elemento si éste se encuentra en la lista o nulo en caso contrario. 98 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 99/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Una lista doble circular vacía no contiene elementos, la referencia al inicio de la misma (HEAD) apunta a nulo, por lo tanto, en una lista vacía no es posible buscar elementos. Una lista doble circular con elementos puede contener de 1 a n elementos, en tal caso, la referencia al inicio (HEAD) apunta al primer elemento de la lista y la referencia a NEXT del último elemento apunta al primer elemento. Es posible recorrer la lista a través de la referencia al sucesor (NEXT) de cada nodo, hay que tener en cuenta el número de elementos de la lista, ya que el último elemento apunta al inicio de la estructura y, por tanto, se puede recorrer de manera infinita. Así mismo, si se posee una referencia al final de la lista (TAIL), es posible recorrer la lisa a través de la referencia al predecesor (PREV) de cada nodo, hay que tener en cuenta el número de elementos de la lista, ya que el primer elemento apunta al final de la estructura y, por tanto, se puede recorrer de manera infinita. Dentro de una lista circular con elementos es posible buscar una llave K. Insertar Dado un nodo x que contenga una llave K previamente establecida, el método INSERTAR agrega el elemento x al inicio de la lista. 99 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 100/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Es posible insertar elementos tanto en una lista doble circular vacía como en una lista doble circular con elementos. Cuando se inserta un nuevo elemento en una lista circular vacía la referencia al inicio de la lista (HEAD) apunta al nodo insertado y tanto la referencia al sucesor (NEXT) como al predecesor (PREV) del nodo apunta a sí mismo.  Cuando se inserta un nuevo elemento en una lista doble circular con elementos, el sucesor del nuevo nodo (NEXT) apunta al mismo nodo al que apunta el inicio de la lista (HEAD), la referencia al predecesor del nodo apunta al último elemento de la estructura (TAIL) y ahora HEAD apunta al nuevo nodo. Así mismo, el último nodo de la estructura (TAIL) apunta al primer elemento (nuevo nodo). 100 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 101/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Borrar El método elimina el elemento x de la lista L (si es que éste se encuentra en la estructura). Para eliminar un elemento de la lista primero es necesario saber la ubicación del nodo a eliminar, por lo tanto, primero se debe realizar una búsqueda del elemento. En una lista doble circular vacía no es posible eliminar, debido a que esta estructura no contiene elementos. Para eliminar un nodo en una lista doble circular con elementos, primero se debe buscar el elemento a eliminar, una vez encontrado el nodo en la lista, se deben mover las referencias de la estructura de tal manera de que el antecesor del nodo a eliminar apunte al sucesor del mismo y viceversa. 101 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 102/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Aplicación Una lista de videos en YouTube reproduce los elementos de manera lineal y secuencial, sin embargo, posee una referencia hacia el elemento siguiente (NEXT) y una referencia hacia el elemento anterior (PREV). Además, el primer elemento de la lista (HEAD) posee una referencia al siguiente elemento y una referencia al último elemento (TAIL) de la lista y viceversa. Por lo tanto, esta estructura es una lista doblemente ligada circular. Figura 3. Primer elemento de la lista de videos. 102 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 103/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Figura 4. Último elemento de la lista de videos. Bibliografía Introduction to Algorithms. Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein, McGraw-Hill. The Algorithm Design Manual. Steven S. Skiena, Springer. Google (2016). Gmail [Figura 1 y figura 2]. Consulta: Enero de 2016. Disponible en: https://www.mail.google.com Youtube (2016). Mariachi [Figura 3]. Consulta: Enero de 2016. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=qKEm19lMjuQ&list=PL84EC9ACDAF6B300C Youtube (2016). Mariachi [Figura 4]. Consulta: Enero de 2016. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=13dnkytPEZQ&index=100&list=PL84EC9ACDAF6 B300C 103 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 104/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 09: Introducción a Python (I). Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 104 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 105/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 09: Introducción a Python (I). Objetivo: Aplicar las bases del lenguaje de programación Python en el ambiente de Jupyter notebook. Actividades:        Insertar y ejecutar código en las celdas de la notebook Insertar texto en las celdas de la notebook Declarar variables Declarar cadenas Aplicar operadores Crear y manipular listas, tuplas y diccionarios Crear y ejecutar funciones Repositorio de la guía: Jupyter Notebook GitHub: https://github.com/eegkno/FI_UNAM/blob/master/02_Estructuras_de_datos_y_algorit mos_1/P09/EDyA09_I.ipynb Jupyter Notebook Visualizador: http://nbviewer.jupyter.org/github/eegkno/FI_UNAM/blob/master/02_Estructuras_d e_datos_y_algoritmos_1/P09/EDyA09_I.ipynb 105 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 106/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Variables y tipos     Los nombres de las variables son alfanuméricos (a-z, A-Z, 0-9) y empiezan con una letra en minúscula. No se especifica el tipo de valor que una varible contiene, está implícito al momento de asignar un valor. No se necesita poner ; al final de cada instrucción. Mantener las indentaciones al momento de escribir código. Nombres reservados en Python and, as, assert, break, class, continue, def, del, elif, else, except, exec, finally, for, from, global, if, import, in, is, lambda, not, or, pass, print, raise, return, try, while, with, yield. 106 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 107/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Cuando una variable tiene un valor constante, por convención, el nombre se escribe en mayúsculas. Cadenas Las cadenas pueden ser definidas usando comilla simple (') o comilla doble ("). Una característica especial de las cadenas es que son inmutables, esto quiere decir que no se pueden cambiar los caracteres que contiene. El caracter \ sirve para escapar carcteres como \n o \t. 107 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 108/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Para concatenar cadenas se recomienda el uso de la función format(), en lugar del viejo estilo del operador '+'. Por medio de la función format, se puede cambiar el orden en que se imprimen las variables: Las funciones que están integradas en Python para trabajar con cadenas se pueden ver en el siguiente link https://docs.python.org/3/library/stdtypes.html#string-methods. 108 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 109/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Operadores Aritméticos: +, -, *, / 109 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 110/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 10: Introducción a Python (II). Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 110 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 111/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 10: Introducción a Python (II). Objetivo: Aplicar las bases del lenguaje de programación Python en el ambiente de Jupyter notebook. Actividades:       Aplicar estructuras de control selectivas Aplicar estructuras de control repetitivas Usar las bibliotecas estándar Generar una gráfica Ejecutar un programa desde la ventana de comandos Pedir datos al usuario al momento de ejecutar un programa Estructuras de control selectivas if La declaración IF sirve para ejecutar código dependiendo del resultado de una condición. 111 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 112/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada if-else Este tipo de declaraciones se usan para dar una opción en el caso de que la condición no se cumpla. 112 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 113/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada if-elif-else Este tipo de declaraciones sirve para generar varias casos de prueba. En otros lenguajes es similar a case o switch. 113 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 114/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Estructuras de control repetitivas Ciclo while Un ciclo es la manera de ejecutar una o varias acciones repetidamente. A diferencia de las estructuras IF o IF-ELSE que sólo se ejecutan una vez. Para que el ciclo se ejecute, la condición siempre tiene que ser verdadera. 