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  • aurelien.boyer/cours
  • jeremy.meissner/cours
  • radhwan.hassine/cours
  • yassin.elhakoun/cours-algo
  • gaspard.legouic/cours
  • joachim.bach/cours
  • gabriel.marinoja/algo-cours
  • loic.lavorel/cours
  • iliya.saroukha/cours
  • costanti.volta/cours
  • jacquesw.ndoumben/cours
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README.md
View file @ 60331eff
# Remerciements et contributions
Merci aux contributeurs suivants pour leurs efforts (dans un ordre aléatoire):
Merci aux contributeurs suivants pour leurs efforts (dans un ordre alphabétique):
* P. Kunzli
* A. Boyer
* G. Legouic
* P. Albuquerque
* O. Malaspinas
* J. Bach
* A. Boyer
* M. Corboz
* M. Divià
* Y. El Hakouni
* A. Escribano
* P. Kunzli
* G. Legouic
* G. Marino Jarrin
* H. Radhwan
* I. Saroukhanian
* C. Volta
slides/.clang-format 0 → 100644
View file @ 60331eff
---
Language: Cpp
# BasedOnStyle: Google
AccessModifierOffset: -4
AlignAfterOpenBracket: AlwaysBreak
AlignConsecutiveAssignments: None
AlignConsecutiveBitFields: None
AlignConsecutiveDeclarations: None
AlignConsecutiveMacros: true
AlignEscapedNewlines: Left
AlignOperands: Align
AlignTrailingComments: true
AllowAllArgumentsOnNextLine: true
AllowAllConstructorInitializersOnNextLine: true
AllowAllParametersOfDeclarationOnNextLine: true
AllowShortEnumsOnASingleLine: true
AllowShortBlocksOnASingleLine: Never
AllowShortCaseLabelsOnASingleLine: false
AllowShortFunctionsOnASingleLine: Empty
AllowShortLambdasOnASingleLine: Empty
AllowShortIfStatementsOnASingleLine: Never
AllowShortLoopsOnASingleLine: false
AlwaysBreakAfterDefinitionReturnType: None
AlwaysBreakAfterReturnType: None
AlwaysBreakBeforeMultilineStrings: true
AlwaysBreakTemplateDeclarations: Yes
BinPackArguments: true
BinPackParameters: true
BitFieldColonSpacing: Both
BraceWrapping:
AfterCaseLabel: false
AfterClass: false
AfterControlStatement: MultiLine
AfterEnum: false
AfterFunction: false
AfterNamespace: false
AfterObjCDeclaration: false
AfterStruct: false
AfterUnion: false
AfterExternBlock: false
BeforeCatch: false
BeforeElse: false
BeforeLambdaBody: false
BeforeWhile: false
IndentBraces: false
SplitEmptyFunction: false
SplitEmptyRecord: true
SplitEmptyNamespace: true
BreakBeforeBinaryOperators: NonAssignment
BreakBeforeBraces: Custom
BreakBeforeInheritanceComma: false
BreakInheritanceList: AfterColon
BreakBeforeTernaryOperators: true
BreakConstructorInitializersBeforeComma: false
BreakConstructorInitializers: AfterColon
BreakAfterJavaFieldAnnotations: false
BreakStringLiterals: true
ColumnLimit: 100
CommentPragmas: '^ IWYU pragma:'
CompactNamespaces: false
ConstructorInitializerAllOnOneLineOrOnePerLine: true
ConstructorInitializerIndentWidth: 4
ContinuationIndentWidth: 4
Cpp11BracedListStyle: true
DeriveLineEnding: false
DerivePointerAlignment: false
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ExperimentalAutoDetectBinPacking: false
FixNamespaceComments: true
ForEachMacros:
- foreach
- Q_FOREACH
- BOOST_FOREACH
IncludeBlocks: Regroup
IncludeCategories:
- Regex: '^<ext/.*\.h>'
Priority: 2
SortPriority: 0
- Regex: '^<.*\.h>'
Priority: 1
SortPriority: 0
- Regex: '^<.*'
Priority: 2
SortPriority: 0
- Regex: '.*'
Priority: 3
SortPriority: 0
IncludeIsMainRegex: '([-_](test|unittest))?$'
IncludeIsMainSourceRegex: ''
IndentCaseLabels: false
IndentCaseBlocks: false
IndentGotoLabels: false
IndentPPDirectives: None
IndentExternBlock: AfterExternBlock
IndentWidth: 4
IndentWrappedFunctionNames: true
InsertTrailingCommas: None
JavaScriptQuotes: Leave
JavaScriptWrapImports: true
KeepEmptyLinesAtTheStartOfBlocks: false
MacroBlockBegin: ''
MacroBlockEnd: ''
MaxEmptyLinesToKeep: 1
NamespaceIndentation: None
ObjCBinPackProtocolList: Never
ObjCBlockIndentWidth: 2
ObjCBreakBeforeNestedBlockParam: true
ObjCSpaceAfterProperty: false
ObjCSpaceBeforeProtocolList: true
PenaltyBreakAssignment: 2
PenaltyBreakBeforeFirstCallParameter: 1
PenaltyBreakComment: 300
PenaltyBreakFirstLessLess: 120
PenaltyBreakString: 1000
PenaltyBreakTemplateDeclaration: 10
PenaltyExcessCharacter: 1000000
PenaltyReturnTypeOnItsOwnLine: 200
PointerAlignment: Right
RawStringFormats:
- Language: Cpp
Delimiters:
- cc
- CC
- cpp
- Cpp
- CPP
- 'c++'
- 'C++'
CanonicalDelimiter: ''
BasedOnStyle: google
- Language: TextProto
Delimiters:
- pb
- PB
- proto
- PROTO
EnclosingFunctions:
- EqualsProto
- EquivToProto
- PARSE_PARTIAL_TEXT_PROTO
- PARSE_TEST_PROTO
- PARSE_TEXT_PROTO
- ParseTextOrDie
- ParseTextProtoOrDie
- ParseTestProto
- ParsePartialTestProto
CanonicalDelimiter: ''
BasedOnStyle: google
ReflowComments: true
SortIncludes: false
SortUsingDeclarations: false
SpaceAfterCStyleCast: false
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SpaceAfterTemplateKeyword: true
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SpaceBeforeCpp11BracedList: true
SpaceBeforeCtorInitializerColon: true
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SpaceBeforeParens: ControlStatements
SpaceBeforeRangeBasedForLoopColon: true
SpaceInEmptyBlock: true
SpaceInEmptyParentheses: false
SpacesBeforeTrailingComments: 2
SpacesInAngles: false
SpacesInConditionalStatement: false
SpacesInContainerLiterals: false
SpacesInCStyleCastParentheses: false
SpacesInParentheses: false
SpacesInSquareBrackets: false
SpaceBeforeSquareBrackets: false
Standard: Auto
StatementMacros:
- Q_UNUSED
- QT_REQUIRE_VERSION
TabWidth: 4
UseCRLF: false
UseTab: Never
WhitespaceSensitiveMacros:
- STRINGIZE
- PP_STRINGIZE
- BOOST_PP_STRINGIZE
...
slides/.gitignore
View file @ 60331eff
*.pdf
*.err
*.markdown
*.html
index.md
mermaid-filter.err
.puppeteer.json
slides/Makefile
View file @ 60331eff
......@@ -18,14 +18,15 @@ all: puppeteer $(PDF)
# all: puppeteer $(PDF) $(HTML) # La cible par défaut (all) exécute les cibles %.pdf
docker: docker-compose.yml
docker-compose run slides
docker compose run slides
docker_clean: docker-compose.yml
docker-compose run slides clean
docker compose run slides clean
puppeteer:
@echo "Setting chromium to $(CHROMIUM) for puppeteer"
@echo -e "{\n\"executablePath\":" \"$(CHROMIUM)\" ",\n\"args\": [\"--no-sandbox\"]\n}" > .puppeteer.json
# @echo "{\n\"executablePath\":" \"$(CHROMIUM)\" ",\n\"args\": [\"--no-sandbox\"]\n}" > .puppeteer.json
index.md: gen_index.sh
$(shell ./gen_index.sh)
......
slides/cours_1.md
View file @ 60331eff
---
title: "Introduction aux algorithmes"
date: "2022-09-21"
title: "Introduction aux algorithmes I"
date: "2024-09-16"
---
# Qu'est-ce qu'un algorithme?
......@@ -42,7 +42,7 @@ de résoudre typiquement une classe de problèmes ou effectuer un calcul.
. . .
* Opérateurs (arthimétiques / booléens)
* Opérateurs (arithmétiques / booléens)
* Boucles;
* Structures de contrôle;
* Fonctions;
......@@ -79,7 +79,7 @@ booléen est_premier(nombre)
```C
booléen est_premier(nombre) // fonction
soit i = 2; // variable, type, assignation
soit i = 2 // variable, type, assignation
tant que i < nombre // boucle
si nombre modulo i == 0 // expression typée
retourne faux // expression typée
......@@ -99,7 +99,7 @@ bool est_premier(int nombre) {
if (0 == nombre % i) { // is i divise nombre
return false; // i n'est pas premier
}
i += 1; // sinon on incrémente i
i = i + 1; // sinon on incrémente i
}
return true;
}
......@@ -121,8 +121,8 @@ bool est_premier(int nombre) {
- Il existe une multitude d'options de compilation:
```bash
$ gcc -O1 -std=c11 -Wall -Wextra -g porg.c -o prog
```console
$ gcc -O1 -std=c11 -Wall -Wextra -g prog.c -o prog
-fsanitize=address
```
1. `-std=c11` utilisation de C11.
......@@ -240,7 +240,7 @@ int main() {
# Quiz: compile ou compile pas?
## [Quiz: compile ou compile pas](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=1033948)
## [Quiz: compile ou compile pas](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=501934)
# Types de base (1/4)
......@@ -288,7 +288,7 @@ Type Signification
# Quiz: booléens
## [Quiz: booléens](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=1032492)
## [Quiz: booléens](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=501922)
<!-- TODO Quiz en ligne -->
<!-- ```C
......@@ -332,7 +332,7 @@ if (x) { /* vrai */ }
# Quiz: conversions
## [Quiz: conversions](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=1033446)
## [Quiz: conversions](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=501925)
<!-- TODO Quiz en ligne -->
<!-- ```C
......@@ -347,212 +347,3 @@ bool d = 2.78; // 1
bool e = 1.0; // 1
``` -->
# Expressions et opérateurs (1/6)
Une expression est tout bout de code qui est **évalué**.
## Expressions simples
- Pas d'opérateurs impliqués.
- Les littéraux, les variables, et les constantes.
