Tabla de contenidos
Mediante la resolución de este ejercicio se pretende que el alumno aprenda a implementar una pila utilizando listas enlazadas como estructura de datos.
Implementa una pila utilizando una lista enlazada como estructura de datos. La pila debe permitir almacenar cualquier tipo de objeto, e implementar al menos métodos para:
- Insertar un objeto en la pila (push).
- Recuperar un objeto de la pila (pop).
- Obtener el objeto de la cima (top) de la pila, sin extraerlo.
- Averiguar si hay algún objeto almacenado en la pila.
- Devolver el número de objetos almacenados en la pila.
Diseña la clase, decidiendo el nombre de cada método, sus parámetros y su valor de retorno. (Pista: Crea una clase Node, que sea la encargada de almacenar los valores de la pila)
La solución se puede ver en el siguiente listado:
/* * LinkedStack.java * */ public class LinkedStack { class Node { Object elem; Node Next; public Node(Object o) { elem = o; Next = null; } } Node end; int size; public LinkedStack() { end = null; size = 0; } public void push(Object o) { Node new_node = new Node(o); if (end == null) end = new_node; else { new_node.Next = end; end = new_node; } size++; }; // inserts an object onto the stack public Object pop() { if (end == null) return null; ; Object o = end.elem; end = end.Next; size--; return o; }// Gets the object from the stack public boolean isEmpty() { return (size == 0); } public int size() { return size; } public Object end() { if (end == null) return null; else return end.elem; } } // class LinkedStack
Haz una clase de prueba que lea líneas de un fichero y las imprima en orden inverso en pantalla. Por ejemplo, si el fichero tiene cuatro lineas "A", "B", "C" y "D", debe imprimir "D", "C", "B" y "A". La solución debe utilizar internamente una pila.
La solución se puede ver en el siguiente listado:
import java.io.*; public class TestLinkedStack { public static void main(String args[]) { FileReader f = null; // to read files BufferedReader reader = null; // reading buffer String line = null; // read lines LinkedStack stack = new LinkedStack(); // initialization if (args.length < 1) { System.err.println("Please invoke the program like this:"); System.err.println("\tLinkedStack file"); } // opens the file try { f = new FileReader(args[0]); reader = new BufferedReader(f); while ((line = reader.readLine()) != null) stack.push(line); } catch (Exception e) { System.err.println("File not found " + args[0]); return; } // Gets the strings from the stack and prints them while ((line = (String) stack.pop()) != null) { System.out.println(line); } } }
Mediante la resolución de este ejercicio se pretende que el alumno aprenda a implementar una cola utilizando listas enlazadas como estructura de datos.
Implementa una cola utilizando una lista enlazada como estructura de datos. La cola debe permitir almacenar cualquier tipo de objeto, e implementar al menos métodos para:
- Insertar un objeto en la cola (enqueue).
- Recuperar un objeto de la cola (dequeue).
- Obtener el primer objeto (first) de la cola, sin extraerlo.
- Averiguar si hay algún objeto almacenado en la cola (isEmpty).
- Devolver el número de objetos almacenados en la cola (size).
Diseña la clase, decidiendo el nombre de cada método, sus parámetros y su valor de retorno.
La solución se puede ver en el siguiente listado:
/* * LinkedQueue.java * */ public class LinkedQueue { class Node { Object elem; Node Next; public Node(Object o) { elem = o; Next = null; } } Node first; Node end; int size; public LinkedQueue() { end = null; size = 0; } public void enqueue(Object o) { Node new_node = new Node(o); if (first == null) { first = new_node; end = new_node; } else { end.Next = new_node; end = new_node; } size++; }; // inserts an object onto the queue public Object dequeue() { if (first == null) return null; ; Object o = first.elem; first = first.Next; size--; return o; } // gets the object from the queue public boolean isEmpty() { return (size == 0); } public int size() { return size; } public Object first() { if (first == null) return null; else return first.elem; } } // class LinkedQueue
De igual modo, haz una clase de prueba que lea líneas de dos ficheros y las imprima en orden en pantalla. Por ejemplo, si el primer fichero tiene dos lineas "A" y "B" y el segundo fichero contiene dos líneas "C" y "D", debe imprimir "A", "B", "C" y "D". La solución debe utilizar internamente una cola.
