Bài giảng Cấu trúc dữ liệu 1: Chương 4 - Lương Trần Hy Hiến

Chương 4 trình bày về danh sách liên kết thông qua các nội dung cụ thể như sau: Đặt vấn đề - cấu trúc dữ liệu động, con trỏ và kiểu dữ liệu động, cấu trúc và con trỏ, định nghĩa danh sách liên kết, các phép toán trên danh sách liên kết, sắp thứ tự trên danh sách liên kết, danh sách liên kết kiểu FIFO và LIFO, một số ứng dụng của danh sách liên kết. Mời tham khảo.

Trang 1

Đại Học Sư Phạm Tp Hồ Chí Minh

Chương 4: DANH SÁCH LIÊN KẾT

2

Nội dung

1 Đặt vấn đề - ctdl động, tại sao?

2 Con trỏ và kiểu dữ liệu động

3 Cấu trúc và con trỏ

4 Định nghĩa danh sách liên kết

5 Các phép toán trên danh sách liên kết

6 Sắp thứ tự trên danh sách liên kết

7 Danh sách liên kết kiểu FIFO và LIFO

8 Một số ứng dụng của danh sách liên kết

1 Đặt vấn đề - ctdl động, tại sao?

• Nhu cầu thực tế về kiểu dữ liệu:

struct NGUOI

{

char hoten[30];

int soCMND;

NGUOI cha,me;

};

Khi khai báo một kiểu dữ liệu thì NNLT thường yêu cầu kiểu dữ liệu

phải được xác định kích thước rõ ràng Với nhu cầu trên không

thể tính kích thước rõ ràng cho kiểu dữ liệu người

CTDL động giải quyết được vấn đề này Nó giải quyết như thế nào?

Biến tĩnh trong NNLT

• Vùng nhớ của kiểu dữ liệu

tĩnh sẽ được sinh ra khi ta khai báo biến và mất đi khi ra khỏi phạm vi khai báo hoặc khi chương trình kết thúc đối với các biến toàn cục

• Biến tĩnh trong chương

trình không thay đổi được cấu trúc hay độ lớn trong khi thực thi

Nhu cầu thực tế

• Có nhiều biến tĩnh không

cần sử dụng nữa nhưng

nó vẫn tồn tại và chiếm

bộ nhớ cho đến khi chương trình hủy nó đi theo đúng cơ chế của biến tỉnh gây lãng phí bộ nhớ

• Trong chu kỳ sống của

một số đối tượng dữ liệu

có thể thay đổi về cấu trúc, độ lớn như: danh sách học viên có thể tăng lên hoặc giảm xuống

Vấn đề về hiệu quả sử dụng bộ nhớ

CTDL động giải quyết được vấn đề này Nó

Trang 2

• Tổng kích thước vùng nhớ dành cho tất

cả các biến tĩnh chỉ là 64kb (1 segment

bộ nhớ)

• Nhu cầu thực tế: cần nhiều bộ nhớ hơn

CTDL động giải quyết được vấn đề này Nó giải quyết như thế nào?

Hạn chế về kích thước bộ nhớ cho các biến tĩnh

6

2 Con trỏ và kiểu dữ liệu động

• Biến không động

• Kiểu con trỏ

• Biến động

7

8

a Biến không động

Được khai báo tường minh.Tồn tại trong phạm vi

khai báo.

Được cấp phát bộ nhớ trong vùng dữ liệu hoặc trong

ngăn xếp.

Kích thước không đổi trong suốt quá trình sống

Biến sẽ có một định danh gắn với vùng nhớ đã được

cấp phát, và được truy xuất trực tiếp thông qua định danh đó.

Ví dụ:

int x;

char a[100];

Trang 3

b Kiểu con trỏ

Biến con trỏ là biến dùng để lưu địa chỉ của một đối

tượng dữ liệu khác.

Cho trước kiểu T=<V,O> Kiểu con trỏ Tp chỉ đến

Tp=<Vp,Op>

Vp = {{Các địa chỉ có thể lưu trữ đối tượng kiểu T},

NULL}

Op= {Các thao tác tác động lên biến con trỏ kiểu T}

10

Ví dụ:

int *n;

int *a = new int[4];

int data[4];

char *b;

char c[10];

student *st;

hay

typedef student *pStudent;

pStudent st;

Các thao tác cơ bản trên kiểu con trỏ

Khi biến con trỏ p lưu địa chỉ của biến x, ta nói “p

trỏ đến x”

int * p;

int x=5;

p= & x;

cout<< * p; //cout<<x;

Truy xuất nội dung của một đối tượng do p trỏ

đến.

int * a = new int;

* a = 5;

Gán địa chỉ của một vùng nhớ vào con trỏ p.

p = <địa chỉ>;

p = <địa chỉ> + <giá trị nguyên>

ví dụ:

int a[3] = {1,2,3}

int * p, * q;

p = & a[0]; //int * p = a;

q = a + 1;

* q = 5;

Trang 4

c Biến động

Biến không được khai báo tường minh

Có thể được cấp phát và giải phóng do người dùng yêu cầu.