```C
const int L = -1; // 'L' est une constante, -1 un littéral
int x = 0; // '0' est un litéral
int y = x; // 'x' est une variable
int z = L; // 'L' est une constante
```
## Expressions complexes
- Obtenues en combinant des *opérandes* avec des *opérateurs*
```C
int x; // pas une expression (une instruction)
x = 4 + 5; // 4 + 5 est une expression
// dont le résultat est affecté à 'x'
```
# Expressions et opérateurs (2/6)
## Opérateurs relationnels
Opérateurs testant la relation entre deux *expressions*:
- `(a opérateur b)` retourne `1`{.C} si l'expression s'évalue à `true`{.C}, `0`{.C} si l'expression s'évalue à `false`{.C}.
| Opérateur | Syntaxe | Résultat |
|-----------|--------------|----------------------|
| `<`{.C} | `a < b`{.C} | 1 si a < b; 0 sinon |
| `>`{.C} | `a > b`{.C} | 1 si a > b; 0 sinon |
| `<=`{.C} | `a <= b`{.C} | 1 si a <= b; 0 sinon |
| `>=`{.C} | `a >= b`{.C} | 1 si a >= b; 0 sinon |
| `==`{.C} | `a == b`{.C} | 1 si a == b; 0 sinon |
| `!=`{.C} | `a != b`{.C} | 1 si a != b; 0 sinon |
# Expressions et opérateurs (3/6)
## Opérateurs logiques
| Opérateur | Syntaxe | Signification |
|-----------|--------------|----------------------|
| `&&`{.C} | `a && b`{.C} | ET logique |
| `||`{.C} | `a || b`{.C} | OU logique |
| `!`{.C} | `!a`{.C} | NON logique |
# Quiz: opérateurs logiques
## [Quiz: opérateurs logiques](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=1033629)
<!-- TODO: Quiz -->
<!-- ```C
1 && 0 == 0
7 && 3 == 1
4 || 3 == 1
!34 == 0
!0 == 1
Soit n un unsigned char initialisé à 127:
!n == 0
``` -->
# Expressions et opérateurs (4/6)
## Opérateurs arithmétiques
| Opérateur | Syntaxe | Signification |
|-----------|--------------|----------------------|
| `+`{.C} | `a + b`{.C} | Addition |
| `-`{.C} | `a - b`{.C} | Soustraction |
| `*`{.C} | `a * b`{.C} | Multiplication |
| `/`{.C} | `a / b`{.C} | Division |
| `%`{.C} | `a % b`{.C} | Modulo |
# Expressions et opérateurs (5/6)
## Opérateurs d'assignation
| Opérateur | Syntaxe | Signification |
|-----------|--------------|---------------------------------------------|
| `=`{.C} | `a = b`{.C} | Affecte la valeur `b` à la variable `a` |
| | | et retourne la valeur de `b` |
| `+=`{.C} | `a += b`{.C} | Additionne la valeur de `b` à `a` et |
| | | assigne le résultat à `a`. |
| `-=`{.C} | `a -= b`{.C} | Soustrait la valeur de `b` à `a` et |
| | | assigne le résultat à `a`. |
| `*=`{.C} | `a *= b`{.C} | Multiplie la valeur de `b` à `a` et |
| | | assigne le résultat à `a`. |
| `/=`{.C} | `a /= b`{.C} | Divise la valeur de `b` à `a` et |
| | | assigne le résultat à `a`. |
| `%=`{.C} | `a %= b`{.C} | Calcule le modulo la valeur de `b` à `a` et |
| | | assigne le résultat à `a`. |
# Expressions et opérateurs (6/6)
## Opérateurs d'assignation (suite)
| Opérateur | Syntaxe | Signification |
|-----------|--------------|---------------------------------------------|
| `++`{.C} | `++a`{.C} | Incrémente la valeur de `a` de 1 et |
| | | retourne le résultat (`a += 1`). |
| `--`{.C} | `--a`{.C} | Décrémente la valeur de `a` de 1 et |
| | | retourne le résultat (`a -= 1`). |
| `++`{.C} | `a++`{.C} | Retourne `a`{.C} et incrémente `a` de 1. |
| `--`{.C} | `a--`{.C} | Retourne `a`{.C} et décrémente `a` de 1. |
# Structures de contrôle: `if`{.C} .. `else if`{.C} .. `else`{.C} (1/2)
## Syntaxe
```C
if (expression) {
instructions;
} else if (expression) { // optionnel
// il peut y en avoir plusieurs
instructions;
} else {
instructions; // optionnel
}
```
```C
if (x) { // si x s'évalue à `vrai`
printf("x s'évalue à vrai.\n");
} else if (y == 8) { // si y vaut 8
printf("y vaut 8.\n");
} else {
printf("Ni l'un ni l'autre.\n");
}
```
# Structures de contrôle: `if`{.C} .. `else if`{.C} .. `else`{.C} (2/2)
## Pièges
```C
int x, y;
x = y = 3;
if (x = 2)
printf("x = 2 est vrai.\n");
else if (y < 8)
printf("y < 8.\n");
else if (y == 3)
printf("y vaut 3 mais cela ne sera jamais affiché.\n");
else
printf("Ni l'un ni l'autre.\n");
x = -1; // toujours évalué
```
# Quiz: `if ... else`{.C}
## [Quiz: `if ... else`{.C}](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=1033916)
# Structures de contrôle: `while`{.C}
## La boucle `while`{.C}
```C
while (condition) {
instructions;
}
do {
instructions;
} while (condition);
```
## La boucle `while`{.C}, un exemple
```C
int sum = 0; // syntaxe C99
while (sum < 10) {
sum += 1;
}
do {
sum += 10;
} while (sum < 100)
```
# Structures de contrôle: `for`{.C}
## La boucle `for`{.C}
```C
for (expression1; expression2; expression3) {
instructions;
}
```
## La boucle `for`{.C}
```C
int sum = 0; // syntaxe C99
for (int i = 0; i < 10; i++) {
sum += i;
}
for (int i = 0; i != 1; i = rand() % 4) { // ésotérique
printf("C'est plus ésotérique.\n");
}
```
slides/cours_10.md
View file @ 60331eff
---
title: "Piles"
date: "2022-12-14"
patat:
eval:
tai:
command: fish
fragment: false
replace: true
ccc:
command: fish
fragment: false
replace: true
images:
backend: auto
title: "Backtracking et piles"
date: "2024-12-02"
---
# Rappel
# Le problème des 8-reines
## Qu'est-ce qu'une pile?
\Huge Le problème des 8-reines
. . .
# Problème des 8-reines
* Structure de données LIFO.
* Placer 8 reines sur un échiquier de $8 \times 8$.
* Sans que les reines ne puissent se menacer mutuellement (92 solutions).
## Quelles fonctionnalités?
## Conséquence
* Deux reines ne partagent pas la même rangée, colonne, ou diagonale.
* Donc chaque solution a **une** reine **par colonne** ou **ligne**.
## Généralisation
* Placer $N$ reines sur un échiquier de $N \times
N$.
- Exemple de **backtracking** (retour en arrière) $\Rightarrow$ récursivité.
![Problème des 8-reines. Source:
[wikipedia](https://fr.wikipedia.org/wiki/Problème_des_huit_dames)](./figs/fig_recursivite_8_reines.png){width=35%}
# Problème des 2-reines
![Le problème des 2 reines n'a pas de solution.](figs/2reines.svg){width=50%}
# Comment trouver les solutions?
* On pose la première reine sur la première case disponible.
* On rend inaccessibles toutes les cases menacées.
* On pose la reine suivante sur la prochaine case non-menacée.
* Jusqu'à ce qu'on puisse plus poser de reine.
* On revient alors en arrière jusqu'au dernier coup où il y avait plus qu'une
possibilité de poser une reine.
* On recommence depuis là.
. . .
1. Empiler (push): ajouter un élément sur la pile.
2. Dépiler (pop): retirer l'élément du sommet de la pile et le retrouner.
3. Liste vide? (is_empty?).
4. Jeter un oeil (peek): retourner l'élément du sommet de la pile (sans le dépiler).
5. Nombre d'éléments (length).
* Le jeu prend fin quand on a énuméré *toutes* les possibilités de poser les
reines.
# Le tri à deux piles (3/3)
# Problème des 3-reines
## Exercice: trier le tableau `[2, 10, 5, 20, 15]`
![Le problème des 3 reines n'a pas de solution non plus.](figs/3reines.svg)
```C
# Problème des 4-reines
![Le problème des 4 reines a une solution.](figs/4reines.svg)
# Problème des 4-reines, symétrie
![Le problème des 4 reines a une autre solution (symétrie
horizontale).](figs/4reines_sym.svg)
# Problème des 5 reines
## Exercice: Trouver une solution au problème des 5 reines
* Faire une capture d'écran / une photo de votre solution et la poster sur
matrix.
```C
......@@ -54,349 +76,389 @@ patat:
```
# La calculatrice (1/8)
## Vocabulaire
```C
2 + 3 = 2 3 +,
```
`2` et `3` sont les *opérandes*, `+` l'*opérateur*.
# Quelques observations sur le problème
. . .
* Une reine par colonne au plus.
* On place les reines sur des colonnes successives.
* On a pas besoin de "regarder en arrière" (on place "devant" uniquement).
* Trois étapes:
* On place une reine dans une case libre.
* On met à jour le tableau.
* Quand on a plus de cases libres on "revient dans le temps" ou c'est qu'on
a réussi.
## La notation infixe
# Le code du problème des 8 reines (1/5)
```C
2 * (3 + 2) - 4 = 6.
```
## Quelle structure de données?
## La notation postfixe
. . .
Une matrice de booléens fera l'affaire:
```C
2 3 2 + * 4 - = 6.
bool board[n][n];
```
## Exercice: écrire `2 * 3 * 4 + 2` en notation `postfixe`
## Quelles fonctionnalités?
. . .
```C
2 3 4 * * 2 + = (2 * (3 * 4)) + 2.
// Pour chaque ligne placer la reine sur toutes les colonnes
// et compter les solutions
void nbr_solutions(board, column, counter);
// Copier un tableau dans un autre
void copy(board_in, board_out);
// Placer la reine à li, co et rendre inaccessible devant
void placer_devant(board, li, co);
```
# La calculatrice (2/8)
## De infixe à post-fixe
# Le code du problème des 8 reines (2/5)
* Une *pile* est utilisée pour stocker *opérateurs* et *parenthèses*.
* Les opérateurs on des *priorités* différentes.
## Le calcul du nombre de solutions
```C
^ : priorité 3
* / : priorité 2
+ - : priorité 1
( ) : priorité 0 // pas un opérateur mais bon
// Calcule le nombre de solutions au problème des <n> reines
rien nbr_solutions(board, column, count)
pour chaque ligne
si la case libre
si column < n - 1
copier board dans un "new" board,
y poser une reine
et mettre à jour ce "new" board
nbr_solutions(new_board, column+1, count)
sinon
on a posé la n-ème et on a gagné
count += 1
```
# Le code du problème des 8 reines (3/5)
# La calculatrice (3/8)
## Le calcul du nombre de solutions
## De infixe à post-fixe: algorithme
```C
// Placer une reine et mettre à jour
rien placer_devant(board, ligne, colonne)
board est occupé à ligne/colonne
toutes les cases des colonnes
suivantes sont mises à jour
```
* On lit l'expression infixe de gauche à droite.
# Le code du problème des 8 reines (4/5)
* On examine le prochain caractère de l'expression infixe.
* Si opérande, le placer dans l'expression du résultat.
* Si parenthèse le mettre dans la pile (priorité 0).
* Si opérateur, comparer sa priorité avec celui du sommet de la pile:
* Si sa priorité est plus élevée, empiler.
* Sinon dépiler l'opérateur de la pile dans l'expression du résultat et
recommencer jusqu'à apparition d'un opérateur de priorité plus faible
au sommet de la pile (ou pile vide).
* Si parenthèse fermée, dépiler les opérateurs du sommet de la pile et les
placer dans l'expression du résultat, jusqu'à ce qu'une parenthèse
ouverte apparaisse au sommet, dépiler également la parenthèse.
* Si il n'y a pas de caractère dans l'expression dépiler tous les
opérateurs dans le résultat.
## Compris? Alors écrivez le code et postez le!
# La calculatrice (4/8)
. . .