La solución se puede ver en el siguiente listado:
import java.io.*; public class TestLinkedQueue { public static void main(String args[]) { FileReader f = null; // to read files BufferedReader reader = null; // reading buffer String line = null; // read lines LinkedQueue queue = new LinkedQueue(); // initialization if (args.length < 1) { System.err.println("Please invoke the program like this:"); System.err.println("\tLinkedQueue file1 file2"); } // opens the first file try { f = new FileReader(args[0]); reader = new BufferedReader(f); while ((line = reader.readLine()) != null) queue.enqueue(line); } catch (Exception e) { System.err.println("File not found " + args[0]); return; } // opens the second file try { f = new FileReader(args[1]); reader = new BufferedReader(f); while ((line = reader.readLine()) != null) queue.enqueue(line); } catch (Exception e) { System.err.println("File not found " + args[1]); return; } // Gets the strings from the queue and prints them while ((line = (String) queue.dequeue()) != null) { System.out.println(line); } } }
Profundizar en el manejo de estructuras de datos listas.
La clase Lista
representa una colección lineal de datos organizados en forma de lista enlazada. Esta lista presenta la peculiaridad de que almacena una referencia a un nodo concreto de la lista, al que apunta la referencia posicion
, sobre el cual se realizan las operaciones de inserción y extracción de datos.
La referencia posicion
debe poder avanzar y retroceder por la lista posición a posición. Por ello, resulta adecuado que la lista está doblemente enlazada, esto es, que cada nodo guarde una referencia no sólo al nodo que lo sigue en la lista, sino también al nodo que lo precede. La siguiente figura ilustra la estructura de la lista con un ejemplo:
Las operaciones básicas que debe permitir realizar esta lista son las siguientes:
Avanzar la referencia posicion: la referencia se mueve hacia delante tantas posiciones como se indique. Si la lista está vacía o el número de posiciones a avanzar no es mayor que cero, no se hace nada. Si se pide avanzar más posiciones de las que quedan en la lista, posicion
avanzará sólo hasta el último nodo. Si posicion
apunta a null
antes de avanzar, se coloca en el primer nodo de la lista, y a continuación se avanza el número de posiciones indicado, descontando una (por ejemplo, si se pide avanzar 5 posiciones y posicion
apunta a null
inicialmente, primero se coloca apuntando al primer nodo, y después se avanzan 4 posiciones desde este).
Retroceder la referencia posicion
: la referencia posicion
debe retroceder tantas posiciones como se indique. Si la lista está vacía o el número de posiciones a retroceder no es mayor que cero, no se hace nada. Si se pide retroceder más posiciones que el primer elemento de la lista, la referencia se quedará en este primer elemento.
Insertar un nuevo dato en la lista: se inserta un nuevo nodo para guardar este dato, inmediatamente a continuación de posicion
, esto es, el nodo nuevo seguirá al actualmente referenciado por posicion
. Cuando posicion
es null
, el nuevo nodo se inserta en la primera posición de la lista. Al finalizar la inserción, la referencia posicion
debe apuntar al nuevo nodo introducido.
Extraer un dato de la lista: devuelve el dato del nodo apuntado por posicion
, borra dicho nodo, y avanza posicion
al siguiente nodo (queda apuntando a null
si no hay siguiente nodo). Si posicion
apunta a null
, no se extrae nada y se devuelve null
.
Programa la clase Nodo
, la clase Lista
y los siguientes métodos de ésta:
public void avanzar(int posiciones) {...}
public void retroceder(int posiciones) {...}
public void insertar(Object dato) {...}
public Object extraer() {...}
La solución se puede ver en el siguiente listado:
/**
* <p>Universidad Carlos III de Madrid</p>
*
* @author Departamento de Ingenieria Telematica. UC3M.
* @version 1.0
*/
/**
*
* <p>
* 'Playing' with double linked list
* </p>
*
*
* @author Departamento de Ingenieria Telematica. UC3M.
* @version 1.0
*/
public class List {
// nested class
public class Node {
Node next;
Node previous;
Object data;
public Node(Node next, Object data) {
this.next = next;
this.data = data;
}
public Node(Object elem) {
this(null, elem);
}
}
private Node first;
private Node currentPosition;
/**
* Increments current position -numPositions-
*/
public void forward(int numPositions) {
if (numPositions > 0 && first != null) {
int positionsForward = numPositions;
if (currentPosition == null) {
currentPosition = first;
positionsForward--;
}
while (currentPosition.next != null && positionsForward > 0) {
currentPosition = currentPosition.next;
positionsForward--;
}
}
}
/**
* Inserts an object in --currentPosition-.