114 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 115/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Ciclo for Este ciclo es el más común usado en Python, se utiliza generalmente para hacer iteraciones en una lista, diccionarios y arreglos. Iteración en listas 115 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 116/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Iteración en diccionarios 116 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 117/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliotecas Todas las funcionalidades de Python son proporcionadas a través de bibliotecas que se encuentran en la colección de The Python Standard Library, la mayoría de estas bibliotecas son multi-plataforma. Referencia del lenguaje: https://docs.python.org/3/reference/index.html Bibliotecas estándar: https://docs.python.org/3/library/ 117 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 118/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliotecas más usadas NumPy (Numerical Python). Es una de las bibliotecas más populares de Python, es usado para realizar operaciones con vectores o matrices de una manera eficiente. Contiene funciones de Álgebra Lineal, transformadas de Fourier, generación de números aleatorios e integración con Fortran, C y C++. Fuente: http://www.numpy.org/ SciPy (Scientific Python). Es una biblioteca hace uso de Numpy y es utilizada para hacer operaciones más avanzadas como transformadas discretas de Fourier, Álgebra Lineal, Optimización, etc. Fuente: http://www.scipy.org/ Matplotlib. Esta biblioteca es usada para generar una veriedad de gráficas en 2D y 3D, donde cada una de las configuraciones de la gráfica es programable. Se puede usar comando de Latex para agregar ecuaciones matemáticas a las gráficas. Fuente: http://matplotlib.org/ Scikit Learn (Machine Learning). Ésta biblioteca está basada en los anteriores y contiene algoritmos de aprendizaje de máquina, reconocimiento de patrones y estadísticas para realizar clasificación, regresión, clustering, etc. 118 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 119/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Fuente: http://scikit-learn.org/ Pandas (Manipulación de datos). Esta biblioteca es utilizada para manipulación de datos, contiene estructuras de datos llamadas data frames que se asemejan a las hojas de cálculo y a los cuales se le puede aplicar una gran cantidad de funciones. Fuente: http://pandas.pydata.org/ ANEXO 1: En esta guía se explica de manera más detallada el uso de las bibliotecas Numpy y Matplotlib. Jupyter Notebook GitHub: https://github.com/eegkno/FI_UNAM/blob/master/02_Estructuras_de_datos_y_algorit mos_1/Anexos/Anexo_I.ipynb Jupyter Notebook Visualizador: http://nbviewer.jupyter.org/github/eegkno/FI_UNAM/blob/master/02_Estructuras_d e_datos_y_algoritmos_1/Anexos/Anexo_I.ipynb 119 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 120/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Graficación Matplotlib (http://matplotlib.org/) es una biblioteca usada para generar gráficas en 2D y 3D, donde cada una de las configuraciones de la gráfica es programable. En el siguiente ejemplo se mostrará la configuración básica de una gráfica. EL API de matplotlib se encuentra en http://matplotlib.org/api/index.html 120 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 121/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Ejecución desde ventana de comandos Todo el código que se ha visto hasta el momento puede ser guardado en archivos de texto plano con la extensión ‘.py’. Para ejecutarlo desde la ventana de comandos se escribe el comando: python nombre_archivo.py Entrada de datos Al igual que en otros lenguajes, también se puede se le puede pedir al usuario que introduzca ciertos datos de entrada cuando se ejecute un programa. Esto no se puede hacer desde la notebook, ya que los datos se introducen en las celdas que se van agregando a lo largo de la página, tal y como se ha venido manejando hast ahora. Como ejemplo se va a ejecutar el archivo lectura_datos.py desde una ventana de comandos. python lectura_datos.py Al momento de ejecutar el programa, se va a pedir al usuario que introduzca su nombre, esto se logra con el siguiente código: #Se pide el nombre al usuario print ("Hola, ¿cómo te llamas?") #Se leen los datos introducidos por el usuario y se asignan a la variable nombre nombre = input() #Se escribe el nombre solicitado print ("Buen día {}".format(nombre) 121 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 122/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Después de esto se despliega un menú donde se indican las operaciones que puede realizar el usuario, una vez que indicada la operación, se solicitan los datos necesarios para ejecutarla. print ("---Calculadora---") print ("1- Sumar") print ("2- Restar") print ("3- Multiplicar") print ("4- Dividir") print ("5- Salir") #Opciones para el usuario En la siguiente línea se solicita que el usuario especifique alguna de las operaciones, a diferencia de la primera petición, la función input() ahora tiene una cadena que se le despliega al usuario. A su vez, los datos que recibe la función input() son de tipo string, por lo que se tienen que transformar a entero con la función int() para poder realizar operaciones aritméticas. op = int(input('Opcion: ')) Bibliografía Tutorial oficial de Python: https://docs.python.org/3/tutorial/ Galería de notebooks: https://wakari.io/gallery Matplotlib: http://matplotlib.org/ 122 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 123/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 11: Estrategias para la construcción de algoritmos (I). Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 123 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 124/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 11: Estrategias para la construcción de algoritmos (I). Objetivo: El objetivo de esta guía es aplicar los algoritmos básicos para la solución de problemas. Actividades:      Revisar el concepto y un ejemplo de la estrategia por fuerza bruta. Revisar el concepto y un ejemplo de la estrategia ávida. Aplicar las estrategias bottom-up y top-down en un ejemplo. Escribir en archivos de testo plano. Escribir y leer de archivos binarios. Repositorio de la guía: Jupyter Notebook GitHub: https://github.com/eegkno/FI_UNAM/blob/master/02_Estructuras_de_datos_y_algorit mos_1/P11/EDyA11_I.ipynb Jupyter Notebook Visualizador: http://nbviewer.jupyter.org/github/eegkno/FI_UNAM/blob/master/02_Estructuras_d e_datos_y_algoritmos_1/P11/EDyA11_I.ipynb Fuerza bruta El objetivo de resolver problemas por medio de fuerza es bruta, es hacer una búsqueda exhaustivamente de todas las posibilidades que nos lleven a la solución. Un ejemplo de esto es encontrar una contraseña haciendo una combinación exhaustivamente de caracteres alfanuméricos generando cadenas de cierta longitud. La desventaja de resolver problemas por medio de esta estrategia es el tiempo. 124 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 125/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada A continuación, se muestra una implementación de un buscador de contraseñas de entre 3 y 4 caracteres. Para este ejemplo se va a usar la biblioteca string, de ésta se van a importar los caracteres y dígitos. También se usa la biblioteca itertools (https://docs.python.org/3/library/itertools.html#). La biblioteca itertools tiene una función llamada product() (https://docs.python.org/3/library/itertools.html#itertools.product) que se va a utilizar para realizar las combinaciones en cadenas de 3 y cuatro caracteres. Tip: A continuación, se van a guardar cada una de las combinaciones generadas por el algoritmo en un archivo. Para guardar datos en un archivo se utiliza la función open(), que es para tener una referencia del archivo que se quiere abrir (https://docs.python.org/3/tutorial/inputoutput.html#reading-and-writing-files). Después, con esa referencia se utiliza la función write(), que recibe la cadena que se va a escribir en el archivo. Finalmente, una vez que se termina la escritura hacia el archivo, éste se cierra la función close(). 125 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 126/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Ávidos (greedy) Esta estrategia se diferencia de fuerza bruta porque va tomando una serie de decisiones en un orden específico, una vez que se ha ejecutado esa decisión, ya no se vuelve a considerar. En comparación con fuerza bruta, ésta puede ser más rápida; aunque una desventaja es que la solución que se obtiene no siempre es la más óptima. Tip: En el siguiente ejemplo se va a realizar una división entre enteros, para esto se va a ocupar el operado //. La diferencia entre utilizar / y // es que el primer operador realiza una operación de números flotantes y el segundo una operación de números enteros. 5/2 = 2.5 5//2 = 2 A continuación, se muestra la implementación del problema de cambio de monedas. El problema consiste en regresar el cambio de monedas, de cierta denominación, usando el menor número de éstas. Este problema se resuelve escogiendo sucesivamente las monedas de mayor valor hasta que ya no se pueda seguir usándolas y cuando esto pasa, se utiliza la siguiente de mayor valor. La desventaja en esta solución es que, si no se da la denominación de monedas en orden de mayor a menor, se resuelve el problema, pero no de una manera óptima. 