## De infixe à post-fixe: exemple
## Le nombre de solutions
\footnotesize
```C
Infixe Postfixe Pile Priorité
((A*B)/D-F)/(G+H) Vide Vide Néant
(A*B)/D-F)/(G+H) Vide ( 0
A*B)/D-F)/(G+H) Vide (( 0
*B)/D-F)/(G+H) A (( 0
B)/D-F)/(G+H) A ((* 2
)/D-F)/(G+H) AB ((* 2
/D-F)/(G+H) AB* ( 0
D-F)/(G+H) AB* (/ 2
-F)/(G+H) AB*D (/ 2
F)/(G+H) AB*D/ (- 1
)/(G+H) AB*D/F (- 1
/(G+H) AB*D/F- Vide Néant
// Calcule le nombre de solutions au problème des <n> reines
void nb_sol(int n, bool board[n][n], int co, int *ptr_cpt) {
for (int li = 0; li < n; li++) {
if (board[li][co]) {
if (co < n-1) {
bool new_board[n][n]; // alloué à chaque nouvelle tentative
copy(n, board, new_board);
prises_devant(n, new_board, li, co);
nb_sol(n, new_board, co+1, ptr_cpt);
} else {
*ptr_cpt = (*ptr_cpt)+1;
}
}
}
}
```
# La calculatrice (5/8)
## De infixe à post-fixe: exemple
# Le code du problème des 8 reines (5/5)
\footnotesize
## Placer devant
```C
Infixe Postfixe Pile Priorité
((A*B)/D-F)/(G+H) Vide Vide Néant
--------------------------------------------------------
/(G+H) AB*D/F- Vide Néant
(G+H) AB*D/F- / 2
G+H) AB*D/F- /( 0
+H) AB*D/F-G /( 0
H) AB*D/F-G /(+ 1
) AB*D/F-GH /(+ 1
Vide AB*D/F-GH+ / 2
Vide AB*D/F-GH+/ Vide Néant
// Retourne une copie du tableau <board> complété avec les positions
// prises sur la droite droite par une reine placée en <board(li,co)>
void placer_devant(int n, bool board[n][n], int li, int co) {
board[li][co] = false; // position de la reine
for (int j = 1; j < n-co; j++) {
// horizontale et diagonales à droite de la reine
if (j <= li) {
board[li-j][co+j] = false;
}
board[li][co+j] = false;
if (li+j < n) {
board[li+j][co+j] = false;
}
}
}
```
# La calculatrice (6/8)
# Les piles
\footnotesize
\Huge Les piles
## Exercice: écrire le code et le poster sur matrix
# Les piles (1/5)
* Quelle est la signature de la fonction?
## Qu'est-ce donc?
* Structure de données abstraite...
. . .
* Une sorte de corrigé:
* de type `LIFO` (*Last in first out*).
```C
char *infix_to_postfix(char* infix) { // init and alloc stack and postfix
for (size_t i = 0; i < strlen(infix); ++i) {
if (is_operand(infix[i])) {
// we just add operands in the new postfix string
} else if (infix[i] == '(') {
// we push opening parenthesis into the stack
} else if (infix[i] == ')') {
// we pop everything into the postfix
} else if (is_operator(infix[i])) {
// this is an operator. We add it to the postfix based
// on the priority of what is already in the stack and push it
}
}
// pop all the operators from the s at the end of postfix
// and end the postfix with `\0`
return postfix;
}
```
![Une pile où on ajoute A, puis B avant de les retirer. Source:
[Wikipedia](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e1/Stack_(data_structure)_LIFO.svg)](figs/Stack.svg){width=70%}
## Des exemples de la vraie vie
# La calculatrice (7/8)
. . .
## Évaluation d'expression postfixe: algorithme
* Pile d'assiettes, de livres, ...
* Adresses visitées par un navigateur web.
* Les calculatrices du passé (en polonaise inverse).
* Les boutons *undo* de vos éditeurs de texte (aka *u* dans vim).
* Chaque *opérateur* porte sur les deux opérandes qui le précèdent.
* Le *résultat d'une opération* est un nouvel *opérande* qui est remis au
sommet de la pile.
# Les piles (2/5)
## Exemple
## Fonctionnalités
```C
2 3 4 + * 5 - = ?
```
. . .
* On parcours de gauche à droite:
1. Empiler (push): ajouter un élément sur la pile.
2. Dépiler (pop): retirer l'élément du sommet de la pile et le retourner.
3. Pile vide? (is_empty?).
```C
Caractère lu Pile opérandes
2 2
3 2, 3
4 2, 3, 4
+ 2, (3 + 4)
* 2 * 7
5 14, 5
- 14 - 5 = 9
```
. . .
# La calculatrice (8/8)
4. Jeter un œil (peek): retourner l'élément du sommet de la pile (sans le dépiler).
5. Nombre d'éléments (length).
## Évaluation d'expression postfixe: algorithme
## Comment faire les 4, 5 à partir de 1 à 3?
1. La valeur d'un opérande est *toujours* empilée.
2. L'opérateur s'applique *toujours* au 2 opérandes au sommet.
3. Le résultat est remis au sommet.
. . .
## Exercice: écrire l'algorithme en C (et poster sur matrix)
4. Dépiler l'élément, le copier, puis l'empiler à nouveau.
5. Dépiler jusqu'à ce que la pile soit vide, puis empiler à nouveau.
. . .
```C
bool evaluate(char *postfix, double *val) { // init stack
for (size_t i = 0; i < strlen(postfix); ++i) {
if (is_operand(postfix[i])) {
stack_push(&s, postfix[i]);
} else if (is_operator(postfix[i])) {
double rhs = stack_pop(&s);
double lhs = stack_pop(&s);
stack_push(&s, op(postfix[i], lhs, rhs));
}
}
return stack_pop(&s);
}
```
## Existe en deux goûts
* Pile avec ou sans limite de capacité (à concurrence de la taille de la
mémoire).
# Les piles (3/5)
# La liste chaînée et pile (1/6)
## Implémentation
## Structure de données
* Jusqu'ici on n'a pas du tout parlé d'implémentation (d'où le nom de structure
abstraite).
* Pas de choix unique d'implémentation.
* Chaque élément de la liste contient:
1. une valeur,
2. un pointeur vers le prochain élément.
* La pile est un pointeur vers le premier élément.
## Quelle structure de données allons nous utiliser?
![Un exemple de liste chaînée.](figs/Singly-linked-list.svg){width=80%}
. . .
# La liste chaînée et pile (2/6)
Et oui vous avez deviné: un tableau!
## Une pile-liste-chaînée
## La structure: de quoi avons-nous besoin (pile de taille fixe)?
. . .
```C
typedef struct _element {
int data;
struct _element *next;
} element;
typedef element* stack;
#define MAX_CAPACITY 500
typedef struct _stack {
int data[MAX_CAPACITY]; // les données
int top; // indice du sommet
} stack;
```
## Fonctionnalités?
# Les piles (4/5)
## Initialisation
. . .
```C
void stack_create(stack *s); // *s = NULL;
void stack_destroy(stack *s);
void stack_push(stack *s, int val);
void stack_pop(stack *s, int *val);
void stack_peek(stack s, int *val);
bool stack_is_empty(stack s); // reutrn NULL == stack;
void stack_init(stack *s) {
s->top = -1;
}
```
# La liste chaînée et pile (3/6)
## Empiler? (faire un dessin)
## Est vide?
. . .
```C
bool stack_is_empty(stack s) {
return s.top == -1;
}
```
## Empiler (ajouter un élément au sommet)
. . .
```C
void stack_push(stack *s, int val) {
s->top += 1;
s->data[s->top] = val;
}
```
# Les piles (5/5)
## Dépiler (enlever l'élément du sommet)
. . .
```C
int stack_pop(stack *s) {
s->top -= 1;
return s->data[s->top+1];
}
```
## Empiler? (le code ensemble)
## Jeter un oeil (regarder le sommet)
. . .
```C
void stack_push(stack *s, int val) {
element *elem = malloc(sizeof(*elem));
elem->data = val;
elem->next = *s;
s = elem;
int stack_peek(stack s) {
return s.data[s.top];
}
```
# La liste chaînée et pile (4/6)
## Jeter un oeil? (faire un dessin)
## Quelle est la complexité de ces opérations?
. . .
```C
## Voyez-vous des problèmes potentiels avec cette implémentation?
. . .
* Empiler avec une pile pleine.
* Dépiler avec une pile vide.
* Jeter un oeil au sommet d'une pile vide.
# Gestion d'erreur, level 0
* Il y a plusieurs façon de traiter les erreur:
* Ne rien faire (laisser la responsabilité à l'utilisateur).
* Faire paniquer le programme (il plante plus ou moins violemment).
* Utiliser des codes d'erreurs.
## La panique
* En C, on a les `assert()` pour faire paniquer un programme.
```
# Les assertions
## Jeter un oeil? (le code ensemble)
\Huge Les assertions
. . .
# Assertions (1/3)
```C
void stack_peek(stack s, int *val) {
*val = s->data;
}
#include <assert.h>
void assert(int expression);
```
# La liste chaînée et pile (5/6)
## Dépiler? (faire un dessin)
. . .
```C
## Qu'est-ce donc?
- Macro permettant de tester une condition lors de l'exécution d'un programme:
- Si `expression == 0`{.C} (condition fausse), `assert()`{.C} affiche un message d'erreur sur `stderr`{.C} et termine l'exécution du programme.
- Sinon l'exécution se poursuit normalement.
- Peuvent être désactivés à la compilation avec `-DNDEBUG` (équivalent à `#define NDEBUG`)
## À quoi ça sert?
- Permet de réaliser des tests unitaires.
- Permet de tester des conditions catastrophiques d'un programme.
- **Ne permet pas** de gérer les erreurs.
# Assertions (2/3)
<!-- \footnotesize -->
## Exemple
```C
#include <assert.h>
void stack_push(stack *s, int val) {
assert(s->top < MAX_CAPACITY-1);
s->top += 1;
s->data[s->top] = val;
}
int stack_pop(stack *s) {
assert(s->top >= 0);
s->top -= 1;
return s->data[s->top+1];
}
int stack_peek(stack *s) {
assert(s->top >= 0);
return s->data[s->top];
}
```
## Dépiler? (le code ensemble)
# Assertions (3/3)
. . .
## Cas typiques d'utilisation
```C
void stack_pop(stack *s, int *val) {
stack_peek(*s, val);
element *tmp = *s;
*s = (*s)->next;
free(tmp);
return val;
}
```
- Vérification de la validité des pointeurs (typiquement `!= NULL`{.C}).
- Vérification du domaine des indices (dépassement de tableau).
# La liste chaînée et pile (6/6)
## Bug vs. erreur de *runtime*
## Détruire? (faire un dessin)
- Les assertions sont là pour détecter les bugs (erreurs d'implémentation).
- Les assertions ne sont pas là pour gérer les problèmes externes au programme (allocation mémoire qui échoue, mauvais paramètre d'entrée passé par l'utilisateur, ...).
. . .
```C
- Mais peuvent être pratiques quand même pour ça...
- Typiquement désactivées dans le code de production.
# La pile dynamique
## Comment modifier le code précédent pour avoir une taille dynamique?
. . .
```C
// alloue une zone mémoire de size octets
void *malloc(size_t size);
// change la taille allouée à size octets (contiguïté garantie)
void *realloc(void *ptr, size_t size);
```
. . .
```
**Attention:** `malloc` sert à allouer un espace mémoire (**pas** de notion de tableau).
## Détruire? (le code ensemble)
## Et maintenant?
. . .
```C
void stack_destroy(stack *s) {
while (!stack_is_empty(*s)) {
int val = stack_pop(s);
}
}
void stack_create(stack *s); // crée une pile avec une taille par défaut
// vérifie si la pile est pleine et réalloue si besoin
void stack_push(stack *s, int val);
// vérifie si la pile est vide/trop grande
// et réalloue si besoin
void stack_pop(stack *s, int *ret);
```
. . .
## Faisons s'implémentation ensemble
slides/cours_11.md
View file @ 60331eff
---
title: "Files d'attente et listes triées"
date: "2022-12-21"
title: "Applications des piles, listes chaînées et files d'attente"
date: "2024-12-09"
---
# La file d'attente (1/N)
# Rappel: les piles
* Structure de données abstraite permettant le stockage d'éléments.
* *FIFO*: First In First Out, ou première entrée première sortie.
* Analogue de la vie "réelle"":
* File à un guichet,
* Serveur d'impressions,
* Mémoire tampon, ...
## Fonctionnalités
. . .
* Enfiler: ajouter un élément à la fin de la file.
* Défiler: extraire un élément au devant de la file.
* Tester si la file est vide.
## Qu'est-ce donc?
. . .
* Lire l'élément de la fin de la file.
* Lire l'élément du devant de la file.
* Créer une liste vide.
* Détruire une liste vide.
* Structure de données abstraite de type LIFO
# La file d'attente (2/N)
## Quelles fonctionnalités?
\footnotesize
. . .
## Implémentation possible
1. Empiler (push): ajouter un élément sur la pile.
2. Dépiler (pop): retirer l'élément du sommet de la pile et le retourner.
3. Pile vide? (is_empty?).
* La structure file, contient un pointeur vers la tête et un vers le début de la file.
