realizzazione di tipi astratti di dato in java...

Realizzazionedi Tipi

Astratti diDato in Java

Realizzazionedi TipiAstratti diDato

Utilizzo JavaAPI per im-plementareADT

Collezioni dioggetti

Realizzazione di Tipi Astratti di Dato in JavaLaboratorio di Programmazione IICorso di Laurea in Bioinformatica

Dipartimento di Informatica - Università di Verona






Realizzazione di Tipi Astratti di Dato






Tipi Astratti di Dato

Tipo Astratto di DatoPermette di specificare dati in modo astrattoAstratto

Indipendentemente dal linguaggio (e.g., Java, C++, etc.)Indipendentemente dalla modalità di realizzazione (e.g.,List, ArrayList, LinkedList)






Tipi Astratti di Dato

DefinizioneOggetto matematico costituito da:

1 dominio del tipo (o dominio di interesse): insieme deivalori validi per il tipo

2 funzioni: operazioni che possono essere effettutate suivalori del tipo

Example (Il tipo Boolean)

1 Dominio di interesse: true, false2 Funzioni: not, or, and, etc.






Esempio: Lista

ADT Listadominio del tipo: L Liste di elementi di un certo tipo T

Operazioni:1 isEmpty(L): L ⇒ B vero se la lista L è vuota (B =

Boolean)2 get(L,k): L × N ⇒ T oggetto (di tipo T ) in posizione k

nella lista L (N = interi positivi)3 lenght(L): L ⇒ N il numero di oggetti contenuti in L4 remove(L,k): L × N ⇒ T × L oggetto in posizione k nella

lista L, ed una Lista L′ risultante da L in cui l’oggetto inposizione k viene rimosso.

5 insert(L,k,u): L × N × T ⇒ L Lista L′ risultante da L incui viene aggiunto l’oggetto u in posizione k .






Realizzare ADT in Java

ADT in JavaElementi fondamentali della realizzazione di un ADT

Interfaccia che definisce le operazioni (e.g. Lista.java)Scelta della rappresentazione (i.e., come rappresentare leinformazioni)Schema Realizzativo






Schema Realizzativo

Modalità principaliModalità di realizzazione delle operazioniDue schemi principali

1 side effect: i metodi della classe operano modifiche suoggetti di moduli cliente

2 funzionale: i metodi della classe calcolano valori senzamodificare gli oggetti della classe






Realizzazione con Side Effect

Side EffectModifica gli oggettiSi discostano notevolmente dalla definizione matematice diADT (concetto di oggetto)Efficienti: metodi agiscono direttamente sugli oggettiDanno luogo ad oggetti mutabili

Example (Side Effect)

StringBuffer sba = new StringBuffer("Ciao");StringBuffer sbb = sba;sba.append("!");System.out.println("StringBuffer sba = "+sba);System.out.println("StringBuffer sbb = "+sbb);






Realizzazione funzionale

FunzionaleNon modificano mai gli oggetti di invocazione marestituiscono un nuovo oggetto per ogni operazione dimodifica

Insert per Lista funzionaleLista insert(int k, Object o)...

Molto simili alla definizione matematica dell’ADTTipicamente meno efficienti, ma più sicuriDanno luogo ad oggetti immutabili

Example (Oggetti immutabili)

String sa = new String("Ciao");String sb = sa;sa = sa.concat("!");System.out.println("Stringa sa = "+sa);System.out.println("Stringa sb = "+sb);






Uguaglianza per ADT

Uguaglianza profonda

promemoria ==⇒ uguaglianza tra riferimenti (uguaglianzasuperficiale)promemoria metodo equals(Object) della classe Objectpuo’ essere re-implementato da tutte le classi derivate(overriding)promemoria metodo equals di default controllal’uguaglianza superficialeuguaglianza profonda: uguaglianza basata sulleinformazioni contenute nell’oggettoPer ADT è consigliabile re-implementare equals perottenere l’uguaglianza profonda






Utilizzo Java API per implementare ADT






Utilizzo API per ADT

API per ADTADT più importanti sono implementati nelle API di JAVAUtilizzo librerie disponibili riduce notevolmente il tempo disviluppo (e soprattutto il debug)






ADT lineari: Lista

API per ListaInterfaccia ListMolte realizzazioni, in particolare:

ArrayList: basata su arrayLinkedList: basata su strutture collegate






Utilizzo delle API per ADT Lista

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

NoteArrayList e LinkedList implementano l’interfaccia ListquindiUtilizzare ArrayList o LinkedList per istanziare un oggettodi tipo List è trasparente in fase di compilazione

Esempio: metodo fill() classe TestList.javaLa particolare realizzazione impatta sull’efficienza delcodice: tempo esecuzione e memoria

ArrayList: ri-allocazione del vettore se necessarioLinkedList: accesso sequenziale

http://profs.sci.univr.it/~farinelli/courses/algBio/codice/TestList.java






Liste e tipo degli elementi contenuti

Liste e tipo degli elementiADT lista: sequenza di elementi di un solo tipoIn java posso inserire in una lista elementi di tipi diversi,perchè tutto deriva da ObjectSi 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

Il meccanismo della parametrizzazione del tipoGenerics o tipi parametrizzatiDichiaro al momento della creazione quali elementi sarannoinseriti nella lista

List<tipoElemento> listaT = newArrayList<tipoElemento>()