126 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 127/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada En el siguiente ejemplo no regresa la solución óptima, si no existiera la moneda de valor 1, la solución fallaría. Bottom-up (programación dinámica) El objetivo de esta estrategia es resolver un problema a partir de subproblemas que ya han sido resueltos. La solución final se forma a partir de la combinación de una o más soluciones que se guardan en una tabla, ésta previene que se vuelvan a calcular las soluciones. Como ejemplo, se va a calcular el número n de la sucesión de Fibonacci. La sucesión de Fibonacci es una sucesión infinita de números enteros cuyos primeros dos elementos son 0 y 1, los siguientes números son calculados por la suma de los dos anteriores. 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, ... A continuación, se presenta la implementación iterativa para calcular la sucesión de Fibonacci. 127 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 128/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Una vez que conocemos como calcular la sucesión de Fibonacci, ahora vamos a aplicar la estrategia bottom-up. Partimos del hecho de que ya tenemos las soluciones para: f(0) = 0 f(1) = 1 f(2) = 1 Estas soluciones previas son almacenadas en la tabla de soluciones f_parciales. f_parciales = [0, 1, 1] 128 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 129/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Como se observa en el resultado anterior, no se hace el cálculo de los primeros números, se toman las soluciones ya existentes. La solución se encuentra calculando los resultados desde los primeros números (casos base), hasta llegar a n, de abajo hacia arriba. [0, 1, 1] Datos iniciales [0, 1, 1, 2] Primera iteración, se calcula n-1 = 1, y n - 2 = 1; [0, 1, 1, 2, 3] Segunda iteración, se calcula n-1 = 2, y n - 2 = 1; 129 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 130/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Top-down A diferencia de bottom-up, aquí se empiezan a hacer los cálculos de n hacia abajo. Además, se aplica una técnica llamada memoización la cual consiste en guardar los resultados previamente calculados, de tal manera que no se tengan que repetir operaciones. Para aplicar la estrategia top-down, se utiliza un diccionario (memoria) el cual va a almacenar valores previamente calculados. Una vez que se realice el cálculo de algún elemento de la sucesión de Fibonacci, éste se va a almacenar ahí. Como se muestra en el código anterior, para obtener n, se calculan n-1 y n-2 usando la versión iterativa. La deficiencia de este algoritmo es que hay cálculos que es están repitiendo. La ventaja, es que una vez que ya se calcularon, se guardan en una memoria, que en este caso es un diccionario; en dado caso de que se necesite un valor que ya ha sido calculado, sólo regresa y ya no se realizan los cálculos. 130 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 131/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Como se muestra en la impresión de la variable memoria, que contiene resultados previamente calculados, los nuevos valores obtenidos se agregaron a ésta. El problema con esta versión es que se siguen haciendo cálculos de más, ya que la función fibonacci_iterativo_v2() no tiene acceso a la variable memoria, lo que implica que tenemos que hacer modificaciones a la implementación. Por ejemplo, si se quiere calcular el elemento 5, se tiene que calcular (n-2) y (n-1), aunque algunos valores ya existen en la variable memoria no hay una manera de acceder a ellos. f(5) = (n-1) = f(4)+f(3)+f(2)+f(1) (n-2) = f(3)+f(2)+f(1) Se puede reducir el número de operaciones si accedemos a los valores guardados, pero aún se tienen que calcular los que no están, lo que hace este proceso ineficiente. Se puede tener una versión eficiente y elegante de este algoritmo, la cual se verá en la guía 13. Tip: Queremos que los valores ya calculados sean guardados en un archivo, de tal manera que los podamos utilizar más adelante. Para esto vamos a emplear la biblioteca pickle (https://docs.python.org/3.5/library/pickle.html). Los archivos que se generan con pickle están en binario, por lo que no se puede leer a simple vista la información que contienen, como se haría desde un archivo de texto plano. 131 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 132/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliografía Design and analysis of algorithms; Prabhakar Gupta y Manish Varshney; PHI Learning, 2012, segunda edición. Introduction to Algorithms, Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest y Clifford Stein; The MIT Press; 2009, tercera edicion. Problem Solving with Algorithms and Data Structures using Python; Bradley N. Miller y David L. Ranum, Franklin, Beedle & Associates; 2011, segunda edition. https://docs.python.org/3/library/itertools.html# https://docs.python.org/3/library/itertools.html#itertools.product https://docs.python.org/3/tutorial/inputoutput.html#reading-and-writing-files https://docs.python.org/3.5/library/pickle.html 132 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 133/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 12: Estrategias para la construcción de algoritmos (II). Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 133 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 134/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 12: Estrategias para la construcción de algoritmos (II). Objetivo: El objetivo de esta guía es aplicar dos enfoques de diseño de algoritmos y analizar las implicaciones de cada uno de ellos. Actividades:      Implementar Insertion sort y Quick sort. Graficar funciones usando la biblioteca Matplotlib. Generar listas de números aleatorios. Utilizar en la notebook funciones guardadas en archivos. Medir tiempos de ejecución. Repositorio de la guía: Jupyter Notebook GitHub: https://github.com/eegkno/FI_UNAM/blob/master/02_Estructuras_de_datos_y_algoritmos_1/P1 2/EDyA12_II.ipynb Jupyter Notebook Visualizador: http://nbviewer.jupyter.org/github/eegkno/FI_UNAM/blob/master/02_Estructuras_de_datos_y_a lgoritmos_1/P12/EDyA12_II.ipynb Es sumamente importante respetar las indentaciones al momento de escribir código en Python. Se recomienda usar 4 espacios por nivel de indentación, los espacios son preferidos sobre el uso de tabuladores (https://www.python.org/dev/peps/pep0008/#code-lay-out). 134 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 135/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Enfoques de diseño de algoritmos Hay básicamente dos enfoques para el diseño de algoritmos: 1. Incremental 2. Divide y vencerás Incremental Insertion sort Insertion sort ordena los elementos manteniendo una sublista de números ordenados empezando por las primeras localidades de la lista. Al principio se considera que el elemento en la primera posición de la lista está ordenado. Después cada uno de los elementos de la lista se compara con la sublista ordenada para encontrar la posición adecuada. La Figura 1 muestra la secuencia de cómo se ordena un elemento de la lista. Tip: Las imágenes pueden ser agregadas usando etiquetas de HTML. 135 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 136/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada 136 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 137/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Divide y vencerás Es una estrategia que consiste en:   Dividir el problema en subproblemas hasta que son suficientemente simples que se pueden resolver directamente. Después las soluciones son combinadas para generar la solución general del problema. Quick sort Quicksort es un ejemplo de resolver un problema por medio de divide y vencerás. En Quicksort se divide en dos el arreglo que va a ser ordenado y se llama recursivamente para ordenar las divisiones. La parte más importante en Quicksort es la partición de los datos. Lo primero que se necesita es escoger un valor de pivote el cual está encargado de ayudar con la partición de los datos. El objetivo de dividir los datos es mover los que se encuentran en una posición incorrecta con respecto al pivote. La Figura 2 muestra un ejemplo de cómo se ordena una lista. 137 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 138/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada 138 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 139/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada 139 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 140/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Graficas de los tiempos de ejecución 140 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 141/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Bibliografía Design and analysis of algorithms; Prabhakar Gupta y Manish Varshney; PHI Learning, 2012, segunda edición. Introduction to Algorithms, Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest y Clifford Stein; The MIT Press; 2009, tercera edicion. Problem Solving with Algorithms and Data Structures using Python; Bradley N. Miller y David L. Ranum, Franklin, Beedle & Associates; 2011, segunda edition. 