* Entre les deux, les éléments sont stockés dans une liste chaînée.
# Le tri à deux piles
![Illustration d'une file d'attente.](figs/fig_queue_representation.png){width=80%}
\Huge Le tri à deux piles
## Structure de données en C?
# Le tri à deux piles (1/3)
. . .
## Cas pratique
```C
typedef struct _element { // Elément de liste
int data;
struct _element* next;
} element;
typedef struct _queue { // File d'attente:
element* head; // tête de file d'attente
element* tail; // queue de file d'attente
} queue;
```
![Un exemple de tri à deux piles](figs/tri_piles.svg){width=70%}
# Fonctionnalités d'une file d'attente
# Le tri à deux piles (2/3)
## Creation et consultations
## Exercice: formaliser l'algorithme
. . .
```C
void queue_init(queue *fa); // head = tail = NULL
bool queue_is_empty(queue fa); // fa.head == fa.tail == NULL
int queue_tail(queue fa); // return fa.head->data
int queue_head(queue fa); // return fa.tail->data
```
## Manipulations et destruction
## Algorithme de tri nécessitant 2 piles (G, D)
. . .
Soit `tab` le tableau à trier:
```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val);
// adds an element before the tail
int queue_dequeue(queue *fa);
// removes the head and returns stored value
void queue_destroy(queue *fa);
// dequeues everything into oblivion
pour i de 0 à N-1
tant que (tab[i] > que le sommet de G)
dépiler G dans D
tant que (tab[i] < que le sommet de D)
dépiler de D dans G
empiler tab[i] sur G
dépiler tout D dans G
dépiler tout G dans tab
```
# Enfilage
# Le tri à deux piles (3/3)
## Deux cas différents:
## Exercice: trier le tableau `[2, 10, 5, 20, 15]`
1. La file est vide (faire un dessin):
```C
. . .
![Insertion dans une file d'attente vide.](./figs/fig_empty_queue_insert.png){width=40%}
2. La file n'est pas vide (faire un dessin):
. . .
![Insertion dans une file d'attente non-vide.](./figs/fig_non_empty_queue_insert.png){width=70%}
# Enfilage
## Live (implémentation)
. . .
```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val) {
element* elmt = malloc(sizeof(*elmt));
elmt->data = val;
elmt->next = NULL;
if (queue_is_empty(*fa)) {
fa->head = elmt;
fa->tail = elmt;
} else {
fa->tail->next = elmt;
fa->tail = elmt;
}
}
```
# Défilage
## Trois cas différents
1. La file a plus d'un élément (faire un dessin):
. . .
![Extraction d'une file d'attente](./figs/fig_queue_extract.png){width=80%}
2. La file un seul élément (faire un dessin):
. . .
![Extraction d'une file d'attente de longueur 1.](./figs/fig_queue_extract_one.svg){width=25%}
```
3. La file est vide (problème)
# La Calculatrice
# Défilage
\Huge La Calculatrice
## Live (implémentation)
# La calculatrice (1/8)
. . .
## Vocabulaire
```C
int queue_dequeue(queue *fa) {
element* elmt = fa->head;
int val = elmt->data;
fa->head = fa->head->next;
free(elmt);
if (NULL == fa->head) {
fa->tail = NULL;
}
return val;
}
2 + 3 = 2 3 +,
```
. . .
## Problème avec cette implémentation?
# Destruction
## Comment on faire la désallocation?
`2` et `3` sont les *opérandes*, `+` l'*opérateur*.
. . .
On défile jusqu'à ce que la file soit vide!
## La notation infixe
```C
2 * (3 + 2) - 4 = 6.
```
# Complexité
## La notation postfixe
## Quelle sont les complexité de:
```C
2 3 2 + * 4 - = 6.
```
* Enfiler?
## Exercice: écrire `2 * 3 * 4 + 2` en notation `postfixe`
. . .
* Défiler?
```C
2 3 4 * * 2 + = (2 * (3 * 4)) + 2.
```
. . .
# La calculatrice (2/8)
* Détruire?
## De infixe à post-fixe
. . .
* Une *pile* est utilisée pour stocker *opérateurs* et *parenthèses*.
* Les opérateurs ont des *priorités* différentes.
* Est vide?
```C
^ : priorité 3
* / : priorité 2
+ - : priorité 1
( ) : priorité 0 // pas un opérateur mais bon
```
# Implémentation alternative
# La calculatrice (3/8)
## Comment implémenter la file autrement?
## De infixe à post-fixe: algorithme
. . .
* On lit l'expression infixe de gauche à droite.
* Données stockées dans un tableau;
* Tableau de taille connue à la compilation ou pas (réallouable);
* `tail` seraient les indices du tableau;
* `capacity` seraient la capacité maximale;
* On *enfile* "au bout" du tableau, au défile au début (indice `0`).
* On examine le prochain caractère de l'expression infixe:
* Si opérande, le placer dans l'expression du résultat.
* Si parenthèse le mettre dans la pile (priorité 0).
* Si opérateur, comparer sa priorité avec celui du sommet de la pile:
* Si sa priorité est plus élevée, empiler.
* Sinon dépiler l'opérateur de la pile dans l'expression du résultat et
recommencer jusqu'à apparition d'un opérateur de priorité plus faible
au sommet de la pile (ou pile vide).
* Si parenthèse fermée, dépiler les opérateurs du sommet de la pile et les
placer dans l'expression du résultat, jusqu'à ce qu'une parenthèse
ouverte apparaisse au sommet, dépiler également la parenthèse.
* Si il n'y a pas de caractère dans l'expression dépiler tous les
opérateurs dans le résultat.
. . .
# La calculatrice (4/8)
## Structure de données
## De infixe à post-fixe: exemple
```C
typedef struct _queue {
int *data;
int tail, capacity;
} queue;
Infixe Postfixe Pile Priorité
((A*B)/D-F)/(G+H) Vide Vide Néant
(A*B)/D-F)/(G+H) Vide ( 0
A*B)/D-F)/(G+H) Vide (( 0
*B)/D-F)/(G+H) A (( 0
B)/D-F)/(G+H) A ((* 2
)/D-F)/(G+H) AB ((* 2
/D-F)/(G+H) AB* ( 0
D-F)/(G+H) AB* (/ 2
-F)/(G+H) AB*D (/ 2
F)/(G+H) AB*D/ (- 1
)/(G+H) AB*D/F (- 1
/(G+H) AB*D/F- Vide Néant
```
# File basée sur un tableau
# La calculatrice (5/8)
* Initialisation?
. . .
## De infixe à post-fixe: exemple
```C
Infixe Postfixe Pile Priorité
((A*B)/D-F)/(G+H) Vide Vide Néant
--------------------------------------------------------
/(G+H) AB*D/F- Vide Néant
(G+H) AB*D/F- / 2
G+H) AB*D/F- /( 0
+H) AB*D/F-G /( 0
H) AB*D/F-G /(+ 1
) AB*D/F-GH /(+ 1
Vide AB*D/F-GH+ / 2
Vide AB*D/F-GH+/ Vide Néant
```
# La calculatrice (6/8)
\footnotesize
## Exercice: écrire le code et le poster sur matrix
```
* Est vide?
* Quelle est la signature de la fonction?
. . .
* Une sorte de corrigé:
```C
char* infix_to_postfix(char* infix) { // init and alloc stack and postfix
for (size_t i = 0; i < strlen(infix); ++i) {
if (is_operand(infix[i])) {
// we just add operands in the new postfix string
} else if (infix[i] == '(') {
// we push opening parenthesis into the stack
} else if (infix[i] == ')') {
// we pop everything into the postfix
} else if (is_operator(infix[i])) {
// this is an operator. We add it to the postfix based
// on the priority of what is already in the stack and push it
}
}
// pop all the operators from the s at the end of postfix
// and end the postfix with `\0`
return postfix;
}
```
# La calculatrice (7/8)
## Évaluation d'expression postfixe: algorithme
```
* Chaque *opérateur* porte sur les deux opérandes qui le précèdent.
* Le *résultat d'une opération* est un nouvel *opérande* qui est remis au
sommet de la pile.
## Exemple
* Enfiler?
```C
2 3 4 + * 5 - = ?
```
. . .
* On parcours de gauche à droite:
```C
Caractère lu Pile opérandes
2 2
3 2, 3
4 2, 3, 4
+ 2, (3 + 4)
* 2 * 7
5 14, 5
- 14 - 5 = 9
```
# La calculatrice (8/8)
## Évaluation d'expression postfixe: algorithme
1. La valeur d'un opérande est *toujours* empilée.
2. L'opérateur s'applique *toujours* au 2 opérandes au sommet.
3. Le résultat est remis au sommet.
```
* Défiler?
## Exercice: écrire l'algorithme en C (et poster sur matrix)
. . .
```C
double evaluate(char* postfix) {
// declare and initialize stack s
for (size_t i = 0; i < strlen(postfix); ++i) {
if (is_operand(postfix[i])) {
stack_push(&s, postfix[i]);
} else if (is_operator(postfix[i])) {
double rhs = stack_pop(&s);
double lhs = stack_pop(&s);
stack_push(&s, op(postfix[i], lhs, rhs));
}
}
return stack_pop(&s);
}
```
# Complexité
# Liste chaînée et pile
## Quelle sont les complexités de:
\Huge Liste chaînée et pile
* Initialisation?
# La liste chaînée et pile (1/6)
. . .
## Structure de données
```C
* Chaque élément de la liste contient:
1. une valeur,
2. un pointeur vers le prochain élément.
* La pile est un pointeur vers le premier élément.
![Un exemple de liste chaînée.](figs/Singly-linked-list.svg){width=80%}
# La liste chaînée et pile (2/6)
## Une pile-liste-chaînée
```C
typedef struct _element {
int data;
struct _element *next;
} element;
typedef struct _stack {
element *top;
} stack;
```
* Est vide?
## Fonctionnalités?
. . .
```C
void stack_create(stack *s); // s->top = NULL;
void stack_destroy(stack *s);
void stack_push(stack *s, int val);
void stack_pop(stack *s, int *val);
void stack_peek(stack s, int *val);
bool stack_is_empty(stack s); // return NULL == s.top;
```
# La liste chaînée et pile (3/6)
* Enfiler?
## Empiler? (faire un dessin)
. . .
......@@ -288,227 +323,105 @@ typedef struct _queue {
```
* Défiler?
. . .
```C
```
# Une file plus efficace
## Comment faire une file plus efficace?
* Où est-ce que ça coince?
. . .
* Défiler est particulièrement lent $\mathcal{O}(N)$.
## Solution?
## Empiler? (le code ensemble)
. . .
* Utiliser un indice séparé pour `head`.
```C
typedef struct _queue {
int *data;
int head, tail, capacity;
} queue;
void stack_push(stack *s, int val) {
element *elem = malloc(sizeof(*elem));
elem->data = val;
elem->next = s->top;
s->top = elem;
}
```
# Une file plus efficace (implémentation)
# La liste chaînée et pile (4/6)
## Enfilage
## Jeter un oeil? (faire un dessin)
\footnotesize
. . .
```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val) {
if ((fa->head == 0 && fa->tail == fa->capacity-1) ||
(fa->tail == (fa->head-1) % (fa->capacity-1))) {
return; // queue is full
}
if (fa->head == -1) { // queue was empty
fa->head = fa->tail = 0;
fa->data[fa->tail] = val;
} else if (fa->tail == fa->capacity-1 && fa->head != 0) {
// the tail reached the end of the array
fa->tail = 0;
fa->data[fa->tail] = val;
} else {
// nothing particular
fa->tail += 1;
fa->data[fa->tail] = val;
}
}
```
# Une file plus efficace (implémentation)
## Défilage
```C
void queue_dequeue(queue *fa, int *val) {
if (queue_is_empty(*fa)) {
return; // queue is empty
}
*val = fa->data[fa->head];
if (fa->head == fa->tail) { // that was the last element
fa->head = fa->tail = -1;
} else if (fa->head == fa->capacity-1) {
fa->head = 0;
} else {
fa->head += 1;
}
}
```
# Les listes triées
Une liste chaînée triée est:
* une liste chaînée
* dont les éléments sont insérés dans l'ordre.