Il compilatore controlla che il vincolo sul tipo degli elementisia rispettato

listaT.add(elementoTipoNonCorretto) errore a tempo dicompilazione

Esempio: TestGenerics.java

http://profs.sci.univr.it/~farinelli/courses/algBio/codice/TestGenerics.java






Leggere le API di java

Come leggere le API

informazioni principali per ciascuna classe:Classi e/o interfacce che vengono estese e/o realizzatedalla classe correnteClassi e/o interfacce che implementano e/o estendono laclasse correnteEventuale parametrizzazione dei tipiPackage da includere (e.g. import java.util.*);






Esercizi

Esercizi API1 realizzare il metodo elimina doppi della classe UtilList.java

utilizzando ArrayList o LinkedList2 realizzare il metodo sottoSequenza della classe UtilList.java

utilizzando LinkedList o ArrayList3 realizzare il metodo stampa inversi della classe UtilList.java

utilizzando la classe Stack

http://profs.sci.univr.it/~farinelli/courses/algBio/codice/UtilList.java








Nota sull’interfaccia Comparable

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 compilazione4 Vedi UtilComparable.java e StudenteTypeSafe.java

http://profs.sci.univr.it/~farinelli/courses/algBio/codice/UtilComparable.java

http://profs.sci.univr.it/~farinelli/courses/algBio/codice/StudenteTypeSafe.java






Collezioni di Oggetti






Collezioni di oggetti

CollezioniLista è una particolare tipologia di collezione di oggettiNe esistono molte altre: Pila, Coda, Insieme etc.Le tipologie di collezioni principali sono realizzate nellelibrerie Java di baseL’interfaccia Collection rappresenta i metodi di base peruna qualsiasi collezione






Collezioni in Java I

Interfaccia Collection






Collezioni in Java II

Interfaccia Collection: metodi






ADT Insieme

InsiemeDominio di interesse: è formato da insiemi di elementi diun certo dominio EOperazioni:

1 emptySet(), che restituisce il valore corrispondenteall’insieme vuoto.

2 isEmpty(i), che restituisce true se l’insieme i è l’insiemevuoto, false altrimenti.

3 add(i,e), che restituisce l’insieme j ottenuto dall’insieme iaggiungendo l’elemento e; se e appartiene già a i allora jcoincide con i.

4 remove(i,e), che restituisce l’insieme j ottenuto dall’insiemei eliminando l’elemento e; se e non appartiene a i allora jcoincide con i.

5 contains(i,e), che restituisce true se l’elemento eappartiene all’insieme i, false altrimenti.






ADT Insieme in Java

Interfaccia Set






ADT Insieme in Java: caratteristiche

Interfaccia Set caratteristicheTipo parametrizzato: E rappresenta il tipo degli elementidell’insiemeMette a disposizione molti metodi oltre alle operazioni dibase (e.g. addAll(...), removeAll(...), retainAll(...))Insieme di Interi: Set<Integer> insiemeInteri = ...L’interfaccia Set viene realizzata da numerose classi

1 HashSet: operazioni di base in tempo costante (sottoopportune ipotesi)

2 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

HashSetDichiarazione

Set<Integer> s1 = new HashSet<Integer>();

Aggiunta elementis1.add(new Integer(1));

Aggiunta di una collezione di elementis1.addAll(collezione);






Set: Accesso agli elementi

IteratoriNon esiste il concetto di posizione di un elemento

non esiste il metodo s.get(i) dove i è la posizionedell’elemento

Si utilizzano gli iteratoriUn iteratore è un riferimento ad un oggetto contenuto inuna collezionePermettono di accedere in maniera sequenziale qualsiasicollezione (pile,liste,code,insiemi, etc.)






Utilizzo iteratori

Creare un iteratoreData una collezione c

Collection<T> c = ...

iterator() metodo della collezione, restituisce un iteratore alprimo elemento della collezione

Iterator<T> it = c.iterator();






Utilizzo degli iteratori

iteratoriDato un iteratore

Iterator<T> it = c.iterator();

metodo hasNext() restituisce true se la collezione su cuil’iteratore agisce ha almeno un altro elemento

for(Iterator<T> it = c.iterator(); it.hasNext();)

metodo next() restituisce l’elemento a cui l’iteratore siriferisce ed aggiorna l’iteratore al prossimo elemento dellacollezione.

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

http://profs.sci.univr.it/~farinelli/courses/algBio/codice/TestSet.java






Esercizi

Esercizi su SetImplementare il metodomigliorMedia(Set<Set<Integer>>)

della classe TestSet.javaImplementare il metodointersezione(Set<Integer>, Set<Integer>)

della classe TestSet.java








Sottoinsiemi di un insieme (insieme delle parti)

Insieme delle parti (power set)

dato un insieme S il power set P(S) è l’insieme di tutti isottoinsiemi di sS = {1, 2}, P(S) = {{}, {1}, {2}, {1, 2}}concetto molto importante per algoritmi a forza bruta






Calcolo ricorsivo dell’ insieme delle parti

Insieme delle parti: calcolo ricorsivo

dato un insieme di elementi S ed un insieme (di insiemi) Tdetta F(e, T ) = {X ∪ {e}|X ∈ T }definizione ricorsiva:

P(S) = {∅} se S = ∅e primo elemento di S , T = S \ {e},P(S) = P(T ) ∪ F(e,P(T ))






Esercizi

Esercizi su SetImplementare il metodo sottoinsiemi(Set<Integer>) dellaclasse TestSet.java


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