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Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java
Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Laboratorio di Programmazione II Corso di Laurea in Bioinformatica Dipartimento di Informatica - Università di Verona Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Tipi Astratti di Dato Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Tipo Astratto di Dato Permette di specicare dati in modo astratto Astratto Indipendentemente dal linguaggio (e.g., Java, C++, etc.) Indipendentemente dalla modalità di realizzazione (e.g. Lista, ListaLink, ListaArray) Tipi Astratti di Dato Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Denizione Oggetto matematico costituito da: 1 2 dominio del tipo (o dominio di interesse): insieme dei valori validi per il tipo funzioni: operazioni che possono essere eettutate sui valori del tipo Example (Il tipo Boolean) 1 2 Dominio di interesse: true, false Funzioni: not, or, and, etc. Esempio: Lista Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti TDA Lista dominio del tipo: L Liste di elementi di un certo tipo T Operazioni: 1 2 3 4 5 isEmpty(L): L ⇒ B vero se la lista L è vuota (B = Boolean) get(L,k): L × N ⇒ T oggetto (di tipo T ) in posizione k nella lista L (N = interi positivi) lenght(L): L ⇒ N il numero di oggetti contenuti in L remove(L,k): L × N ⇒ T × L oggetto in posizione k nella lista L, ed una Lista L0 risultante da L in cui l'oggetto in posizione k viene rimosso. insert(L,k,u): L × N × T ⇒ L Lista L0 risultante da L in cui viene aggiunto l'oggetto u in posizione k . Realizzare TDA in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti TDA in Java Elementi fondamentali della realizzazione di un TDA Interfaccia che denisce le operazioni (e.g. Lista.java) Scelta della rappresentazione (ListaArray.java, ListaLink.java) Schema Realizzativo Schema Realizzativo Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Modalità principali Modalità di realizzazione delle operazioni Due schemi principali 1 2 side eect: i metodi della classe operano modiche su oggetti di moduli cliente funzionale: i metodi della classe calcolano valori senza modicare gli oggetti della classe Realizzazione con Side Eect Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Side Eect Modica gli oggetti Si discostano notevolmente dalla denizione matematice di ADT (concetto di oggetto) Ecienti: metodi agiscono direttamente sugli oggetti Danno luogo ad oggetti mutabili Example (Side Eect) Lista a = new ListaLink(); Lista b = a; a.insert(0, new Integer(1)); a.insert(2, new Integer(2)); System.out.println("Lista a = "+a); System.out.println("Lista b = "+b); Realizzazione funzionale Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Funzionale Non modicano mai gli oggetti di invocazione ma restituiscono un nuovo oggetto per ogni operazione di modica Insert per Lista funzionale Lista insert(int k, Object o)... Molto simili alla denizione matematica dell'ADT Tipicamente meno ecienti, ma più sicuri Danno luogo ad oggetti immutabili Example (Oggetti immutabili) String a = new String("ciao"); String b = a; a.toUpperCase(); System.out.println("Stringa a = "+a); System.out.println("Stringa b = "+b); Uguaglianza per TDA Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Uguaglianza profonda promemoria ==⇒ uguaglianza tra riferimenti (uguaglianza superciale) promemoria metodo equals(Object) della classe Object puo' essere re-implementato da tutte le classi derivate (overriding) promemoria metodo equals di default controlla l'uguaglianza superciale uguaglianza profonda: uguaglianza basata sulle informazioni contenute nell'oggetto Per ADT è consigliabile re-implementare equals per ottenere l'uguaglianza profonda (e.g., metodo equals() di ListaArray.java) Utilizzo Java API per implementare ADT Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Utilizzo API per ADT Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti API per ADT ADT più importanti sono implementati nelle API di JAVA Utilizzo librerie disponibili riduce notevolmente il tempo di sviluppo (e soprattutto il debug) ADT lineari: Lista Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti API per Lista Interfaccia List Molte realizzazioni, in particolare: ArrayList: basata su array LinkedList: basata su strutture collegate Utilizzo delle API per ADT Lista Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Esempio: ArrayList Creazione: List l = new ArrayList(); Utilizzo: aggiunta oggetto: l.add(new Integer(3)) accesso oggetto: int pos= ...; l.get(pos) scansione: for (int i = 0; i < l.size(); i++) { System.out.println(i+ " " + l.get(i)); } Note su utilizzo API Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Note ArrayList e LinkedList implementano l'interfaccia List quindi Utilizzare ArrayList o LinkedList per istanziare un oggetto di tipo List è trasparente in fase di compilazione Esempio: metodo ll() classe TestList.java La particolare realizzazione impatta sull'ecienza del codice: tempo esecuzione e memoria ArrayList: ri-allocazione del vettore se necessario LinkedList: accesso sequenziale Liste e tipo degli elementi contenuti Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Liste e tipo degli elementi ADT lista: sequenza di elementi di un solo tipo In java posso inserire in una lista elementi di tipi diversi, perchè tutto deriva da Object Si discosta dal ADT e crea problemi a tempo di esecuzione Example (Esempio di lista con elementi eterogenei) List lista = new ArrayList(); lista.add(new Studente("001")); lista.add(new Studente("002")); lista.add(new Integer(3)); Forzare liste di elementi omogenei Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Il meccanismo della parametrizzazione del tipo Generics o tipi parametrizzati Dichiaro al momento della creazione quali elementi saranno inseriti nella lista List<tipoElemento> listaT = new ArrayList<tipoElemento>() Il compilatore controlla che il vincolo sul tipo degli elementi sia rispettato listaT.add(elementoTipoNonCorretto) errore a tempo di compilazione Esempio: TestGenerics.java Leggere le API di java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Come leggere le API Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti informazioni principali per ciascuna classe: Classi e/o interfacce che vengono estese e/o realizzate dalla classe corrente Classi e/o interfacce che implementano e/o estendono la classe corrente Eventuale parametrizzazione dei tipi Package da includere (e.g. import java.util.