```
![Exemple de liste triée.](./figs/sorted_list_example.svg)
## Jeter un oeil? (le code ensemble)
. . .
* L'insertion est faite telle que l'ordre est maintenu.
## Quelle structure de données?
```C
void stack_peek(stack s, int *val) {
*val = s.top->val;
}
```
# Les listes triées
# La liste chaînée et pile (5/6)
## Quel but?
## Dépiler? (faire un dessin)
* Permet de retrouver rapidement un élément.
* Utile pour la recherche de plus court chemin dans des graphes.
* Ordonnancement de processus par degré de priorité.
## Comment?
* Les implémentations les plus efficaces se basent sur les tableaux.
* Possibles aussi avec des listes chaînées.
. . .
# Les listes triées
```C
\footnotesize
## Quelle structure de données dans notre cas?
Une liste chaînée bien sûr (oui c'est pour vous entraîner)!
```C
typedef struct _element { // chaque élément
int data;
struct _element *next;
} element;
typedef element* sorted_list; // la liste
```
## Fonctionnalités
```C
// insertion de val
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val);
// la liste est-elle vide?
bool is_empty(sorted_list list); // list == NULL
// extraction de val (il disparaît)
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val);
// rechercher un élément et le retourner
element* sorted_list_search(sorted_list list, int val);
```
# L'insertion
## Trois cas
1. La liste est vide.
. . .
![Insertion dans une liste vide, `list == NULL`.](figs/sorted_list_insert_one.svg){width=30%}
## Dépiler? (le code ensemble)
. . .
```C
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
if (sorted_list_is_empty(list)) {
list = malloc(sizeof(*list));
list->data = val;
list->next = NULL;
return list;
}
void stack_pop(stack *s, int *val) {
stack_peek(*s, val);
element *tmp = s->top;
s->top = s->top->next;
free(tmp);
}
```
# L'insertion
# La liste chaînée et pile (6/6)
2. L'insertion se fait en première position.
## Détruire? (faire un dessin)
. . .
![Insertion en tête de liste, `list->data >=
val`.](figs/sorted_list_insert_first.svg){width=80%}
```C
. . .
```C
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
if (list->data >= val) {
element *tmp = malloc(sizeof(*tmp));
tmp->data = val;
tmp->next = list;
list = tmp;
return list;
}
}
```
# L'insertion
3. L'insertion se fait sur une autre position que la première.
. . .
![Insertion sur une autre position, list->data <
val.](figs/sorted_list_insert_any.svg){width=70%}
. . .
```
\footnotesize
## Détruire? (le code ensemble)
. . .
```C
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
element *tmp = malloc(sizeof(*tmp));
tmp->data = val;
element *crt = list;
while (NULL != crt->next && val > crt->next->data) {
crt = crt->next;
void stack_destroy(stack *s) {
while (!stack_is_empty(*s)) {
int val;
stack_pop(s, &val);
}
tmp->next = crt->next;
crt->next = tmp;
return list;
}
```
slides/cours_12.md
View file @ 60331eff
---
title: "Listes triées et listes doublement chaînées"
date: "2023-01-11"
title: "File d'attente, liste triée, liste doublement chaînée"
date: "2024-12-16"
---
# La file d'attente
\Huge La file d'attente
# La file d'attente (1/2)
* Structure de données abstraite permettant le stockage d'éléments.
* *FIFO*: First In First Out, ou première entrée première sortie.
* Analogue de la vie "réelle"":
* File à un guichet,
* Serveur d'impressions,
* Mémoire tampon, ...
## Fonctionnalités
. . .
* Enfiler: ajouter un élément à la fin de la file.
* Défiler: extraire un élément au devant de la file.
* Tester si la file est vide.
. . .
* Lire l'élément de la fin de la file.
* Lire l'élément du devant de la file.
* Créer une file vide.
* Détruire une file.
# La file d'attente (2/2)
\footnotesize
## Implémentation possible
* La structure de file, contient un pointeur vers la tête et un autre vers le début de la file.
* Entre les deux, les éléments sont stockés dans une liste chaînée.
![Illustration d'une file d'attente.](figs/fig_queue_representation.png){width=80%}
## Structure de données en C?
. . .
```C
typedef struct _element { // Elément de liste
int data;
struct _element* next;
} element;
typedef struct _queue { // File d'attente
element* head; // tête de file d'attente
element* tail; // queue de file d'attente
} queue;
```
# Fonctionnalités d'une file d'attente
## Création et consultations
. . .
```C
void queue_init(queue *fa); // head = tail = NULL
bool queue_is_empty(queue fa); // fa.head == fa.tail == NULL
int queue_tail(queue fa); // return fa.tail->data
int queue_head(queue fa); // return fa.head->data
```
## Manipulations et destruction
. . .
```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val);
// adds an element before the tail
int queue_dequeue(queue *fa);
// removes the head and returns stored value
void queue_destroy(queue *fa);
// dequeues everything into oblivion
```
# Enfilage
## Deux cas différents
1. La file est vide (faire un dessin):
. . .
![Insertion dans une file d'attente vide.](./figs/fig_empty_queue_insert.png){width=40%}
2. La file n'est pas vide (faire un dessin):
. . .
![Insertion dans une file d'attente non-vide.](./figs/fig_non_empty_queue_insert.png){width=70%}
# Enfilage
## Live (implémentation)
. . .
```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val) {
element* elmt = malloc(sizeof(*elmt));
elmt->data = val;
elmt->next = NULL;
if (queue_is_empty(*fa)) {
fa->head = elmt;
fa->tail = elmt;
} else {
fa->tail->next = elmt;
fa->tail = elmt;
}
}
```
# Défilage
## Trois cas différents
1. La file a plus d'un élément (faire un dessin):
. . .
![Extraction d'une file d'attente](./figs/fig_queue_extract.png){width=80%}
2. La file un seul élément (faire un dessin):
. . .
![Extraction d'une file d'attente de longueur 1.](./figs/fig_queue_extract_one.svg){width=25%}
3. La file est vide (problème)
# Défilage
## Live (implémentation)
. . .
```C
int queue_dequeue(queue *fa) {
element* elmt = fa->head;
int val = elmt->data;
fa->head = fa->head->next;
free(elmt);
if (NULL == fa->head) {
fa->tail = NULL;
}
return val;
}
```
. . .
## Problème avec cette implémentation?
# Destruction
## Comment on faire la désallocation?
. . .
On défile jusqu'à ce que la file soit vide!
# Complexité
## Quelle est la complexité de
* Enfiler?
. . .
* Défiler?
. . .
* Détruire?
. . .
* Est vide?
# Implémentation alternative
## Comment implémenter la file autrement?
. . .
* Données stockées dans un tableau;
* Tableau de taille connue à la compilation ou pas (réallouable);
* `tail` serait un indice du tableau;
* `capacity` serait la capacité maximale;
* On *enfile* "au bout" du tableau, au défile au début (indice `0`).
. . .
## Structure de données
```C
typedef struct _queue {
int *data;
int tail, capacity;
} queue;
```
# File basée sur un tableau
* Initialisation?
. . .
```C
```
* Est vide?
. . .
```C
```
* Enfiler?
. . .
```C
```
* Défiler?
. . .
```C
```
# Complexité
## Quelle est les complexités de
* Initialisation?
. . .
```C
```
* Est vide?
. . .
```C
```
* Enfiler?
. . .
```C
```
* Défiler?
. . .
```C
```
# Une file plus efficace
## Comment faire une file plus efficace?
* Où est-ce que ça coince?
. . .
* Défiler est particulièrement lent $\mathcal{O}(N)$.
## Solution?
. . .
* Utiliser un indice séparé pour `head`.
```C
typedef struct _queue {
int *data;
int head, tail, capacity;
} queue;
```
# Une file plus efficace (implémentation)
## Enfilage
\footnotesize
```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val) {
if ((fa->head == 0 && fa->tail == fa->capacity-1) ||
(fa->tail == (fa->head-1) % (fa->capacity-1))) {
return; // queue is full
}
if (fa->head == -1) { // queue was empty
fa->head = fa->tail = 0;
fa->data[fa->tail] = val;
} else if (fa->tail == fa->capacity-1 && fa->head != 0) {
// the tail reached the end of the array
fa->tail = 0;
fa->data[fa->tail] = val;
} else {
// nothing particular
fa->tail += 1;
fa->data[fa->tail] = val;
}
}
```
# Une file plus efficace (implémentation)
## Défilage
```C
void queue_dequeue(queue *fa, int *val) {
if (queue_is_empty(*fa)) {
return; // queue is empty
}
*val = fa->data[fa->head];
if (fa->head == fa->tail) { // that was the last element
fa->head = fa->tail = -1;
} else if (fa->head == fa->capacity-1) {
fa->head = 0;
} else {
fa->head += 1;
}
}
```
# Listes triées
\Huge Les listes triées
# Les listes triées
Une liste chaînée triée est:
......@@ -41,8 +413,9 @@ Une liste chaînée triée est:
# Les listes triées
## Quelle structure de données dans notre cas?
\footnotesize
## Quelle structure de données dans notre cas?
Une liste chaînée bien sûr (oui c'est pour vous entraîner)!
......@@ -60,14 +433,14 @@ typedef element* sorted_list; // la liste
// insertion de val
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val);
// la liste est-elle vide?
bool is_empty(sorted_list list); // list == NULL
bool sorted_list_is_empty(sorted_list list); // list == NULL
// extraction de val (il disparaît)
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val);
// rechercher un élément et le retourner
element* sorted_list_search(sorted_list list, int val);
```
# L'insertion
# L'insertion (1/3)
## Trois cas
......@@ -90,7 +463,7 @@ sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
}
```
# L'insertion
# L'insertion (2/3)
2. L'insertion se fait en première position.
......@@ -113,14 +486,13 @@ sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
}
```
# L'insertion
# L'insertion (3/3)
3. L'insertion se fait sur une autre position que la première.
. . .
![Insertion sur une autre position, list->data <
val.](figs/sorted_list_insert_any.svg){width=70%}
![Insertion sur une autre position, list->data < val.](figs/sorted_list_insert_any.svg){width=70%}
. . .
......@@ -140,8 +512,7 @@ sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
}
```
# L'extraction
# L'extraction (1/3)
## Trois cas
......@@ -159,9 +530,9 @@ sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
element *prec = *crt = list; // needed to glue elements together
while (NULL != crt && val > crt->data) {
prec = crt;
crt = crt->next;
}
prec = crt;
crt = crt->next;
}
if (NULL != crt && prec != crt && crt->data == val) { // glue things together
prec->next = crt->next;
free(crt);
......@@ -170,8 +541,7 @@ sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
}
```
# L'extraction
# L'extraction (2/3)
2. L'élément à extraire est le premier élément de la liste
......@@ -187,10 +557,11 @@ sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
element *prec = *crt = list; // needed to glue elements together
while (NULL != crt && val > crt->data) {
prec = crt;
crt = crt->next;
}
if (NULL != crt && crt->data == val && prec == crt) { // glue things together
prec = crt;
crt = crt->next;
}
// glue things together
if (NULL != crt && crt->data == val && prec == crt) {
list = list->next;
free(crt);
}
......@@ -198,7 +569,7 @@ sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
}
```
# L'extraction
# L'extraction (3/3)
3. L'élément à extraire n'est **pas** dans la liste.
* La liste est vide.
......@@ -217,9 +588,9 @@ On retourne la liste inchangée.