141 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 142/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 13: Recursividad. Elaborado por: M.C. Edgar E. García Cano Ing. Jorge A. Solano Gálvez Autorizado por: M.C. Alejandro Velázquez Mena 142 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 143/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Guía práctica de estudio 13: Recursividad. Objetivo: El objetivo de esta guía es aplicar el concepto de recursividad para la solución de problemas. Actividades:   Revisar las reglas de la recursividad y sus implicaciones. Ejecutar programas guardados en archivos desde la notebook. Repositorio de la guía: Jupyter Notebook GitHub: https://github.com/eegkno/FI_UNAM/blob/master/02_Estructuras_de_datos_y_algoritmos_1/P1 3/EDyA13.ipynb Jupyter Notebook Visualizador: http://nbviewer.jupyter.org/github/eegkno/FI_UNAM/blob/master/02_Estructuras_de_datos_y_a lgoritmos_1/P12/EDyA12_II.ipynb Es sumamente importante respetar las indentaciones al momento de escribir código en Python. Se recomienda usar 4 espacios por nivel de indentación, los espacios son preferidos sobre el uso de tabuladores (https://www.python.org/dev/peps/pep0008/#code-lay-out). 143 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 144/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Recursividad El propósito de la recursividad es dividir un problema en problemas más pequeños, de tal manera que la solución del problema se vuelva trivial. Básicamente, la recursión se puede explicar como una función que se llama así misma. Para aplica recursión se deben de cumplir tres reglas:    Debe de haber uno o más casos base. La expansión debe terminar en un caso base. La función se debe llamar a sí misma. Factorial Uno de los ejemplos más básicos es el cálculo del factorial cuya fórmula se muestra a continuación: Tip: En las notebooks se pueden agregar expresiones matemáticas usando Latex (https://latex-project.org/intro.html), tal y como se muestra en la formula anterior. La fórmula se tiene que encerrar usando $$ al principio y al final de la misma. En el siguiente ejemplo se calcula el factorial de un número de forma iterativa usando el ciclo for 144 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 145/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Como se dijo anteriormente, para resolver un problema por medio de recursividad hay que generar problemas más pequeños. Analizando la forma en que se calcula el factorial en la función pasada se tiene que: 5!=5×4×3×2×1 Si se remueve el 5 tenemos: 4!=4×3×2×1=4(4−1)!=4×(3!) Podemos decir que 4×3!=4×[3(3−1)!]=4×3×(2!) Si aplicamos esto a toda la secuencia, al final tenemos la siguiente expansión: 5!=5(4!)=5×4×(3!)=5×4×3×(2!)=5×4×3×2×(1!)=5×4×3×2×1×(0!)=120 Aplicando las reglas explicadas en un principio sobre recursividad, se puede resolver el problema del factorial por medio de recursión de la siguiente manera: 145 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 146/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada De la ejecución de factorial_recursivo() se puede observar lo siguiente:     El caso base permite terminar la recursión. Conforme se va decrementando la variable numero, nos dirigimos a encontrar el caso base. El caso base ya no necesita recursión debido a que se convirtió en la versión más simple del problema. La función se llama a sí misma y toma el lugar del ciclo for usado en la función factorial_no_recursivo(). Cada que se llama de nuevo a la función, ésta tiene la copia de las variables locales y el valor de los parámetros. Tip: En el caso de Python, hay un límite en el número de veces que se puede llamar recursivamente una función, si se excede ese límite se genera el error: maximum recursion depth exceeded in comparison. Este límite puede ser modificado, pero no es recomendable. Huellas de tortuga Para el siguiente ejemplo, se va a utilizar la biblioteca turtle. Como se observa en la siguiente imagen, hay una tortuga que se desplaza en espiral. Este ejemplo ha sido tomado del tutorial de la biblioteca turtle que se puede consultar en http://openbookproject.net/thinkcs/python/english3e/hello_little_turtles.html. El objetivo es hacer que la tortuga deje un determinado número de huellas, cada una de las huellas se va a ir espaciando incrementalmente mientras ésta avanza. A contiuación se muestra la sección de código que hace el recorrido de la tortuga. NOTA: La siguiente sección de código no se va a ejecutar en la notebook 146 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 147/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada #Archivo: recorrido_no_recursivo.py for i in range(30): #Esta determinado que se impriman 30 huellas de la tortuga tess.stamp() # Huella de la tortuga size = size + 3 # Se incrementa el paso de la tortuga cada iteración tess.forward(size) # Se mueve la tortuga hacia adelante tess.right(24) # y se gira a la derecha ¿Cómo hacer el recorrdio de la tortuga de manera recursiva? Primero se tiene que encontrar el caso base y después hacer una función que se va llame a sí misma. En esta función, el caso base es cuando se ha completado el número de huellas requerido. A continuación se muestra el código de la función para el recorrido de la tortuga. 