*/
public void insert(Object data) {
Node node = new Node(data);
if (currentPosition == null) {
// inserts in first node
node.next = first;
if (first != null) {
first.previous = node;
}
first = node;
} else {
// the node isn't the first.
node.next = currentPosition.next;
node.previous = currentPosition;
if (currentPosition.next != null) {
currentPosition.next.previous = node;
}
currentPosition.next = node;
}
// updates current position
currentPosition = node;
}
/**
* Delete the node referenced by -currentPosition-.
*
* @return The object to delete
*/
public Object extract() {
Object data = null;
if (currentPosition != null) {
data = currentPosition.data;
// 'delete' the node
if (first == currentPosition) {
first = currentPosition.next;
} else {
currentPosition.previous.next = currentPosition.next;
}
if (currentPosition.next != null) {
currentPosition.next.previous = currentPosition.previous;
}
// next position
currentPosition = currentPosition.next;
}
return data;
}
/** testing program */
public String toString() {
Node aux = first;
StringBuffer sb = new StringBuffer();
while (aux != null) {
sb.append(aux.data);
aux = aux.next;
}
return sb.toString();
}
/**
* Go back -numPositions-
*/
public void back(int numPositions) {
if (numPositions <= 0 || first == null || currentPosition == null)
return;
int positionsBack = numPositions;
while (currentPosition != null && positionsBack > 0) {
currentPosition = currentPosition.previous;
positionsBack--;
}
}
/** Test method */
public static void main(String[] args) {
List list = new List();
list.insert("Node1");
list.insert("Node2");
System.out.println("Initial list: " + list.toString());
System.out
.println("Data in current position: " + list.currentPosition.data);
System.out.println("Add Node: ");
list.insert("Node3");
System.out
.println("Data in current position: " + list.currentPosition.data);
System.out.println("List: " + list.toString());
list.back(1);
System.out.println("Go back one position");
System.out
.println("Data in current position: " + list.currentPosition.data);
System.out.println("List: " + list.toString());
list.insert("Node4");
System.out
.println("Data in current position: " + list.currentPosition.data);
System.out.println("List: " + list.toString());
list.extract();
System.out.println("delete... ");
System.out
.println("Data in current position: " + list.currentPosition.data);
System.out.println("List: " + list.toString());
System.out.println("Go forward 7 ");
list.forward(7);
System.out
.println("Data in current position: " + list.currentPosition.data);
System.out.println("List: " + list.toString());
list.back(1);
list.extract();
System.out
.println("Data in current position: " + list.currentPosition.data);
System.out.println("List: " + list.toString());
list.extract();
System.out.println("Current position: " + list.currentPosition);
System.out.println("List: " + list.toString());
list.forward(1);
list.extract();
System.out.println("Current position: " + list.currentPosition);
System.out.println("List: " + list.toString());
list.extract();
System.out.println("Current position: " + list.currentPosition);
System.out.println("List: " + list.toString());
}
}
Aprender a trabajar con Deques (Bicolas).
Una Deque
, también conocida como
Bicola
, es una estructura lineal de datos que permite
insertar y eliminar elementos por ambos extremos. Para su construcción,
nos basaremos en el uso de una Lista Doblemente Enlazada
(LDE)
en la que implementaremos los métodos correspondientes
para lograr dicho comportamiento.
El comportamiento de una Deque
se puede
lograr mediante la implementación de la siguiente interfaz que muestra sus
métodos principales:
/**
* Interface for a Deque.
*
* @author DIT-UC3M
*
*/
public interface Dqueue {
void insertFirst(Object obj);
void insertLast(Object obj);
Object removeFirst();
Object removeLast();
int size();
}
Para implemetar una Deque
mediante una LDE
realiza las siguientes tareas:
Programa la clase DNode
que constituye el
nodo de una Lista Doblemente Enlazada (LDE). Dicho nodo contendrá las
referencias prev
y next
a los nodos anterior
y posterior de la misma, así como una referencia de tipo
Object
al dato que se almacena.