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
element *prec = *crt = list; // needed to glue elements together
while (NULL != crt && val > crt->data) {
prec = crt;
crt = crt->next;
}
prec = crt;
crt = crt->next;
}
if (NULL == crt || crt->data != val) { // val not present
return list;
}
......@@ -228,8 +599,6 @@ sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
# La recherche
```C
element* sorted_list_search(sorted_list list, int val);
```
......@@ -245,7 +614,9 @@ element* sorted_list_search(sorted_list list, int val) {
element* pos = sorted_list_position(list, val);
if (NULL == pos && val == list->data) {
return list; // first element contains val
} else if (NULL != pos && NULL != pos->next && val == pos->next->data) {
} else if (NULL != pos && NULL != pos->next
&& val == pos->next->data)
{
return pos->next; // non-first element contains val
} else {
return NULL; // well... val's not here
......@@ -313,14 +684,13 @@ $$
\mathcal{O}(N).
$$
# Liste doublement chaînée
## Application: navigateur ou éditeur de texte
* Avec une liste chaînée:
* Comment implémenter les fonctions `back` et `forward` d'un navigateur?
* Comment implémenter les fonctions `undo` et `redo` d'un éditeur de texte?
* Comment implémenter les fonctions `back` et `forward` d'un navigateur?
* Comment implémenter les fonctions `undo` et `redo` d'un éditeur de texte?
. . .
......@@ -340,6 +710,10 @@ Pas possible.
# Liste doublement chaînée
\Huge Liste doublement chaînée
# Liste doublement chaînée
## Exercices
* Partir du dessin suivant et par **groupe de 5**
......@@ -354,7 +728,7 @@ Pas possible.
2. Écrire les fonctionnalités de création et consultation
```C
```C
// crée la liste doublement chaînée
dll dll_create();
// retourne la valeur à la position actuelle dans la liste
......@@ -373,9 +747,9 @@ void dll_print(dll list);
# Liste doublement chaînée
3. Écrire les fonctionnalités de manipulation
3. Écrire les fonctionnalités de manipulation
```C
```C
// déplace pos au début de la liste
dll dll_move_to_head(dll list);
// déplace pos à la position suivante dans la liste
......@@ -404,6 +778,5 @@ int dll_extract(dll *list);
// extrait la donnée en tête de liste
int dll_pop(dll *list);
// vide la liste
void dll_destroy(dll *list)
void dll_destroy(dll *list);
```
slides/cours_13.md
View file @ 60331eff
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slides/cours_14.md
View file @ 60331eff
---
title: "Tables de hachage"
date: "2023-02-24"
patat:
eval:
tai:
command: fish
fragment: false
replace: true
ccc:
command: fish
fragment: false
replace: true
images:
backend: auto
date: "2025-02-21"
---
# Rappel sur les tables de hachage (1/N)
# Les tables de hachage
## Définition? Qui se souvient?
\Huge Les tables de hachage
. . .
# Tableau vs Table
## Tableau
* Chaque élément (ou valeur) est lié à un indice (la case du tableau).
```C
annuaire tab[2] = {
"+41 22 123 45 67", "+41 22 234 56 78", ...
};
tab[1] == "+41 22 123 45 67";
```
## Table
* Chaque élément (ou valeur) est lié à une clé.
```C
annuaire tab = {
// Clé , Valeur
"Paul", "+41 22 123 45 67",
"Orestis", "+41 22 234 56 78",
};
tab["Paul"] == "+41 22 123 45 67";
tab["Orestis"] == "+41 22 234 56 78";
```
# Table
## Définition
Structure de données abstraite où chaque *valeur* (ou élément) est associée à une *clé* (ou
argument).
......@@ -36,7 +53,7 @@ On parle de paires *clé-valeur* (*key-value pairs*).
* Index (nombre-page)
* ...
# Rappel sur les tables de hachage (1/N)
# Table
## Opérations principales sur les tables
......@@ -44,7 +61,135 @@ On parle de paires *clé-valeur* (*key-value pairs*).
* Consultation (`get(clé)`{.C}), retourne la `valeur` correspondant à `clé`
* Suppression (`remove(clé)`{.C}), supprime la paire `clé-valeur`
## Transformation de clé (hashing)
## Structure de données / implémentation
Efficacité dépend de différents paramètres:
* taille (nombre de clé-valeurs maximal),
* fréquence d'utilisation (insertion, consultation, suppression),
* données triées/non-triées,
* ...
# Consultation séquentielle (`sequential_get`)
## Séquentielle
* table représentée par un (petit) tableau ou liste chaînée,
* types: `key_t` et `value_t` quelconques, et `key_value_t`
```C
typedef struct {
key_t key;
value_t value;
} key_value_t;
```
* on recherche l'existence de la clé séquentiellement dans le tableau, on
retourne la valeur.
# Consultation séquentielle (`sequential_get`)
## Implémentation? Une idée?
. . .
```C
bool sequential_get(int n, key_value_t table[n], key_t key,
value_t *value)
{
int pos = n - 1;
while (pos >= 0) {
if (key == table[pos].key) {
*value = table[pos].value;
return true;
}
pos--;
}
return false;
}
```
. . .
## Inconvénient?
# Consultation séquentielle (`sequential_get`)
## Exercice: implémenter la même fonction avec une liste chaînée
Poster le résultat sur matrix.
# Consultation dichotomique (`binary_get`)
## Dichotomique
* table représentée par un (petit) tableau trié par les clés,
* types: `key_t` et `value_t` quelconques, et `key_value_t`
* on recherche l'existence de la clé par dichotomie dans le tableau, on
retourne la valeur,
* les clés possèdent la notion d'ordre (`<, >, =` sont définis).
# Consultation dichotomique (`binary_get`)
\footnotesize
## Implémentation? Une idée?
. . .
```C
bool binary_get1(int n, key_value_t table[n], key_t key, value_t *value) {
int top = n - 1, bottom = 0;
while (top > bottom) {
int middle = (top + bottom) / 2;
if (key > table[middle].key) {
bottom = middle+1;
} else {
top = middle;
}
}
if (key == table[top].key) {
*value = table[top].value;
return true;
} else {
return false;
}
}
```
# Consultation dichotomique (`binary_get`)
\footnotesize
## Autre implémentation
```C
bool binary_get2(int n, key_value_t table[n], key_t key, value_t *value) {
int top = n - 1, bottom = 0;
while (true) {
int middle = (top + bottom) / 2;
if (key > table[middle].key) {
bottom = middle + 1;
} else if (key < table[middle].key) {
top = middle;
} else {
*value = table[middle].value;
return true;
}
if (top < bottom) {
break;
}
}
return false;
}
```
## Quelle est la différence avec le code précédent?
# Transformation de clé (hashing)
\footnotesize
## Problématique: Numéro AVS (13 chiffres)
* Format: 106.3123.8492.13
......@@ -58,7 +203,50 @@ On parle de paires *clé-valeur* (*key-value pairs*).
... | ...
9999999999999 | -------
```
* Nombre de numéros >> nombre d'entrées.
## Quelle est la clé? Quelle est la valeur?
. . .
* Clé: Numéro AVS, Valeur: Nom.
## Nombre de clés? Nombre de citoyens? Rapport?
. . .
* $10^{13}$ clés, $10^7$ citoyens, $10^{-5}$ ($10^{-3}\%$ de la table est
occupée) $\Rightarrow$ *inefficace*.
* Pire: $10^{13}$ entrées ne rentre pas dans la mémoire d'un
ordinateur.
# Transformation de clé (hashing)
## Problématique 2: Identificateurs d'un programme
* Format: 8 caractères (simplification)
```
Identificateur | Adresse
aaaaaaaa | -------
... | ...
resultat | 3aeff
compteur | 4fedc
... | ...
zzzzzzzz | -------
```
## Quelle est la clé? Quelle est la valeur?
. . .
* Clé: Identificateur, Valeur: Adresse.
## Nombre de clés? Nombre d'identificateur d'un programme? Rapport?
. . .
* $26^{8}\sim 2\cdot 10^{11}$ clés, $2000$ identificateurs, $10^{-8}$ ($10^{-6}\%$ de la table est
occupée) $\Rightarrow$ *un peu inefficace*.
# Fonctions de transformation de clé (hash functions)
......@@ -83,7 +271,67 @@ tableau correspondant à `key`.
* Distribue uniformément les clés sur l'ensemble des indices.
# Fonctions de transformation de clés: exemple
# Fonctions de transformation de clés: exemples
## Méthode par troncature
\begin{align*}
&h: [0,9999]\rightarrow [0,9]\\
&h(key)=\mbox{troisième chiffre du nombre.}
\end{align*}
```
Key | Index
0003 | 0
1123 | 2 \
1234 | 3 |-> collision.
1224 | 2 /
1264 | 6
```
## Quelle est la taille de la table?
. . .
C'est bien dix oui.
# Fonctions de transformation de clés: exemples
## Méthode par découpage
Taille de l'index: 3 chiffres.
```
key = 321 991 24 -> 321
991
+ 24
----
1336 -> index = 336
```
## Devinez l'algorithme?
. . .
On part de la gauche:
1. On découpe la clé en tranche de longueur égale à celle de l'index.
2. On somme les nombres obtenus.
3. On tronque à la longueur de l'index.
# Fonctions de transformation de clés: exemples
## Méthode multiplicative
Taille de l'index: 2 chiffres.
```
key = 5486 -> key^2 = 30096196 -> index = 96
```
On prend le carré de la clé et on garde les chiffres du milieu du résultat.
# Fonctions de transformation de clés: exemples
## Méthode par division modulo
......@@ -120,6 +368,8 @@ Dans ce qui suit la taille de la table est `table_size`.
\footnotesize
## Comment ça marche?
* Quand l'index est déjà occupé on regarde sur la position suivante, jusqu'à en
trouver une libre.
......@@ -132,6 +382,138 @@ table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```
## Problème?
. . .
* Regroupement d'éléments (clustering).
# Méthode linéaire
\footnotesize
## Comment ça marche?
* Comme la méthode séquentielle mais on "saute" de `k`.
```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
index = (index + k) % table_size; // attention à pas dépasser
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```
## Quelle valeur de `k` éviter?
. . .
* Une valeur où `table_size` est multiple de `k`.
Cette méthode répartit mieux les regroupements au travers de la table.
# Méthode du double hashing
\footnotesize
## Comment ça marche?
* Comme la méthode linéaire, mais `k = h2(key)` (variable).
```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
index = (index + h2(k)) % table_size; // attention à pas dépasser
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```
## Quelle propriété doit avoir `h2`?
## Exemple
```C
h2(key) = (table_size - 2) - key % (table_size -2)
```
# Méthode pseudo-aléatoire
\footnotesize
## Comment ça marche?
* Comme la méthode linéaire mais on génère `k` pseudo-aléatoirement.
```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
index = (index + random_number) % table_size;
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```
## Comment s'assurer qu'on va bien retrouver la bonne clé?
. . .
* Le germe (seed) de la séquence pseudo-aléatoire doit être le même.
* Le germe à choisir est l'index retourné par `h(key)`.
```C
srand(h(key));
while {
random_number = rand();
}
```
# Méthode quadratique
* La fonction des indices de collision est de degré 2.
* Soit $J_0=h(key)$, les indices de collision se construisent comme:
```C
J_i = J_0 + i^2 % table_size, i > 0,
J_0 = 100, J_1 = 101, J_2 = 104, J_3 = 109, ...
```
## Problème possible?
. . .
* Calculer le carré peut-être "lent".
* En fait on peut ruser un peu.
# Méthode quadratique
\footnotesize
```C
J_i = J_0 + i^2 % table_size, i > 0,
J_0 = 100
\
d_0 = 1
/ \
J_1 = 101 Delta = 2
\ /
d_1 = 3
/ \
J_2 = 104 Delta = 2
\ /
d_2 = 5
/ \
J_3 = 109 Delta = 2
\ /
d_3 = 7
/
J_4 = 116
--------------------------------------
J_{i+1} = J_i + d_i,
d_{i+1} = d_i + Delta, d_0 = 1, i > 0.
```
# Méthode de chaînage
## Comment ça marche?
......@@ -173,6 +555,15 @@ de l'alphabet)
![La méthode de chaînage](figs/fig_hash.png){width=80%}
# Méthode de chaînage
Avantages:
* Si les clés sont grandes l'économie de place est importante (les places vides
sont `NULL`).
* La gestion des collisions est conceptuellement simple.