*); Esercizi Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Esercizi API 1 realizzare il metodo elimina doppi della classe UtilList.java utilizzando ArrayList o LinkedList 2 realizzare il metodo sottoSequenza della classe UtilList.java utilizzando LinkedList o ArrayList 3 realizzare il metodo stampa inversi della classe UtilList.java utilizzando la classe Stack Nota sull'interfaccia Comparable Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Utilizzo appropriato di Comparable<E> 1 l'interfaccia comparable utilizza un tipo parametrizzato Comparable<E> 2 E e' il tipo degli elementi con cui la classe che implementa l'interfaccia puo' essere comparata. 3 Permette di evitare il downcast nel compareTo() ed evita warning in compilazione 4 Vedi UtilComparable.java e StudenteTypeSafe.java Collezioni di Oggetti Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Collezioni di oggetti Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Collezioni Lista è una particolare tipologia di collezione di oggetti Ne esistono molte altre: Pila, Coda, Insieme etc. Le tipologie di collezioni principali sono realizzate nelle librerie Java di base L'interfaccia Collection rappresenta i metodi di base per una qualsiasi collezione Collezioni in Java I Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Interfaccia Collection Collezioni in Java II Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Interfaccia Collection: metodi ADT Insieme Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Insieme Dominio di interesse: è formato da insiemi di elementi di un certo dominio E Operazioni: 1 2 3 4 5 emptySet(), che restituisce il valore corrispondente all'insieme vuoto. isEmpty(i), che restituisce true se l'insieme i è l'insieme vuoto, false altrimenti. add(i,e), che restituisce l'insieme j ottenuto dall'insieme i aggiungendo l'elemento e; se e appartiene già a i allora j coincide con i. remove(i,e), che restituisce l'insieme j ottenuto dall'insieme i eliminando l'elemento e; se e non appartiene a i allora j coincide con i. contains(i,e), che restituisce true se l'elemento e appartiene all'insieme i, false altrimenti. ADT Insieme in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Interfaccia Set ADT Insieme in Java: caratteristiche Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Interfaccia Set caratteristiche Tipo parametrizzato: E rappresenta il tipo degli elementi dell'insieme Mette a disposizione molti metodi oltre alle operazioni di base (e.g. addAll(...), removeAll(...), retainAll(...)) Insieme di Interi: Set<Integer> insiemeInteri = ... L'interfaccia Set viene realizzata da numerose classi 1 2 HashSet: operazioni di base in tempo costante (sotto opportune ipotesi) TreeSet: operazioni di base in tempo O(log n) Un insieme non puo' avere occorrenze multiple di elementi, questo viene garantito dai metodi che gestiscono l'insieme (tutti i metodi add) Utilizzo Set Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti HashSet Dichiarazione Set<Integer> s1 = new HashSet<Integer>(); Aggiunta elementi s1.add(new Integer(1)); Aggiunta di una collezione di elementi s1.addAll(collezione); Set: Accesso agli elementi Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Iteratori Non esiste il concetto di posizione di un elemento non esiste il metodo s.get(i) dove i è la posizione dell'elemento Si utilizzano gli iteratori Un iteratore è un riferimento ad un oggetto contenuto in una collezione Permettono di accedere in maniera sequenziale qualsiasi collezione (pile,liste,code,insiemi, etc.) Utilizzo iteratori Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Creare un iteratore Data una collezione c Collection<T> c = ... iterator() metodo della collezione, restituisce un iteratore al primo elemento della collezione Iterator<T> it = c.iterator(); Utilizzo degli iteratori Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti iteratori Dato un iteratore Iterator<T> it = c.iterator(); metodo hasNext() restituisce true se la collezione su cui l'iteratore agisce ha almeno un altro elemento for(Iterator<T> it = c.iterator(); it.hasNext();) metodo next() restituisce l'elemento a cui l'iteratore si riferisce ed aggiorna l'iteratore al prossimo elemento della collezione. for(Iterator<T> it = c.iterator(); it.hasNext();) T elemento = it.next() esempio di scansione di tutti gli elementi di un insieme: calcolaMedia(Set<Integer>) della classe TestSet.java Esercizi Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Esercizi su Set Implementare il metodo migliorMedia(Set<Set<Integer>>) della classe TestSet.java Implementare il metodo intersezione(Set<Integer>, Set<Integer>) della classe TestSet.java Sottoinsiemi di un insieme (insieme delle parti) Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Insieme delle parti (power set) dato un insieme S il power set P(S ) è l'insieme di tutti i sottoinsiemi di s S = {1, 2}, P(S ) = {{}, {1}, {2}, {1, 2}} concetto molto importante per algoritmi a forza bruta Calcolo ricorsivo dell' insieme delle parti Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Insieme delle parti: calcolo ricorsivo dato un insieme di elementi S ed un insieme (di insiemi) T detta F(e , T ) = {X ∪ {e }|X ∈ T } denizione ricorsiva: P(S ) = {∅} se S =∅ e primo elemento di S , T = S \ {e }, P(S ) = P(T ) ∪ F(e , P(T )) Esercizi Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in Java Realizzazione di Tipi Astratti di Dato Utilizzo Java API per implementare ADT Collezioni di oggetti Esercizi su Set Implementare il metodo sottoinsiemi(Set<Integer>) della classe TestSet.java