Datastructuren in de Java API - caagt

Datastructuren in de
Java API
Collections
ADTs Set en SortedSet
ADT List
ADTs Map en SortedMap
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.1/31

Collections in Java
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.2/31

Collections in Java
Wat zijn collections?
algemeen bruikbare abstracte datatypes
voor bijhouden van gegevens in programma
Typische bewerkingen
basisbewerkingen: opzoeken, toevoegen,
verwijderen van element
bulkbewerkingen op een reeks elementen
iteratoren: mechanisme om collectie te
overlopen
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.3/31

Overzicht van API-interfaces
Collection: algemene collectie-objecten
Set: ‘verzameling’ van objecten
geen dubbels, volgorde onbelangrijk
SortedSet: objecten in ‘stijgende’ volgorde
List: ‘sequentie’ van objecten
wel evt. dubbels, volgorde van objecten
Map: ‘afbeelding’ van ‘sleutels’ op ‘waarde’
SortedMap: sleutels in ‘stijgende’ volgorde
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.4/31

Manier van werken
Functionaliteit van ADTs bespreken
API-interfaces: Collection, List, Set,
SortedSet, Map, SortedMap
ADTs gebruiken in toepassingen
API-klassen: ArrayList, LinkedList, HashSet,
TreeSet, HashMap, TreeMap
Later: eenvoudige implementaties
geschakelde lijsten, hashtabellen, binaire
zoekbomen
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.5/31

Interface Collection
Basisbewerkingen
size, isEmpty
contains, add, remove
Bulkbewerkingen
containsAll, addAll, removeAll, retainAll, clear
Iterator
iterator
Gelijkheid en hashing
equals, hashCode
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.6/31

Het ADT Set
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.7/31

Het ADT Set
ADT Set: ‘verzameling’ van objecten
Interface Set: extensie van Collection
geen bijkomende bewerkingen
wel andere, specifieke functionaliteit
Implementaties in API
HashSet: via hashtabel (zie later)
basisbewerkingen in gemiddeld Θ(1)
TreeSet: via binaire zoekboom (zie later)
basisbewerkingen in Θ(log n)
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.8/31

Voorbeeld: werken met Set
Zoeken van duplicaten in een rij strings
Set zoekDuplicaten ( String [ ] rij ) {
}
Set alle = new HashSet ( ) ;
Set dubbels = new HashSet ( ) ;
for ( int i=0; i

Voorbeeld: bulkbewerkingen
Zoeken van unieke strings in een rij
Set zoekUnieke ( String [ ] rij ) {
}
Set res = new HashSet ( ) ;
Set dubbels = new HashSet ( ) ;
for ( int i=0; i

Werken met iteratoren /
for-each
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.11/31

Werken met iteratoren
In elke collectie: bewerking iterator
geeft object van klasse Iterator terug
Interface Iterator: definieert bewerkingen
hasNext: nog verdere elementen?
next: geeft volgende element
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.12/31

Voorbeeld met iteratoren
Duplicaten uitschrijven
void schrijfDuplicaten ( Set dup ) {
}
Iterator it = dup . iterator ( ) ;
while ( it . hasNext ( ) )
System . out . println ( it . next ( ) ) ;
Met gebruik van wildcards
void schrijfCollectie ( Collection col ) {
Iterator it = col . iterator ( ) ;
while ( it . hasNext ( ) )
System . out . println ( it . next ( ) ) ;
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.13/31

Gebruik van de for-each-loop
Voorbeeld: duplicaten uitschrijven
void schrijfDuplicaten ( Set dup ) {
}
for ( String s : dup )
System . out . println ( s ) ;
Met gebruik van wildcards
void schrijfCollectie ( Collection col ) {
}
for ( o : col )
System . out . println ( o ) ;
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.14/31

Het ADT SortedSet
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.15/31

Het ADT SortedSet
Interface SortedSet: extensie van Set
elementen in ‘stijgende’ volgorde bijhouden
elementen van type Comparable
iterator overloopt elementen in ‘stijgende’
volgorde
bijkomende bewerkingen: first, last, subSet,
headSet, tailSet
Implementatie in API
TreeSet: via binaire zoekboom (zie later)
basisbewerkingen in Θ(log n)
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.16/31