* Pas de problème de regroupement (clustering).
# Exercice 1
* Construire une table à partir de la liste de clés suivante:
......@@ -196,7 +587,6 @@ h_2(k)&=1+(k\mod 11).
* La fonction de hachage est donc $h(k)=(h(k)+h_2(k)) \% 13$ en cas de
collision.
# Exercice 3
* Stocker les numéros de téléphones internes d'une entreprise suivants dans un
......@@ -218,150 +608,3 @@ $$
$$
C_1(N,i)=(h(N)+5\cdot i)\mod 10.
$$
# Préambule
\small
* On considère pas le cas du chaînage en cas de collisions.
* L'insertion est construite avec une forme du type
```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED
&& table[index].key != key) {
index = (index + k) % table_size; // attention à pas dépasser
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```
\normalsize
* Gestion de l'état d'une case *explicite*
```C
typedef enum {EMPTY, OCCUPIED, DELETED} state;
```
# L'insertion
## Pseudocode?
. . .
```C
insert(table, key, value) {
index = hash de la clé;
index =
si "index" est déjà "occupé"
et la clé correspondante n'est pas "key"
alors gérer la collision;
changer l'état de la case "index" à "occupé";
changer la valeur de la case "index" à "value";
}
```
# La suppression
## Pseudocode?
. . .
```C
value_t remove(table, key) {
index = hash de la clé;
tant que l'état de la case n'est pas "vide"
si "index" est "occupé" et la clé est "key"
changer l'état de la case à "supprimé"
sinon
index = rehash
}
```
# La recherche
## Pseudocode?
. . .
```C
bool search(table, key, value) {
index = hash de la clé;
tant que l'état de la case n'est pas "vide"
si "index" est "occupé" et la clé est "key"
retourner vrai
sinon
index = rehash
}
```
# Écrivons le code!
* Mais avant:
* Quelles sont les structures de données dont nous avons besoin?
* Y a-t-il des fonctions auxiliaires à écrire?
* Écrire les signatures des fonctions.
. . .
## Structures de données
\footnotesize
. . .
```C
typedef enum {empty, deleted, occupied};
typedef ... key_t;
typedef ... value_t;
typedef struct _cell_t {
key_t key;
value_t value;
state_t state;
} cell_t;
typedef struct _hm {
cell_t *table;
int capacity;
int size;
} hm;
```
# Écrivons le code!
## Fonctions auxiliaires
. . .
```C
static int hash(key_t key);
static int rehash(int index, key_t key);
static int find_index(hm h, key_t key);
```
## Signature de l'API
. . .
```C
void hm_init(hm *h, int capacity);
void hm_destroy(hm *h);
bool hm_set(hm *h, key_t key, value_t *value);
bool hm_get(hm h, key_t key, value_t *value);
bool hm_remove(hm *h, key_t key, value_t *value);
bool hm_search(hm h, key_t key);
void hm_print(hm h);
```
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slides/cours_15.md
View file @ 60331eff
---
title: "Arbres"
date: "2023-03-10"
title: "Fin des tables de hachages et arbres"
date: "2025-02-28"
---
# Rappel
* Qu'est-ce qu'une table de hachage?
. . .
* Structure de données abstraite où chaque *valeur* (ou élément) est associée à une *clé* (ou argument).
* Quelles sont les fonctions typiques définies sur les tables?
. . .
* Insertion, consultation, suppression.
```C
void insert(table, key, value)
value get(table, key)
value remove(table, key)
```
* Comment fait-on le lien entre une clé et une valeur dans le tableau?
. . .
* On hache!
# Exercice 2
* Reprendre l'exercice 1 et utiliser la technique de double hachage pour traiter
les collisions avec
\begin{align*}
h_1(k)&=k\mod 13,\\
h_2(k)&=1+(k\mod 11).
\end{align*}
* En cas de collision, on fait un saut de $h_2(k)$, c.-à-d. $$index = (index + h_2(k)) \mod 13.$$
# Exercice 3
* Stocker les numéros de téléphones internes d'une entreprise dans un
tableau de 10 positions.
* Les numéros sont compris entre 100 et 299.
* Soit $N$ le numéro de téléphone, la fonction de hachage est
$$
h(N)=N\mod 10.
$$
* La fonction de gestion des collisions est
$$
C_1(N,i)=(h(N)+3\cdot i)\mod 10
$$
où $i$ compte les collisions.
* Placer 145, 167, 110, 175, 210, 215 (mettre son état à occupé).
* Supprimer 175 (rechercher 175, et mettre son état à supprimé).
* Rechercher 35.
* Les cases ni supprimées, ni occupées sont vides.
* Expliquer se qui se passe si on utilise?
$$
C_1(N,i)=(h(N)+5\cdot i)\mod 10.
$$
# Préambule
\small
* Ici, on ne considère pas le cas du chaînage en cas de collisions.
* L'insertion est construite avec une forme du type
```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED
&& table[index].key != key) {
index = (index + k) % table_size; // attention à pas dépasser
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```
\normalsize
* Gestion de l'état d'une case *explicite*
```C
typedef enum {EMPTY, OCCUPIED, DELETED} state;
```
# L'insertion
## Pseudocode?
. . .
```C
rien insertion(table, clé, valeur) {
index = hash(clé)
index =
tant que état(table[index]) == occupé
et clé(table[index]) != clé:
index = rehash(clé)
état(table[index]) = occupé
table[index] = valeur
}
```
# La suppression
## Pseudocode?
. . .
```C
valeur suppression(table, clé):
index = hash(clé)
tant que état(table[index]) != vide:
si état(table[index]) == occupé
et clé(table[index]) == clé:
état(table[index]) = supprimé
sinon
index = rehash(clé)
}
```
# La recherche
## Pseudocode?
. . .
```C
booléen recherche(table, clé) {
index = hash(clé)
tant que état(table[index]) != vide:
si état(table[index]) == occupé
et clé(table[index]) == clé:
retourner vrai
sinon
index = rehash
retourner faux
}
```
# Écrivons le code!
* Mais avant:
* Quelles sont les structures de données dont nous avons besoin?
* Y a-t-il des fonctions auxiliaires à écrire?
* Écrire les signatures des fonctions.
. . .
## Structures de données
\footnotesize
. . .
```C
typedef enum {empty, deleted, occupied};
typedef ... key_t;
typedef ... value_t;
typedef struct _cell_t {
key_t key;
value_t value;
state_t state;
} cell_t;
typedef struct _hm {
cell_t *table;
int capacity;
int size;
} hm;
```
# Écrivons le code!
## Fonctions auxiliaires
. . .
```C
static int hash(key_t key);
static int rehash(int index, key_t key);
static int find_index(hm h, key_t key);
```
## Signature de l'API
. . .
```C
void hm_init(hm *h, int capacity);
void hm_destroy(hm *h);
bool hm_set(hm *h, key_t key, value_t *value);
bool hm_get(hm h, key_t key, value_t *value);
bool hm_remove(hm *h, key_t key, value_t *value);
bool hm_search(hm h, key_t key);
void hm_print(hm h);
```
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# Les arbres
\Huge Les arbres
# Les arbres: définition
"Un arbre est un graphe acyclique orienté possédant une unique racine, et tel que tous les nœuds sauf la racine ont un unique parent."
......@@ -13,16 +227,16 @@ date: "2023-03-10"
## Plus sérieusement
* Ensemble de **nœuds** et d'**arêtes** (graphe),
* Ensemble de **nœuds** et d'**arêtes** (graphe).
* Les arêtes relient les nœuds entre eux, mais pas n'importe comment: chaque
nœud a au plus un **parent**,
* Le seul nœud sans parent est la **racine**,
* Chaque nœud a un nombre fini de **fils**,
* La hiérarchie des nœuds rend les arêtes **orientées** (parent -> fils), et empêche les
nœud a au plus un **parent**.
* Le seul nœud sans parent est la **racine**.
* Chaque nœud a un nombre fini d'**enfants**.
* La hiérarchie des nœuds rend les arêtes **orientées** (parent -> enfants), et empêche les
**cycles** (acyclique, orienté).
* La **feuille** ou **nœud terminal** est un nœud sans enfants,
* Le **niveau** est 1 à la racine et **niveau+1** pour les fils,
* Le **degré** d'un nœud est le nombre de fils du nœud.
* La **feuille** ou **nœud terminal** est un nœud sans enfants.
* Le **niveau** est 1 à la racine et **niveau+1** pour les enfants.
* Le **degré** d'un nœud est le nombre de enfants du nœud.
. . .
......@@ -119,7 +333,7 @@ graph BT;
# Degré et niveau
* Illustration du degré (nombre de fils) et du niveau (profondeur)
* Illustration du degré (nombre d'enfants) et du niveau (profondeur)
::: columns
......@@ -149,11 +363,11 @@ graph TD;
:::
* Les nœuds de degré 0, sont des feuilles.
* Les nœuds de degré 0 sont des feuilles.
# Application: recherche rapide
## Pouvez vous construire un arbre pour résoudre le nombre secret?
## Pouvez-vous construire un arbre pour résoudre le nombre secret?
. . .
......@@ -185,7 +399,7 @@ graph LR;
:::
# Autres représentation
# Autres représentations
* Botanique
* **Exercice:** Ajouter les degrés/niveaux et feuilles
......@@ -204,7 +418,7 @@ graph TD;
H-->K;
```
# Autres représentation
# Autres représentations
* Ensembliste
......@@ -234,7 +448,7 @@ graph TD;
:::
# Autres représentation
# Autres représentations
* Liste
......@@ -325,605 +539,3 @@ A
:::
# L'arbre binaire
* Structure de données abstraite,
* Chaque nœud a au plus deux fils: gauche et droite,
* Chaque fils est un arbre.
## Comment représenteriez vous une telle structure?
. . .
```C
<R, G, D>
R: racine
G: sous-arbre gauche
D: sous-arbre droite
```
## Comment cela s'écrirait en C?
. . .
```C
typedef struct _node {
contenu info;
struct _node *left, *right;
} node;
typedef node *tree;
```
# L'arbre binaire
## Que se passerait-il avec
```C
typedef struct _node {
int info;
struct _node left, right;
} node;
```
* On ne sait pas quelle est la taille de node, on ne peut pas l'allouer!
## Interface minimale
* Qu'y mettriez vous?
. . .
```C
NULL -> arbre (vide)
<n, arbre, arbre> -> arbre
visiter(arbre) -> nœud (la racine de l'arbre)
gauche(arbre) -> arbre (sous-arbre de gauche)
droite(arbre) -> arbre (sous-arbre de droite)
```
* Les autres opérations (insertion, parcours, etc) dépendent de ce qu'on stocke
dans l'arbre.
# Exemple d'arbre binaire
* Représentez `(c - a * b) * (d + e / f)` à l'aide d'un arbre binaire (matrix)
. . .
::: columns
:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
A[*]-->B[-];
B-->C[c];
B-->D[*];
D-->E[a];
D-->F[b];
A-->G[+];
G-->H[d];
G-->I["/"];
I-->J[e];
I-->K[f];
```
::::
:::: column
## Remarques
* L'arbre est **hétérogène**: le genre d'info est pas le même sur chaque nœud
(opérateur, opérande).
* Les feuilles contiennent les opérandes.
* Les nœuds internes contiennent les opérateurs.
::::
:::
# Parcours d'arbres binaires
* Appliquer une opération à tous les nœuds de l'arbre,
* Nécessité de **parcourir** l'arbre,
* Utiliser uniquement l'interface: visiter, gauche,
droite.
## Une idée de comment parcourir cet arbre?
* 3 parcours (R: Racine, G: sous-arbre gauche, D: sous-arbre droit):
::: columns
:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
A[*]-->B[-];
B-->C[c];
B-->D[*];
D-->E[a];
D-->F[b];
A-->G[+];
G-->H[d];
G-->I["/"];
I-->J[e];
I-->K[f];
```
::::
:::: column
1. Parcours **préfixe** (R, G D),
2. Parcours **infixe** (G, R, D),
3. Parcours **postfixe** (G, D, R).
::::
:::
# Le parcours infixe (G, R, D)
* Gauche, Racine, Droite:
1. On descend dans l'arbre de gauche tant qu'il est pas vide,
2. On visite la racine du sous arbre,
3. On descend dans le sous-arbre de droite (s'il est pas vide),
4. On recommence.
. . .
