Modulo 02 Objetivos



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3004597 – Estructura de Datos – Modulo 02 Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín

MODULO 02

Objetivos
Con el desarrollo de este módulo se pretende que el estudiante:


  • Adquiera la capacidad de realizar programas usando los tipos de datos agregados nativos, implementar funciones de búsqueda e intercambio en arreglos de estructuras y clases.




  • Aprenda a utilizar los tipos de datos agregados iterados y logre programarlos.



CONTENIDO


1. ESPECIFICACIÓN DE UN TIPO DE DATO 2

1.1 Especificación de un Tipo de Dato Escalar 2

1.2 Especificación de un Tipo de Dato Agregado 4

2. TIPOS DE DATOS AGREGADOS ITERADOS 5

3. PROGRAMACIÓN CON TIPOS DE DATOS AGREGADOS NATIVOS EN C++ 6

3.1 ARREGLOS DE ESTRUCTURAS Y CLASES 6

3.1.1 Recorridos, búsquedas e intercambios en arreglos de objetos (o estructuras) 6

4. PROGRAMACIÓN CON TIPOS DE DATOS AGREGADOS ITERADOS EN C++ 9

ANEXOS 10

A. REFERENCIAS 10

B. TALLER 10

C. LABORATORIO 10

D.CREDITOS 10


1. ESPECIFICACIÓN DE UN TIPO DE DATO

Para utilizar un tipo abstracto en un programa debemos tener un cierto conocimiento del tipo. A este conocimiento lo denominaremos la “especificación” del tipo.



1.1 Especificación de un Tipo de Dato Escalar
Para especificar un tipo cuyos valores son escalares se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:


  • Identificación: Para declarar variables asociadas al tipo debemos contar con símbolos específicos del lenguaje para referirnos al tipo (un nombre).




  • Dominio: Es el conjunto de valores que hacen parte del tipo. El dominio se especifica de forma explícita (enumerando los valores que pertenecen al tipo) o de forma implícita (definiendo un conjunto de condiciones que deben cumplir todos los valores pertenecientes al tipo).




  • Operaciones: Que operaciones (funciones) son aplicables a los valores del tipo y que efecto tiene su aplicación. Este aspecto involucra:


Plantilla o firma: Esta compuesta por el símbolo asociado a la operación; los operandos de (cuantos y de que tipo); y la sintaxis de los términos que la invocan (cómo expresarla en el lenguaje dado el símbolo y los operandos).
Significado (o efecto de la operación): Puede ser descrito de varias formas:
- Intuitiva: Por medio de descripciones verbales basadas en la experiencia y el análisis.
- Axiomática: Definiendo las propiedades de la operación por medio de axiomas.
- Pre y Post condiciones: Describen el estado del sistema antes y después de la aplicación de la operación. Las precondiciones son aserciones que deben cumplirse para que la operación se ejecute correctamente y las postcondiciones describen tanto el resultado de las acciones llevadas a cabo por la operación como el valor retornado por esta (si lo hay).


  • Constantes Literales: Sintaxis de las construcciones del lenguaje que se usan para referirse a elementos específicos del tipo. También se les conoce simplemente como constantes.



Ejemplo 1.1: Constantes literales
5.43 Es un literal que representa un valor de tipo flotante.

“Juan Perez” Es un literal que representa un valor de tipo string.




Ejemplo 1.2: Especificación mediante pre y post condiciones de un TD escalar

(Basado en el ejemplo de Stubbs & Webre, Data Structures pg 12)


Se desea especificar un tipo de dato llamado color, cuyo dominio son los colores primarios (rojo, amarillo y azul) y los colores secundarios (verde, naranja, violeta), que se pueden obtener combinando colores primarios.
La operación asignar es necesaria, porque siempre debe haber secuencias de operaciones que permitan crear variables del tipo especificado (constructor).
La operación mezclar combina dos colores primarios para crear uno secundario.
La operación primario averigua si un color es primario o no.
La operación formado_por devuelve los colores primarios que forman el color secundario dado como argumento, los asteriscos que anteceden a los argumentos significan que estos son modificados dentro de la función (en ellos se ponen los valores retornados por la función).
La operación asignar da un valor, dado como argumento, a una variable de tipo color dada como argumento.