147 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 148/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada #Archivo: recorrido_recursivo.py def recorrido_recursivo(tortuga, espacio, huellas): if huellas > 0: tortuga.stamp() espacio = espacio + 3 tortuga.forward(espacio) tortuga.right(24) recorrido_recursivo(tortuga, espacio, huellas-1) NOTA: El código completo de las dos versiones se encuentra guardado en los archivos recorrido_recursivo.py y recorrido_no_recursivo.py. Estos se van a ejecutar desde la notebook como si de una ventana de comandos se tratara. Tip: En las notebooks se pueden ejecutar comandos del sistema operativo, sólo se tiene que agregar el signo de admiración antes del comando (!comando). Si el comando no es del sistema operativo, se despliega un aviso. Al momento de ejecutar las siguientes instrucciones, se abre una ventana donde se muestra el desplazamiento de la tortuga. Cuando se termina de ejecutar el código, es necesario cerrar la ventana para que finalice la ejecución en la notebook. #Ejecutando el código no recursivo. !python recorrido_no_recursivo.py 148 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 149/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Tip: Para la implementación recursiva (recorrido_recursivo.py) se hace uso de la biblioteca argparse, esta biblioteca permite mandar datos de entrada al programa por medio de banderas, tal y como se hace con los comandos del sistema operativo. ap = argparse.ArgumentParser() #El dato de entrada se ingresa con la bandera --huellas ap.add_argument("--huellas", required=True, help="número de huellas") #Lo que se obtiene es un diccionario (llave:valor) , en este caso llamado args args = vars(ap.parse_args()) # Los valores del diccionario son cadenas por lo que se tiene que # transformar a un entero con la función int() huellas = int(args["huellas"]) El código se ejecuta de la siguiente manera: #Como se observa, hay un espacio después del nombre del archivo y #un espacio después de la bandera !python recorrido_recursivo.py --huellas 25 La ventaja de utilizar esta forma de mandar datos de entrada al programa, es que hace la validación por nosotros, ya que si no se especifica la bandera o se especifica un valor, se genera un mensaje de error. !python recorrido_recursivo.py –huella 149 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 150/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada Fibonacci Recordando la implementación iterativa para calcular la sucesión de Fibonacci... def fibonacci_iterativo_v2(numero): f1=0 f2=1 for i in range(1, numero-1): f1,f2=f2,f1+f2 #Asignación paralela return f2 Esta función se puede transformar a su versión recursiva de la siguiente manera: Al igual que en la versión iterativa, se están repitiendo operaciones. Para calcular el elemento 5 se tiene: f(5) = (n-1) = f(4)+f(3)+f(2)+f(1) (n-2) = f(3)+f(2)+f(1) Retomando lo visto en la práctica 11, podemos mejorar la eficiencia del algoritmo si utilizamos memorización. 150 Código: MADO-19 Versión: 01 Manual de prácticas del Página 151/151 Laboratorio de Estructuras de Sección ISO 8.3 datos y algoritmos I Fecha de 20 de enero de 2017 emisión Área/Departamento: Facultad de Ingeniería Laboratorio de computación salas A y B La impresión de este documento es una copia no controlada La memoria cambia después de la ejecución. En comparación con la versión iterativa de la guía 11, la función fibonacci_memo() tiene acceso a la variable memoria, por lo que efectua menos operaciones. A diferencia de la versión anterior, como los resultados se están guardando en la variable memoria, el número de operaciones que se realizan es menor. Para calcular el elemento 5 con la nueva implementación: memoria = {1:0, 2:1, 3:1} f(5) = (n-1) = f(4)+memoria(3)+memoria(2)+memoria(1) (n-2) = memoria(3) Desventajas de la recursividad   A veces es complejo generar la lógica para aplicar recursión. Hay una limitación en el número de veces que una función puede ser llamada, tanto en memoria como en tiempo de ejecución. Bibliografía Design and analysis of algorithms; Prabhakar Gupta y Manish Varshney; PHI Learning, 2012, segunda edición. Introduction to Algorithms, Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest y Clifford Stein; The MIT Press; 2009, tercera edicion. Problem Solving with Algorithms and Data Structures using Python; Bradley N. Miller y David L. Ranum, Franklin, Beedle & Associates; 2011, segunda edition. http://openbookproject.net/thinkcs/python/english3e/hello_little_turtles.html 151