Voorbeeld: werken met SortedSet
Priemzeef van Eratosthenes
SortedSet priemzeef ( int n ) {
SortedSet x = new TreeSet ( ) ;
for ( int i = 2; i

Het ADT List
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.18/31

Het ADT List
ADT List: voorstelling van ‘sequentie’
positie van elementen is belangrijk
‘i-de element’, ‘volgende element’
dubbels zijn mogelijk
Interface List
definieert ADT List
Implementaties in API
ArrayList: m.b.v. array
LinkedList: m.b.v. geschakelde lijsten
(zie later) Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.19/31

Bewerkingen in ADT List
Extensie van Collection, o.a.
contains, add, remove, size, iterator
Positionele toegang: op index
get, set, add, remove
Zoeken van element
indexOf, lastIndexOf
Lijstiterator
listIterator: voor- en achterwaarts doorlopen
van lijst
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.20/31

Voorbeeld: werken met List
Lijst aanmaken en opvullen met strings
List lst = new ArrayList ( ) ;
String s = leesString ( ) ;
while ( ! s . equalsIgnoreCase ( "stop" ) ) {
}
lst . add ( s ) ;
s = leesString ( ) ;
Opmerking
add voegt elementen achteraan toe
(‘append’)
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.21/31

Voorbeeld: gebruik van get en set
Element op positie 3 naar hoofdletters
if ( lst . size () >=4) {
}
String s = lst . get ( 3 ) ;
lst . set ( 3 , s . toUpperCase ( ) ) ;
Equivalent in array (String[] a)
if ( a . length>=4) {
}
String s = a [ 3 ] ;
a [ 3 ] = s . toUpperCase ( ) ;
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.22/31

Voorbeeld: gebruik van indexOf
Element vervangen door iets anders
int pos = lst . indexOf ( "appel" ) ;
lst . set ( pos , "jonagold" ) ;
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.23/31

Het ADT Map
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.24/31

Het ADT Map
ADT Map of ‘dictionary’
object dat sleutels (‘keys’) op waarden
(‘values’) afbeeldt
geen duplicaten van sleutels toegelaten
Entry: sleutel/waarde-paar
Voorbeelden
woordenboek: woord op betekenis
vertaallijsten: bv. Frans op Engels woord
telefoonboek: naam op telefoonnummer
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.25/31

Interface Map
Basisbewerkingen
put, get, remove (op sleutel)
containsKey, containsValue
Collection-views
keySet, values, entrySet
Implementaties in API
HashMap en TreeMap
Voorbeeld: opbouwen van frequentietabel
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.26/31

Voorbeeld: werken met Map
Opbouwen frequentietabel
Map bepaalFreq ( String [ ] rij ) {
}
Map freq
= new HashMap ( ) ;
for ( int i = 0; i < rij . length ; i++)
if ( freq . containsKey ( rij [ i ] ) )
else
freq . put ( rij [ i ] , freq . get ( rij [ i ] ) + 1 ) ;
freq . put ( rij [ i ] , EEN ) ;
return freq ;
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.27/31

Het ADT SortedMap
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.28/31

Het ADT SortedMap
Interface SortedMap: extensie van Map
entries bijhouden in stijgende volgorde
sleutels moeten van type Comparable zijn
bijkomende bewerkingen
first, last, subMap, headMap, tailMap
Implementatie in API
TreeMap: via binaire zoekboom
Voorbeeld: een index opbouwen
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.29/31

Voorbeeld: werken met Map
Een index opbouwen
SortedMap
bouwIndex ( ArrayList lijnen ) {
SortedMap index
= new TreeMap ( ) ;
int lijnnummer = 0;
for ( String lijn : lijnen ) {
lijnnummer++;
Scanner woorden = new Scanner ( lijn ) ;
while ( woorden . hasNext ( ) ) {
String woord = woorden . next ( ) ;
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.30/31

(vervolg)
}
} }
if ( index . containsKey ( woord ) ) {
List lijst = index . get ( woord ) ;
lijst . add ( new Integer ( lijnnummer ) ) ;
} else {
}
List lijst
= new ArrayList ( ) ;
lijst . add ( new Integer ( lijnnummer ) ) ;
index . put ( woord , lijst ) ;
return index ;
Cursus Algoritmen en Datastructuren voor Geomatica (2008–2009) – p.31/31