Especificación tipo de dato color


Dominio: Los posibles valores son [rojo, amarillo, azul, verde, naranja, violeta]
Operaciones: Se definen cuatro operaciones:
Color Mezclar(Color c1, Color c2) //Retorna un color

Pre: c1 y c2 son colores primarios.

Post: La mezcla es un color formado por la combinación de los colores c1 y c2 en cantidades iguales.
bool Primario(Color c)

Pre: ninguna

Post: Si c es un color primario, entonces primario devuelve verdadero, de lo contrario devuelve falso.
void Formado_por(Color c, *Color c1, *Color c2)

Pre: c es un color secundario.

Post: c1 y c2 son dos colores primarios que forman el color c.
void Asignar(*Color c1, Color c2)

Pre: Ninguna

Post: c1 tiene el valor de c2.
Nota: El * se utiliza para indicar que el parámetro es un valor de retorno

1.2 Especificación de un Tipo de Dato Agregado
Para llevar a cabo la especificación de un tipo de dato agregado se debe conocer, además de los elementos anteriores, los siguientes elementos:


  • Componentes: El número y tipo de los componentes. El número de componentes puede ser fijo o variable. El tipo de los componentes también puede ser fijo o variable. Solo consideraremos tipos de datos con un número de componentes fijo de tipo variable, y tipos con un número de componentes variable de tipo fijo. A los primeros los denominaremos “tipos estructurados” y a los segundos “tipos iterados”.




  • Estructura de composición: Es la forma como están unidos los componentes del tipo. Esta forma será caracterizada describiendo como se enlazan los componentes. Los enlaces entre los componentes se representan como conexiones rotuladas y dirigidas que permiten navegar de un elemento a otro (“recorriendo” el enlace). Con respecto a estos enlaces, nos concentraremos en su “aridad” y “ciclicidad”. La aridad de un enlace es el número de componentes que conecta (o enlaza). La ciclicidad de una cadena de enlaces es la propiedad de conectar un elemento a si mismo recorriendo los enlaces que la componen en una sola dirección.



Ejemplo 1.3: Especificación con pre y post condiciones de un TD agregado

(Basado en el ejemplo de Stubbs & Webre, Data Structures pg. 14)


A continuación se especificará un tipo de dato llamado cadena_car cuyos valores son secuencias de caracteres ASCII. El tamaño máximo de la cadena es 5. Ya que la cadena es un arreglo, su estructura de composición es lineal, es decir, los enlaces entre los elementos son de uno a uno (cada elemento, excepto el último posee un solo sucesor) como se muestra en la figura:


Figura 1.1: estructura lineal

1


2

3

4

La operación car_izq devuelve el primer carácter de la cadena.

La operación agregar añade un carácter al final de la cadena.

La operación invertir invierte la cadena.



Especificación: tipo de dato Cadena_car




Elementos componentes: Los elementos que lo componen son caracteres ASCII.
Estructura de composición: Hay una relación lineal entre los caracteres de la cadena y no cíclica.
Dominio: Todas las cadenas de caracteres ASCII de tamaño 5.
Operaciones:
char car_izq(Cadena_car c)

pre: el tamaño de la cadena es mayor que 0 y menor que 6.



post: el valor devuelto es el primer carácter de la cadena c.
void agregar(char l, Cadena_car c)

pre: el número de elementos de la cadena c es menor que 5.

post: la cadena c tiene una longitud mayor en una unidad a la longitud que tenía antes de efectuarse la operación y el carácter contenido en l es su último carácter.
void invertir(*Cadena_car c)

pre: el número de elementos de la cadena c es menor que 6.

post: La secuencia de caracteres en la cadena c está invertida.



2. TIPOS DE DATOS AGREGADOS ITERADOS

Los tipos de datos agregados iterados son aquellos con un número variable de componentes de tipo fijo. Estos tipos de datos son útiles en tareas como la búsqueda de palabras en un texto, en las que el tamaño de la estructura usada para guardar las palabras cambia durante el proceso y en tareas que requieren el uso de pilas o colas para almacenar datos.