## Incompréhensible?
* La récursivité c'est la vie.
```
parcours_infixe(arbre a)
si est_pas_vide(gauche(a))
parcours_infixe(gauche(a))
visiter(A)
si est_pas_vide(droite(A))
parcours_infixe(droite(A))
```
# Graphiquement (dessinons)
::: columns
:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
A[*]-->B[-];
B-->C[c];
B-->D[*];
D-->E[a];
D-->F[b];
A-->G[+];
G-->H[d];
G-->I["/"];
I-->J[e];
I-->K[f];
```
::::
:::: column
```
parcours_infixe(arbre a)
si est_pas_vide(gauche(a))
parcours_infixe(gauche(a))
visiter(A)
si est_pas_vide(droite(A))
parcours_infixe(droite(A))
```
::::
:::
# Graphiquement (`mermaid` c'est super)
::: columns
:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
A[*]-->B[-];
A[*]-.->|1|B[-];
B-->C[c];
B-.->|2|C[c];
C-.->|3|B;
B-->D[*];
B-.->|4|D;
D-->E[a];
D-.->|5|E;
E-.->|6|D;
D-->F[b];
D-.->|7|F;
F-.->|8|A;
A-->G[+];
A-.->|9|G;
G-->H[d];
G-.->|10|H;
H-.->|11|G;
G-->I["/"];
G-.->|12|I;
I-->J[e];
I-.->|13|J;
J-.->|14|I;
I-->K[f];
I-.->|15|K;
```
::::
:::: column
```
parcours_infixe(arbre a)
si est_pas_vide(gauche(a))
parcours_infixe(gauche(a))
visiter(A)
si est_pas_vide(droite(A))
parcours_infixe(droite(A))
```
## Remarque
Le nœud est visité à la **remontée**.
## Résultat
```
c - a * b * d + e / f
```
::::
:::
# Et en C?
## Live code
\footnotesize
. . .
```C
typedef int data;
typedef struct _node {
data info;
struct _node* left;
struct _node* right;
} node;
typedef node* tree_t;
void tree_print(tree_t tree, int n) {
if (NULL != tree) {
tree_print(tree->left, n+1);
for (int i = 0; i < n; i++) {
printf(" ");
}
printf("%d\n", tree->info);
tree_print(tree->right, n+1);
}
}
```
# Question
## Avez-vous compris le fonctionnement?
. . .
## Vous en êtes sûr·e·s?
. . .
## OK, alors deux exercices:
1. Écrire le pseudo-code pour le parcours R, G, D (matrix).
2. Écrire le pseudo-code pour la parcours G, D, R (matrix),
## Rappel
```
parcours_infixe(arbre a)
si est_pas_vide(gauche(a))
parcours_infixe(gauche(a))
visiter(A)
si est_pas_vide(droite(A))
parcours_infixe(droite(A))
```
# Correction
\footnotesize
* Les deux parcours sont des modifications **triviales**[^1] de l'algorithme
infixe.
## Le parcours postfixe
```python
parcours_postfixe(arbre a)
si est_pas_vide(gauche(a))
parcours_postfixe(gauche(a))
si est_pas_vide(droite(a))
parcours_postfixe(droite(a))
visiter(a)
```
## Le parcours préfixe
```python
parcours_préfixe(arbre a)
visiter(a)
si est_pas_vide(gauche(a))
parcours_préfixe(gauche(a))
si est_pas_vide(droite(a))
parcours_préfixe(droite(a))
```
. . .
**Attention:** L'implémentation de ces fonctions en C sont **à faire** en
exercice (inspirez vous de ce qu'on a fait avant)!
# Exercice: parcours
## Comment imprimer l'arbre ci-dessous?
```
f
/
e
+
d
*
c
-
b
*
a
```
. . .
## Bravo vous avez trouvé!
* Il s'agissait du parcours D, R, G.
# Implémentation
## Vous avez 5 min pour implémenter cette fonction et la poster sur matrix!
. . .
```C
void pretty_print(tree_t tree, int n) {
if (NULL != tree) {
pretty_print(tree->right, n+1);
for (int i = 0; i < n; ++i) {
printf(" ");
}
printf("%d\n", tree->info);
pretty_print(tree->left, n+1);
}
}
```
# Exercice supplémentaire (sans corrigé)
Écrire le code de la fonction
```C
int depth(tree_t t);
```
qui retourne la profondeur maximale d'un arbre.
Indice: la profondeur à chaque niveau peut-être calculée à partir du niveau des
sous-arbres de gauche et de droite.
# La recherche dans un arbre binaire
* Les arbres binaires peuvent retrouver une information très rapidement.
* À quelle complexité? À quelle condition?
. . .
## Condition
* Le contenu de l'arbre est **ordonné** (il y a une relation d'ordre (`<`, `>`
entre les éléments).
## Complexité
* La profondeur de l'arbre (ou le $\mathcal{O}(\log_2(N))$)
. . .
## Exemple: les arbres lexicographiques
* Chaque nœud contient une information de type ordonné, la **clé**,
* Par construction, pour chaque nœud $N$:
* Toutes clé du sous-arbre à gauche de $N$ sont inférieurs à la clé de $N$.
* Toutes clé du sous-arbre à droite de $N$ sont inférieurs à la clé de $N$.
# Algorithme de recherche
* Retourner le nœud si la clé est trouvée dans l'arbre.
```python
arbre recherche(clé, arbre)
tante_que est_non_vide(arbre)
si clé < clé(arbre)
arbre = gauche(arbre)
sinon si clé > clé(arbre)
arbre = droite(arbre)
sinon
retourne arbre
retourne NULL
```
# Algorithme de recherche, implémentation (live)
\footnotesize
. . .
```C
typedef int key_t;
typedef struct _node {
key_t key;
struct _node* left;
struct _node* right;
} node;
typedef node* tree_t;
tree_t search(key_t key, tree_t tree) {
tree_t current = tree;
while (NULL != current) {
if (current->key > X) {
current = current->gauche;
} else if (current->key < X){
current = current->droite;
} else {
return current;
}
}
return NULL;
}
```
# Exercice (5-10min)
Écrire le code de la fonction
```C
int tree_size(tree_t tree);
```
qui retourne le nombre total de nœuds d'un arbre et poster le résultat sur
matrix.
Indication: la taille, est 1 + le nombre de nœuds du sous-arbre de gauche
additionné au nombre de nœuds dans le sous-arbre de droite.
. . .
```C
int arbre_size(tree_t tree) {
if (NULL == tree) {
return 0;
} else {
return 1 + tree_size(tree->left)
+ tree_size(tree->right);
}
}
```
# L'insertion dans un arbre binaire
* C'est bien joli de pouvoir faire des parcours, recherches, mais si on peut
pas construire l'arbre....
## Pour un arbre lexicographique
* Rechercher la position dans l'arbre où insérer.
* Créer un nœud avec la clé et le rattacher à l'arbre.
# Exemple d'insertions
* Clés uniques pour simplifier.
* Insertion de 5, 15, 10, 25, 2, -5, 12, 14, 11.
* Rappel:
* Plus petit que la clé courante => gauche,
* Plus grand que la clé courante => droite.
* Faisons le dessins ensemble
```
```
## Exercice (3min, puis matrix)
* Dessiner l'arbre en insérant 20, 30, 60, 40, 10, 15, 25, -5
# Pseudo-code d'insertion (1/2)
* Deux parties:
* Recherche le parent où se passe l'insertion.
* Ajout du fils dans l'arbre.
## Recherche du parent
```
arbre position(arbre, clé)
si est_non_vide(arbre)
si clé < clé(arbre)
suivant = gauche(arbre)
sinon
suivant = droite(arbre)
tant que clé(arbre) != clé && est_non_vide(suivant)
arbre = suivant
si clé < clé(arbre)
suivant = gauche(arbre)
sinon
suivant = droite(arbre)
retourne arbre
```
# Pseudo-code d'insertion (2/2)
* Deux parties:
* Recherche de la position.
* Ajout dans l'arbre.
## Ajout du fils
```
ajout(arbre, clé)
si est_vide(arbre)
arbre = nœud(clé)
sinon
si clé < clé(arbre)
gauche(arbre) = nœud(clé)
sinon si clé > clé(arbre)
droite(arbre) = nœud(clé)
sinon
retourne
```
# Code d'insertion en C (1/2)
## Recherche du parent (ensemble)
. . .
```C
tree_t position(tree_t tree, key_t key) {
tree_t current = tree;
if (NULL != current) {
tree_t subtree = key > current->key ? current->right :
current->left;
while (key != current->key && NULL != subtree) {
current = subtree;
subtree = key > current->key ? current->right :
current->left;
}
}
return current;
}
```
[^1]: Copyright cours de mathématiques pendant trop d'années.
slides/cours_16.md
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---
title: "Introduction aux algorithmes"
date: "2022-10-05"
patat:
eval:
tai:
command: fish
fragment: false
replace: true
ccc:
command: fish
fragment: false
replace: true
images:
backend: auto
title: "Introduction aux algorithmes III"
date: "2024-09-30"
---
# Rappel (1/2)
......@@ -23,7 +11,6 @@ patat:
* L'algorithme de la factorielle.
* L'algorithme du PPCM.
* Le début de l'algorithme du PGCD.
# Rappel (2/2)
......@@ -158,16 +145,15 @@ Par groupe de 3 (5-10min):
## Pseudo-code
```C
entier pgcd(m, n) {
entier pgcd(m, n)
tmp_n = n
tmp_m = m
tant que (tmp_m ne divise pas tmp_n) {
tant que (tmp_m ne divise pas tmp_n)
tmp = tmp_n
tmp_n = tmp_m
tmp_m = tmp modulo tmp_m
}
retourne tmp_m
}
```
# Le code du PGCD de 2 nombres
......@@ -200,7 +186,7 @@ void main() {
* Remplissage d'un tableau et recherche de la valeur minimal
* Anagrammes
* Palindromes
* Crible d'ératosthène
* Crible d’Ératosthène
. . .
......@@ -211,7 +197,7 @@ void main() {
\footnotesize
* Objets de même type: leur nombre est **connu à la compilation**;
* Stockés contigüement en mémoire (très efficace);
* Stockés de façon contiguë en mémoire (très efficace);
```C
#define SIZE 10
......@@ -235,8 +221,7 @@ void main() {
# Remarques
* Depuis `C99` possibilité d'avoir des tableaux dont la taille est *inconnue à
la compilation*;
* Depuis `C99` la taille peut être *inconnue à la compilation* (VLA);
```C
int size;
......@@ -273,6 +258,7 @@ for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {
tab[i] = rand() / (double)RAND_MAX * 10.0 - 5.0;
// tab[i] contient un double dans [-5;5]
}
int other_tab[4] = {0}; // pareil que {0, 0, 0, 0}
```
# Recherche du minimum dans un tableau (1/2)
......@@ -304,7 +290,7 @@ pour i de 1 à SIZE - 1
int index = 0;
float min = tab[0];
for (int i = 1; i < SIZE; ++i) {
if min > tab[i] {
if (min > tab[i]) {
min = tab[i];
index = i;
}
......@@ -322,18 +308,10 @@ Trier un tableau par ordre croissant.
```C
ind = 0
tant que (ind < SIZE-1)
Trouver le minimum du tableau, tab_min[ind:SIZE].
Trouver le minimum du tableau, tab_min = min([ind:SIZE]).
Échanger tab_min avec tab[ind]
ind += 1
```
# Tri par sélection (2/2)
## Implémentation par groupe de 3
* Initialiser aléatoirement un tableau de `double` de taille 10;
* Afficher le tableau;
* Trier par sélection le tableau;
* Afficher le résultat trié;
* Vérifier algorithmiquement que le résultat est bien trié.
slides/cours_4.md
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