Biến động không hoạt động theo nguyên tắc phạm vi

Vùng nhớ của biến được cấp phát trong Heap

Kích thước của vùng nhớ có thể thay đổi trong quá trình sống.

Do không có định danh khi khai báo nên ta sẽ dùng con trỏ để

trỏ đến vùng nhớ được cấp phát.

Hai thao tác cơ bản của biến động là tạo và hủy một biến động

do con trỏ p trỏ đến.

14

Thao tác tạo và hủy biến động Cấp phát bộ nhớ:

 void* malloc( size ) trả về con trỏ chỉ đến vùng nhớ với kích thước được cấp phát là size

 void* calloc( n , size ) trả về con trỏ chỉ đến vùng nhớ được cấp phát gồm n phần tử, mỗi phần tử kích thước

là size

 Dùng toán tử new

Hủy biến động:

 free( p ); dùng để hủy vùng nhớ được cấp phát bởi malloc hoặc calloc do p trỏ tới.

 delete p ; dùng để hủy vùng nhớ được cấp phát bởi hàm new mà con trỏ p trỏ tới.

15

Ví dụ

int* p1, p2;

p1 = ( int* ) malloc (sizeof( int ));

*p1 = 5;

p2 = ( int* ) calloc (10,sizeof( int ));

*(p2+3)=5;

free (p1);

free (p2);

int *p3 = new int[4];

*p3 = 1; //p3[0]=1;

p3[2]=5;

Trang 5

18

int x;

int * p, * q;

p= & x;

q= & x;

Trang 6

22

23

3 Cấu trúc và con trỏ

#include <iostream.h>

struct PHANSO

{

int tu, mau;

};

void main()

{

a = new PHANSO ;

cout<<“Phan so: “<<a->tu,”/”,a->mau);

delete a;

}

24

3 Cấu trúc và con trỏ

#include <iostream.h>

struct PS {

int tu,mau;

PS *next;

};

void main() {

PS x,y,z;

x.tu=7;x.mau=5;

x.next=NULL;

y.tu=4;y.mau=9;

y.next=NULL;

z.tu=2;z.mau=6;

z.next=NULL;

x.next=&y;

y.next=&z;

(x.next)->tu=12;

(x.next)->mau=23;

PS *p;

p=&x;

while (p!=NULL) {

cout<<p->tu<< ",“

<<p->mau<<endl;

p=p->next;

} }

Trang 7

4 Danh sách liên kết

• Mảng là một hình thức liên kết ngầm

– Các phần tử trong mảng được cấp phát vùng nhớ

một cách liên tiếp nhau

– Với T là kiểu dữ liệu cho trước, xét mảng các phần

tử kiểu T Ta có:

Address(i)=Address(0)+(i-1)*sizeof(T)

2 0

4 5

9

4 3

2 1

0

26

• Có nhiều loại danh sách liên kiết như:

– Danh sách liên kết đơn

– Danh sách liên kết kép – Danh sách liên kết vòng – ….

• Trong môn này ta tìm hiểu kỹ về danh sách liên kết đơn

Trang 8

30

31

32

5 Danh sách liên kết đơn

Mô tả:

 Danh sách liên kết đơn là danh sách gồm nhiều nút mỗi nút có thông tin cần thiết và một liên kết đến nút khác.

 Danh sách liên kết đơn cần có 1 head trỏ vào

cùng.

head

tail

Trang 9

• Tạo danh sách

– Khai báo danh sách liên kết

– Khởi tạo danh sách liên kết

– Tạo mới một phần tử để thêm vào danh sách liên kết

– Thêm vào đầu danh sách

– Thêm vào cuối danh sách

– Xuất dữ liệu của toàn bộ danh sách liên kết

– Thêm vào sau một phần tử cho trước

• Tìm kiếm

– Tìm một phần tử có khóa cho trước

– Tìm một phần tử đứng trước một phần tử cho trước

• Hủy danh sách

– Hủy một phần tử đầu danh sách

– Hủy một phần tử cuối danh sách

– Hủy một phần tử sau một phần tử cho trước

– Hủy một phần tử có khóa cho trước

struct NODE {

NODE* next; // 2 byte (dos) };

struct LIST {

NODE* pHead;

NODE* pTail;

};

void KhoiTao(LIST &l)

{

l.pHead =NULL;

l.pTail =NULL;

}

Việc khởi tạo danh sách liên kết nhằm xác định

danh sách ban đầu mới tạo ra là rỗng

NODE* GetNode(int x) {

NODE* p;

p=new NODE;

p->next=NULL;

p->data=x;

return p;