Ejemplo 2.1: Creación de un tipo de dato agregado iterado
En este ejemplo se usa un arreglo de 100 caracteres para emular un tipo de dato agregado iterado con un tamaño máximo de 100 caracteres. Se llamará cadena al tipo de dato iterado, que se usará para guardar una cadena de caracteres ingresada por el usuario de la cual no se conoce su tamaño (debido a esto decimos que el tipo de dato tiene un número variable de componentes):
Se utiliza el carácter ‘\0’ para indicar el fin de la cadena, el programa lo inserta automáticamente luego de que el usuario termina de introducir la cadena.
typedef char cadena[100]; //Define el tipo de dato cadena
cadena c1; //Se define un elemento de tipo cadena llamado c1

cin>>c1;



3. PROGRAMACIÓN CON TIPOS DE DATOS AGREGADOS NATIVOS EN C++


3.1 ARREGLOS DE ESTRUCTURAS Y CLASES


Estas estructuras de datos son muy comunes y de mucha utilidad. Consisten en un arreglo unidimensional cuyos miembros son estructuras o clases del mismo tipo, previamente definidas. Puede accederse a un campo de alguna de las estructuras que forman el arreglo por medio de la sintaxis:
nombre_arreglo[indice].nombre_campo

3.1.1 Recorridos, búsquedas e intercambios en arreglos de objetos (o estructuras)
Ejemplo 3.1: Recorrido en un arreglo de objetos
A continuación se crea la clase estudiante, nótese que se ha debido crear el constructor por defecto ya que este requerido por el compilador para la creación del arreglo. La función key() se encarga de retornar la clave (número de carné) del estudiante, que se compone de un número de identificación antecedido por el año de ingreso. Cuando ya esté definida la clase (tipo de dato) estudiante, se creará un arreglo de estudiantes llamado grupo1.
class estudiante

{

private:



int aCarne;

char aNombre[20];

float aNota;

int aAnno_ing;


public:

estudiante(int eCarne, float eNota, char eNombre[], int eAnno_ing);

estudiante(); /*Constructor por defecto*/

float ver_nota();

int key();

void ver_nombre();

int ver_anno();

void asignar_nota(float eNota);

void asignar_carne(int eCarne);

void asignar_anno(int eAnno_ing);

void asignar_nombre(char eNombre[]);

};
estudiante::estudiante(int eCarne, float eNota, char eNombre[], int eAnno_ing)

{

aCarne=eCarne;



aNota=eNota;

strcpy(aNombre, eNombre);

aAnno_ing=eAnno_ing;

}
estudiante::estudiante()

{

aCarne=0;



aNota=0;

aNombre[0]='\0';

aAnno_ing=0;

}
float estudiante::ver_nota()

{

return aNota;



}
int estudiante::key()

{

int aKey;



aKey=((aAnno_ing)*100000+aCarne);

return aKey;

}
void estudiante::ver_nombre()

{

cout<

}
int estudiante::ver_anno()

{

return aAnno_ing;



}
void estudiante::asignar_carne(int eCarne)

{

aCarne=eCarne;



}

void estudiante::asignar_nota(float eNota)

{

aNota=eNota;



}
void estudiante::asignar_nombre(char eNombre[])

{

strcpy(aNombre, eNombre);



}
void estudiante::asignar_anno(int eAnno_ing)

{

aAnno_ing=eAnno_ing;



}
Ahora puede definirse un arreglo de estudiantes, aquí se crea uno llamado grupo1:
estudiante grupo1[10];
Una vez definido el arreglo, pueden invocarse las funciones de la clase estudiante usando la sintaxis “punto” de los arreglos y además pueden hacerse recorridos usando ciclos for o while. La siguiente función asigna una nota dada a un estudiante de cierto grupo:
void nota_est_n(estudiante grupo[], float eNota, int eKey)

{

for(int i=0; i<10; i++)



{

if(grupo[i].key() == eKey)

{

grupo[i].asignar_nota(eNota);



}

}

}


Para asignar una misma nota dada a todos los estudiantes del grupo se crea la función:
void nota_grupo(estudiante grupo[], float nota)

