Laborator 04: Stive & Cozi

• Înțelegerea conceptului de funcționare si implementarea de stive și cozi.
• Implementarea unor funcții individuale de lucru cu acestea.

O stivă reprezintă o listă cu structuri de date de tipul: Last-In-First-Out (LIFO).
Un exemplu comun ar fi un teanc de cărți: tot punem cărți pe o masă, dar în momentul când vrem să le ridicăm începem cu ultima, pusă deasupra teancului.

Definim structura astfel:

struct stack{
     int s[size];
     int top = -1;
} st;

• Verificăm dacă stiva e plină sau goală

int st_full(){ //int st_empty{
     if(st.top>=size - 1)  //if(st.top==-1)
          return 1;
     else
          return 0;
}     

• Adăugarea

void push(int item){
     st.top++;
     st.s[st.top]=item;
}

• Ștergerea

int pop(){
     int item;
     if(st_empty())  //presupunem ca nu exista elemente
        return -1; //cu valoarea -1
     item = st.s[st.top];
     st.top--;
     return (item);
}

Observații
1.Când introducem elemente într-o stivă,trebuie să incrementăm top-ul și apoi să adăugam elementul.
2.Când ștergem un element,trebuie întâi să ștergem elementul și apoi să decrementăm top-ul.
3.O stivă poate fi implementată cu ajutorul unui vector sau cu liste înlănțuite.

O coadă este o structură de date ce modelează un buffer de tip First-In-First-Out (FIFO).Astfel, primul element introdus în coadă va fi și primul care va fi scos din coadă.

Definim structura astfel:

struct queue{
     int queue[size];
     int rear = -1;
     int front = 0;
}Q;

• IsEmpty - întoarce 0 dacă coada este goală;1 dacă are cel puțin un element.

int Qempty(){
     if(Q.front > Q.rear)
          return 1;
     return 0;
}

• Enqueue / Adăugarea - adaugă un element (entitate) în coadă.Adăugarea se poate face doar la sfârșitul cozii.

void Qinsert(int item){
     Q.rear++;
     Q.queue[Q.rear] = item;
}

• Dequeue/ștergere - șterge un element din coadă și îl returnează.Ștergerea se poate face doar la începutul cozii.

int Qdelete(){
     int item;
     if( Qempty() ) //in acest caz, alegem o valoare de return
          return -1; // ce NU poate fi confundata cu un element
          //presupunem ca NU exista niciun element cu valoarea -1
     else {
          item = Q.queue[Q.front];
          Q.front ++;
          return item;
     }
}

• Dequeue - (sau coadă cu dublu acces) este o structură de tip coadă în care însă accesul (introducere/extragere de elemente) se poate realiza prin ambele capete.
  
  

De cele mai multe ori sunt implementate folosind liste dublu înlănțuite.

Dintr-un anume punct de vedere, se poate considera că atât stiva cât si coada clasică sunt specializări ale tipului abstract dequeue întrucât ambele se pot implementa folosind dequeue (și restrângând operațiile ce se realizează asupra sa).
* Priority queue - Coada prioritară reprezintă un tip de coadă în care fiecare element are asociată o anume prioritate.
În aceste condiții,operațiile de bază asupra cozii devin:

• Enqueue - adaugă la coadă un element cu prioritatea specificată
  
• Dequeue - extrage elementul cu cea mai mare prioritate
  
• Front - examinează elementul cu cea mai mare prioritate fără a-l extrage din coadă.
  

1. FIFO buffer O coadă este o modalitate folositoare de a stoca date care provin in mod asincronic de la un microcontroler periferic, dar care nu pot fi citite imediat. Un bun exemplu ar fi stocarea de biți proveniți de la un UART (Universal asynchronous receiver/transmitter).
Un buffer FIFO stochează date pe principiul „primul venit - primul servit“.Structura de stocare este un spațiu alăturat de memorie.
Datele sunt scrise in capul cozii și citite de la coadă.Dacă parcurgerea are loc de la coadă spre cap,buffer-ul este gol.Dar dacă parcurgerea este de la cap spre coadă, implementarea trebuie să defineascî dacă cea mai veche dată trebuie scoasă sau daca scrierea nu s-a terminat.