}

Tạo mới một phần tử để thêm vào danh sách

Trang 10

Thêm một phần tử vào đầu danh sách liên kết

1 Danh sách rỗng

2 Danh sách đã có phần tử

38

void AddHead(LIST &l, NODE* add) {

if(l.pHead==NULL) {

l.pHead=l.pTail=add;

} else {

add->next=l.pHead;

l.pHead=add;

} }

Thêm một phần tử vào đầu danh sách liên kết

39

5 Danh sách liên kết đơn

Thêm một phần tử vào cuối danh sách liên kết

1 Danh sách rỗng

2 Danh sách đã có phần tử

40

void AddTail(LIST &l, NODE* add) {

if(l.pHead==NULL) {

l.pHead=l.pTail=add;

} else {

l.pTail->next=add;

l.pTail=add;

} }

Thêm một phần tử vào cuối danh sách liên kết

Trang 11

void PrintfList(LIST l)

{

NODE* p;

p=l.pHead;

while(p!=NULL)

{

cout<<“ >”<<p->data;

p = p->next;

}

Xuất dữ liệu của danh sách liên kết

42

Tìm một phần tử trong danh sách liên kết khi biết khóa (data)

Sử dụng 1 con trỏ phụ p để duyệt tất cả các phần tử trong danh sách liên kết

NODE* Search(LIST l, int data)

{

NODE* p=l.pHead;

while((p!=NULL) &&

(p->data !=data)) p=p->next;

return p;

}

Kết quả trả về là NULL tức là không tìm thấy phần tử có khóa data

Ngược lại nếu tìm thấy thì nó sẽ trả về địa chỉ của phần tử đầu tiên

có khóa data trong danh sách liên kết

1 Danh sách rỗng

2 Danh sách đã có phần tử q

Trang 12

void AddAfter(LIST &l, NODE* q, NODE* add)

{

if(q!=NULL)

{

add->next=q->next;

q->next=add;

if(q==l.pTail)

l.pTail=add;

}

else

{

AddHead(l,add);

}

Thêm một phần tử vào sau một phần tử cho trước

46

NODE* SearchPre(LIST l, NODE* s) {

NODE* p=l.pHead;

if(p==s)

return NULL;

while((p!=NULL) && (p->next!=s))

p=p->next;

return p;

}

Tìm một phần tử đứng trước một phần tử cho trước

47

Hủy phần tử đầu trong danh sách liên kết

1 Tách phần tử đầu ra khỏi danh sách

2 Xóa phần tử này

48

void RemoveHead(LIST &l) {

if(l.pHead!=NULL) {

p=l.pHead;

l.pHead=l.pHead->next;

delete p;

if(l.pHead==NULL)

l.pTail=NULL;

} }

Hủy phần tử đầu trong danh sách liên kết

Trang 13

Hủy phần tử cuối trong danh sách liên kết

1 Tách phần tử cuối ra khỏi danh sách

2 Gán pTail = địa chỉ của phần tử kế cuối

50

void RemoveTail(LIST &l) {

if(l.pHead==NULL)

return;

NODE *p=l.pTail;

l.pTail=SearchPre(l,l.pTail);

delete p;

if(l.pTail!=NULL)

l.pTail->next=NULL;

else

l.pHead=NULL;

}

Hủy phần tử cuối trong danh sách liên kết

1 Tách phần tử p ra khỏi danh sách liên kết

q

void RemoveAfter(LIST &l, NODE* q) {

NODE* p;

if(q!=NULL) {

p=q->next;

if(p!=NULL) {

if(p==l.pTail)

l.pTail=q;

q->next=p->next;

delete p;

} }

else

RemoveHead(l);

}

Lưu ý: q là phần tử trong danh sách liên kết

Trang 14

Hủy phần tử có khóa k cho trước

1 Tìm phần tử p có khóa k và phần tử q trước nó

2 Tách phần tử p ra khỏi danh sách liên kết

3 Xóa nó

q

K=39

54

void Remove (LIST &l, int k) {

NODE* p=l.pHead,*q=NULL;

while((p!=NULL)&&(p->data!=k)) {

q=p; p=p->next;

} if(p==NULL) return;

if(q!=NULL) {

if(p==l.pTail) {

l.pTail=q;

l.pTail->next=NULL;

} q->next=p->next;

delete p;

} else // p là phần tử đầu tiên (pHead)

RemoveHead(l);

}

Hủy phần tử có khóa k cho trước

55

Cách 1:

void RemoveList (LIST &l, int k)

{

while(l.pHead!=NULL)

RemoveHead(l);

}

Cách 2:

void RemoveList (LIST &l)

{

while(l.pHead!=NULL)