{

for( int i=0; i<10; i++ )



{

grupo[i].asignar_nota(nota);

}

}
Ejemplo 3.2: Búsqueda en arreglos de clases


Usando el arreglo de estudiantes del ejemplo anterior, se implementa a continuación una función que busca el estudiante con la mayor nota y devuelve su número de identificación y la nota. Como la función debe retornar dos resultados, se crea un estructura simple donde se pondrán los resultados (aunque también se podría realizar con dos parámetros pasados por referencia)
struct resultado{

float nota;

int id;

}result;
void buscar_mejor(estudiante grupo[], resultado &result)



{

float temp_nota=0.0;

int temp_id;

for(int i=0; i<10; i++)

{

if((grupo[i].ver_nota())>temp_nota)



{

temp_nota=grupo[i].ver_nota();

temp_id=grupo[i].key();

}

}



result.nota=temp_nota;

result.id=temp_id;

}

Ejemplo 3.3: Intercambio
La siguiente función invierte el arreglo de estudiantes grupo, funciona para arreglos de cualquier tamaño. El argumento dim es el número de estudiantes actuales en el arreglo:
/****************Probado en Borland C++ 5.0***********************/
void invertir(estudiante grupo[], int dim)

{

int i=0;



estudiante temp;

while( i < ((dim-1) – i))

{

temp=grupo[i];



grupo[i]=grupo[((dim-1)-i)];

grupo[((dim-1)-i)]=temp;

i++;

}

}



4. PROGRAMACIÓN CON TIPOS DE DATOS AGREGADOS ITERADOS EN C++

Con el uso de un arreglo de tamaño fijo y una bandera (elemento usado para marcar el final de la secuencia de elementos) puede simularse un tipo de dato agregado iterado. Los iterados son tipos de datos muy útiles en aplicaciones donde se desea usar la memoria de manera óptima y no se tiene certeza del tamaño de los elementos, como por ejemplo, en la edición de textos.



Ejemplo 4.1: Número de componentes en una cadena
Usando el tipo de dato cadena, implementado en el ejemplo 2.1 de este módulo, se presenta a continuación la función tamanio, que retorna el número de caracteres contenidos en una cadena dada como parámetro.
int tamanio(char cad[])

{

int i=0;



while(cad[i]!='\0')

{

i++;



}

return i;

}


Ejemplo 4.2: Agregación de cadenas
La función agregar, añade una cadena al final de otra:
void agregar(char cad1[], char cad2[])

{

int i=0, fin_cad1;



while(cad1[i]!='\0')

{

i++;



}

fin_cad1=i;

i=0;
while(cad2[i]!='\0')

{

cad1[fin_cad1]=cad2[i];



i++;

fin_cad1++;

}

cad1[fin_cad1]='\0';



}

ANEXOS




A. REFERENCIAS

[DS1984] Stubbs. Daniel F. & Webre, Neil W., “Data Structures: with Abstract Data Types and Pascal”, Brooks/Cole Publishing Company, 1984.

1: Secciones 1.5 hasta 2.3


B. TALLER

Especifique los tipos de datos creados en el laboratorio del módulo anterior


Basándose en el arreglo grupo de estructuras de tipo estudiante, escriba un programa que busque el estudiante con la mayor nota e imprima su nombre en pantalla.
Resolver los ejercicios página 42 y 59 libro de Stubbs y Webre


C. LABORATORIO





  1. Revisar guiá de talleres en la página Web.

  2. Retomando los tipos de datos creados en el modulo anterior definir un arreglo de tipo Punto3D y buscar el punto que esta más cercano y mas lejano al origen, los puntos más cercanos y más lejanos entre si.

  3. Retomando los tipos de datos creados en el modulo anterior definir un arreglo de tipo fraccionario y buscar cual en el número mayor, el numero menor y la suma de todo el vector.

  1. CREDITOS

Editor: PhD. Fernando Arango

Colaboradores: Ing. Edwin Hincapie, Ms.C Francisco Moreno.

Santiago Londoño, Albert Jimenez, Juan Carlos Hernandez, Carlos Andres Giraldo, Diego Figueroa.





02-2003



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