Declara la clase DLDqueue
que
implementará una Deque
basada en una LDE. Para ello,
deberá implementar el interfaz Dqueue
mencionado
anteriormente.
Añade los atributos head
y
tail
que representan los nodos extremos de la LDE y el
atributo entero size
que permite almacenar el tamaño de
la misma.
Programa el constructor de la clase
DLDqueue
que inicializa las referencias head
y tail
a un nodo de la LDE que esté vacío y establece el
tamaño a 0.
Programa los siguientes métodos del interfaz
Deque
:
public void insertFirst(Object obj)
Este método inserta un objeto al comienzo de la LDE.
public void insertLast(Object obj)
Este método inserta un objeto al final de la LDE.
public Object removeFirst()
Este método extrae un objeto del comienzo de la
LDE y lo elimina de la lista. Si no existe dicho objeto, devuelve
null
.
public Object removeLast()
Este método extrae un objeto del final de la LDE y
lo elimina de la lista.Si no existe dicho objeto, devuelve
null
.
public int size()
Este método devuelve el tamaño de la lista LDE.
Por úlitmo, implementa el método public
String toString()
que permite imprimir el contenido de la
Deque
por pantalla con el siguiente formato (los
valores que aparecen son de ejemplo):
head [ 1-2-3-4-5 ] tail
¡¡ NOTA IMPORTANTE !!
En este ejercicio, hemos practicado el diseño y la
implementación de una Deque
. Sin embargo, en el API de Java
existen clases que también implementan este tipo de estructuras de datos.
Una Deque
está definida por la siguiente interfaz: Interface
Deque. Existen dos posibles implementaciones de la misma, una
basada en arrays (ArrayDeque)
y otra basada en Listas Enlazadas (LinkedList).
Las soluciones se pueden ver en los siguientes listados:
/**
* An Implementation of a Double Linked List Node
*
* @author DIT-UC3M
*
*/
public class DNode {
DNode next, prev;
Object val;
public DNode() {
this.next = null;
this.prev = null;
this.val = null;
}
public DNode(Object val, DNode first, DNode last) {
this.next = first;
this.prev = last;
this.val = val;
}
public DNode getNext() {
return next;
}
public void setNext(DNode next) {
this.next = next;
}
public DNode getPrev() {
return prev;
}
public void setPrev(DNode prev) {
this.prev = prev;
}
public Object getVal() {
return val;
}
public void setVal(Object val) {
this.val = val;
}
}
/**
* Class that implements a Deque with a Double Linked List.
*
* @author DIT-UC3M
*
*/
public class DLDqueue implements Dqueue {
DNode head, tail;
int size;
public DLDqueue() {
head = new DNode();
tail = new DNode();
head.setNext(tail);
tail.setPrev(head);
size = 0;
}
public void insertFirst(Object obj) {
DNode h = head;
DNode node = new DNode();
node.setVal(obj);
node.setNext(h);
h.setPrev(node);
head = node;
if (size == 0)
tail = node;
size++;
}
public void insertLast(Object obj) {
DNode t = tail;
DNode node = new DNode();
node.setVal(obj);
node.setPrev(t);
t.setNext(node);
tail = node;
if (size == 0)
head = node;
size++;
}
public Object removeFirst() {
if (head == null)
return null;
Object val = head.getVal();
head = head.getNext();
size--;
return val;
}
public Object removeLast() {
if (tail == null)
return null;
Object val = tail.getVal();
tail = tail.getPrev();
size--;
return val;
}
public int size() {
return size;
}
public String toString() {
String s = "head [";
DNode aux = head;
for (int i = 0; i < size; i++) {
s += aux.getVal();
if (aux == tail) {
break;
}
s += "-";
aux = aux.getNext();
}
return s + "] tail";
}
}
Aprender cómo hacer que una Deque
se comporte
como una Pila
o una Cola
.
En este ejercicio, vamos a aprovechar la flexibilidad de
una Deque
para hacer que se comporte como si fueran una
Pila
o una Cola
. Para hacerlo, obligaremos a que
la clase que la use implemente el interfaz correspondiente que se muestra
a continuación:
Interfaz de una Pila
:
/**
* Interface for a Stack.
*
* @author DIT-UC3M
*
*/
public interface Stack {
void push(Object obj);
Object pop();
int size();
}
Interfaz de una Cola
:
/**
* Interface for a Queue.