Implementare generală
1) Definite structură:head,tail,size,buffer.
2) Se realizează funcția de inițializare a cozii cu bufferul dat și marimea.
3) Se realizează funcția de citire a celor nbytes din coadă;nr. citit de biți se returnează
3.1 Pentru nbytes:se verifică dacă sunt date valabile (dacă coada e diferită de cap)
3.2 Daca da, se ia un byte din buffer și se incrementează coada.
3.3 Se verifica apoi dacă s-a terminat parcurgerea pentru a se reinițializa coada cu 0.
3.4 În cazul în care nu sunt date valabile se returnează nr. de bytes.
4) Se realizează funcția de scriere a celor nbytes din coadă.
4.1 Pentru nbytes:inițial se verifică dacă este spațiu în buffer (coadă).
[Bonus] Generarea in mod random a datelor de intrare și prelucrarea lor cu ajutorul funcțiilor de mai sus;astfel valorile folosite vor fi introduse de la tastatură

2.Implementați pentru o structură de tip stivă funcţiile de inserare, extragere a unui nod, precum şi cele de afişare şi de semnalare a situaţiilor extreme (stivă goală au stivă plină).

Pentru acest laborator puteți descărca scheletul de cod de aici. Descărcați arhiva și dezarhivați-o.

Pentru acest laborator sunt două exerciții, primul cu stive și al doilea cu cozi. Fiecare are mai multe task-uri. Urmăriți cu atenție comentariile din fișierele sursă.

Puteti folosi utilitarul wget pentru descarcare si utilitarul unzip pentru dezarhivare.

• wget http://elf.cs.pub.ro/sda-ab/wiki/_media/laboratoare/lab2-skel.zip
• unzip lab2-skel.zip

student@sda-ab-vm:~/Documents$ wget http://elf.cs.pub.ro/sda-ab/wiki/_media/laboratoare/lab2-skel.zip
--2017-03-02 20:45:55--  http://elf.cs.pub.ro/sda-ab/wiki/_media/laboratoare/lab2-skel.zip
Resolving elf.cs.pub.ro (elf.cs.pub.ro)... 141.85.227.116
Connecting to elf.cs.pub.ro (elf.cs.pub.ro)|141.85.227.116|:80... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 2368 (2,3K) [application/zip]
Saving to: ‘lab1-skel.zip’
 
lab1-skel.zip       100%[===================>]   2,31K  --.-KB/s    in 0s      
 
2017-03-02 20:45:56 (4,78 MB/s) - ‘lab1-skel.zip’ saved [2368/2368]
 
student@sda-ab-vm:~/Documents$ ls
lab1-skel.zip
student@sda-ab-vm:~/Documents$ unzip lab2-skel.zip
Archive:  lab2-skel.zip
   creating: lab2_stive-si-cozi/
   creating: lab2_stive-si-cozi/1-stack/
  inflating: lab2_stive-si-cozi/1-stack/Makefile  
  inflating: lab2_stive-si-cozi/1-stack/stack.c  
   creating: lab2_stive-si-cozi/2-queue/
  inflating: lab2_stive-si-cozi/2-queue/Makefile  
  inflating: lab2_stive-si-cozi/2-queue/queue.
student@sda-ab-vm:~/Documents$ cd lab2_stive-si-cozi
student@sda-ab-vm:~/Documents/lab2_stive-si-cozi$ ls -l
total 0
drwxrwxrwx 1 student student 248 mar  5 15:57 1-stack
drwxrwxrwx 1 student student 248 mar  5 15:58 2-queue
 
student@sda-ab-vm:~/Documents/lab2_stive-si-cozi$ cd 1-stack
student@sda-ab-vm:~/Documents/lab2_stive-si-cozi/1-stack$ make
student@sda-ab-vm:~/Documents/lab2_stive-si-cozi/1-stack$ make run

Pentru compilare folositi comanda make. Pentru rulare puteti folosi comanda make run.

• Pentru exercițiul 1-stack, executabilul rezultat în urma comenzii make se numește stack.
• Pentru exercițiul 2-queue, executabilul rezultat în urma comenzii make se numește queue

Aici puteți găsi repository-ul de pe GitHub unde se află scheletul de cod pentru fiecare laborator.

Dacă sunteți familiari cu git puteți clona repo-ul local folosind comanda git clone https://github.com/mateiuli/sda-ab_laboratoare.

1. Implementaţi o stivă folosind două cozi.

2. Implementaţi o coadă folosind două stive.(utilizarea apelurilor recursive ale unor funcţii se contorizează ca folosirea unei stive)

3. Implementaţi o stivă cu valori întregi şi o funcţie care obţine valoarea maximă din stivă. Pentru interviu se cere ca funcţia să aibă complexitate de timp constantă ⇒ O(1).

4. Se dă un vector cu n întregi și un număr k. Aflați valoarea maxima pentru fiecare grupare de k numere de pe poziții consecutive.

5. Se dă un vector cu datele pentru n clienţi la un server. Pentru fiecare client, datele cunoscute sunt ora la care se conectează şi ora la care se deconectează. Aflaţi numărul maxim de clienţi conectaţi în acelaşi timp la server. Pentru interviu se cere complexitate de timp O(n).