{

p=l.pHead;

l.pHead=l.pHead->next;

delete p;

}

l.pTail=NULL;

}

6 Sắp xếp trên danh sách liên kết

void ListSelectionSort (LIST &l) {

NODE* min; //trỏ đến pt có data min NODE* i,*j;

for(i = l.pHead;i->next!=NULL;i=i->next) {

min=i;

for(j=i->next;j!=NULL;j=j->next)

if(j->data<min->data)

min=j;

HoanVi(min->data,i->data);

} }

Selection Sort – Hoán vị nội dung phần dữ liệu (data)

Trang 15

6 Sắp xếp trên danh sách liên kết

void ListSelectionSort (LIST &l)

{

NODE *i,*j,*min, *minpre=NULL;

LIST lresult;KhoiTao(lresult);

while(l.pHead!=NULL) //danh dách chưa hết

{

min=l.pHead;minpre=NULL;

for(j=min,i=min->next;i!=NULL;j=i,i=i->next)

if(i->data<min->data) {

min=i;

minpre=j;

} if(minpre==NULL) {

l.pHead=l.pHead->next;if(min==l.pTail) l.pTail=NULL;

} else {

if(min==l.pTail) l.pTail=minpre;minpre->next=min->next;

} min->next=NULL;

AddTail(lresult,min);

}

l=lresult;

}

Selection Sort – Thay đổi mối liên kết

1 Tìm pt min có data nhỏ nhất

2 Tách min ra khỏi danh sách

3 Thêm min vào đầu ds mới

58

7 Các cấu trúc đặc biệt của dslk đơn

• Stack

– Là vật chứa (container) các đối tượng làm việc

theo cơ chế LIFO (last in first out)

– Các thao tác trên stack:

• Push (o): thêm đối tượng vào đâu stack

• Pop (): lấy đối tượng ở đầu stack ra khỏi stack và trả về đối tượng đó, nếu stack rỗng thì trả về NULL

• isEmpty (): Kiểm tra stack có rỗng hay không

• Top (): trả về phần tử nằm ở đầu stack mà không lấy phần

tử này ra khỏi stack

– Stack được sử dụng để: khử đệ quy, tổ chức lưu

vết của quá trình tìm kiếm theo chiều sâu và quay lui, vét cạn, định trị biểu thức, …

SV tự cài đặt stack.

• Hàng đợi

– Là một vật chứa (container) các đối tượng

làm việc theo cơ chế FIFO (first in first out)

– Các thao tác trên hàng đợi

• EnQueue (o): thêm đối tượng vào hàng đợi

• DeQueue (): Lấy đối tượng ra khỏi hàng đợi và trả

về đối tượng đó.

• IsEmpty (): Kiểm tra hàng đợi có rỗng không

• Front (): Trả về đối tượng nằm ở đầu hàng đợi mà

không hủy nó.

SV tự cài đặt hàng đợi

• Hàng đợi

Trang 16

8 Chuyển từ trung tố sang hậu tố

• Biểu thức trung tố:

– Có phép toán ở giữa

– Ví dụ: a+b

• Biểu thức hậu tố:

– Có phép toán để ở đằng sau

– Ví dụ: a b +

• Biểu thức tiền tố:

– Có phép toán ở đằng trước

– Ví dụ: + a b

62

• Duyệt từ trái sang phải

– Gặp (: đưa vào stack – Gặp số: ghi ra

– Gặp phép toán:

• Lấy và ghi ra tất cả các phép toán tại đỉnh của stack mà

có độ ưu tiên >=>=phép toán hiện tại

• Đưa phép toán hiện tại vào stack

– Gặp ):

• Lấy và ghi ra tất cả các phép toán tại đỉnh cho đến khi

gặp (

• Lấy ( ra khỏi stack

– Sau khi duyệt hết dãy thì lấy và ghi ra những gì

còn trong stack

Độ ưu tiên

Bậc 2: *,/ Bậc 1: +, -Bậc 0: (,)

63

A + B * C - D / E

Infix Stack(bot->top) Postfix

f) - D / E + * A B C

i) E - / A B C *+D

-64

A * B - ( C + D ) + E

Infix Stack(bot->top) Postfix

Trang 17

9 Định trị biểu thức hậu tố

• Duyệt từ trái sang phải

– Gặp số: đưa vào stack

– Gặp phép toán:

• Lấy ra 1 số và gán vào a

• Lấy ra 1 số và gán vào b

• Thực hiện c=b <phép toán> a;

• Đưa c vào stack.

– Sau khi duyệt hết thì lấy kết quả ra từ

stack

Lưu ý thứ tự của a,

b, phép toán

66

9 Định trị biểu thức hậu tố

1*(2+3)

1 2 3 + *

a) 1 2 3 + *

Câu hỏi và thảo luận

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	641,12 KB