*
* @author DIT-UC3M
*
*/
public interface Queue {
public void enqueue(Object obj);
public Object dequeue();
int size();
}
A continuación, vamos a usar una Deque
para
implementar tanto una Pila
como una Cola
de
datos. Para ello, realiza las siguientes tareas:
Para implemetar una Pila
mediante una
Dqueue
:
Declara la clase DQStack
que se
comportará como una Pila
. Para ello deberá
implementar el interfaz Stack
mencionado
anteriormente.
Añade un atributo data
que sea de
tipo DLDqueue
y que constituye la lista donde se
almacenarán los datos de la pila.
Programa el constructor de la clase
DQStack
que inicializa el atributo data
creando un objeto de la clase DLDqueue
.
Programa los siguientes métodos del interfaz
Stack
:
public void push(Object obj)
Este método inserta un objeto al comienzo de
la DLDqueue
.
public Object pop()
Este método extrae un objeto del comienzo de
la DLDqueue
y lo elimina de la lista. Si no
existe dicho objeto, devuelve null
.
public int size()
Este método devuelve el tamaño de la
DLDqueue
.
Implementa el método main
para probar
la Pila
. Deberá crear una instancia de una
DQStack
, apilar y desapilar una serie de datos
imprimiendo por pantalla el contenido y el tamaño de la
pila.
Para implemetar una Cola
mediante una
DLDqueue
se pide:
Declara la clase DQQueue
que debe
comportarse como una Cola
. Para ello deberá
implementar el interfaz Queue
proporcionado.
Añade un atributo data
que sea de
tipo DLDqueue
y que constituye la lista donde se
almacenarán los datos de la cola.
Programa el constructor de la clase
DQQueue
que inicializa el atributo data
creando un objeto de la clase DLDqueue.
Programa los siguientes métodos del interfaz
Queue
:
public void enqueue(Object obj)
Este método inserta un objeto al comienzo de
la DLDqueue
.
public Object dequeue()
Este método extrae un objeto del final de la
DLDqueue
y lo elimina de la lista.Si no existe
dicho objeto, devuelve null
.
public int size()
Este método devuelve el tamaño de la
DLDqueue
.
Por último, implementa el método main
para probar la Cola
. Dicho método deberá crear una
instancia de una DQQueue
, encolar y desencolar una
serie de datos imprimiendo por pantalla el contenido y el tamaño
de la lista.
Las soluciones se pueden ver en los siguientes listados:
/**
* Interface for a Stack.
*
* @author DIT-UC3M
*
*/
public interface Stack {
void push(Object obj);
Object pop();
int size();
}
/**
* Interface for a Queue.
*
* @author DIT-UC3M
*
*/
public interface Queue {
public void enqueue(Object obj);
public Object dequeue();
int size();
}
/*
* Class that implements a Stack with a Deque
*
* @author DIT-UC3M
*
*/
public class DQStack implements Stack {
private Dqueue data;
public DQStack() {
data = new DLDqueue();
}
public void push(Object obj) {
data.insertFirst(obj);
}
public Object pop() {
return data.removeFirst();
}
public int size() {
return data.size();
}
public String toString() {
return data.toString();
}
public static void main(String[] args) {
DQStack stack = new DQStack();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
stack.push(i);
}
System.out.println("Printing stack: " + stack);
int s = stack.size();
System.out.println("Printing size: " + stack.size());
Object o = stack.pop();
System.out.println("Pop element = " + o);
System.out.println("Printing stack: " + stack);
}
}
/*
* Class that implements a Queue with a Deque
*
* @author DIT-UC3M
*
*/
public class DQQueue implements Queue {
private Dqueue data;
public DQQueue() {
data = new DLDqueue();
}
public void enqueue(Object obj) {
data.insertFirst(obj);
}
public Object dequeue() {
return data.removeLast();
}
public int size() {
return data.size();
}
public String toString() {
return data.toString();
}
public static void main(String[] args) {
DQQueue queue = new DQQueue();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
queue.enqueue(i);
}
System.out.println("Printing queue: " + queue);
int s = queue.size();
System.out.println("Printing size: " + queue.size());
Object o = queue.dequeue();
System.out.println("Deque element = " + o);
System.out.println("Printing queue: " + queue);
}
}