• Uma estrutura de dados é um modo particular de armazenamento e organização de um conjunto de dados.


• Facilita e/ou acelera inserções, consultas, buscas, atualizações e deleções em um conjunto de informações.


• A estrutura propriamente dita não fornece a solução de um problema, mas sim o algoritmo que utiliza a estrutura.


• O uso da estrutura apropriada pode ser o determinante que uma solução atenda os limites de tempo do enuciado do problema.

• Para escolher a estrutura correta, deve-se conhecer as opções disponíveis e as suas característa.


• Nesta aula, serão apresentadas idéias básicas e as biblioteacas em C/C++, Java e Python das estruturas:
  • Array
  • Lista
  • Pilha
  • Fila
  • Dicionário
  • Conjunto

• Em estruturas lineares, os elementos da coleção são organizados em sequência.


• Cada elemento da coleção tem um índice, que varia entre $0$ e o $\# c - 1$, onde $\#c$ é o tamanho da coleção.


• As linguagens C/C++, Java e Python tem implementações nativas de estruturas lineares como Array, Lista, Pilha e Fila.

Arrays tem tamanho fixo, e podem ser usados quando o tamanho da entrada é definido no enunciado.

        
// declaração
int a[5];
int b* = new int[5];

// acesso aos elementos
int tmp = a[0];
// alteração de valores
b[3] = 5;
        
      

        
// declaração
int a[] = new int[5];

// acesso aos elementos
int tmp = a[0];
// alteração de valores
a[3] = 5;
        
      

Listas tem tamanho variável, e devem ser usadas quando o tamanho não é conhecido previamente.

C/C++ - STL <vector>:

          
// inclusão da biblioteca
#include <vector>
using namespace std;

// declaração
vector<int> a;

// inclusão de elementos
a.push_back(3);
a.push_back(2);

// acesso aos elementos
int tmp = a[0];
// alteração de valores
a[1] = 5;

// número de elementos
a.size();

// remoção do segundo elemento
a.erase(a.begin()+1);
// remoção dos três primeiros elementos
a.erase(a.begin(),a.begin()+3);
          
        

Listas tem tamanho variável, e devem ser usadas quando o tamanho não é conhecido previamente.

Java - ArrayList:

          
// inclusão da biblioteca
import java.util.*;

// declaração
ArrayList<Integer> a = new ArrayList<Integer>();

// inclusão de elementos
a.add(3);
a.add(2);

// acesso aos elementos
int tmp = a.get(0);
// alteração de valores
a.set(1, 5);

// número de elementos
a.size();

// remoção do segundo elemento
a.remove(1);
// remoção dos três primeiros elementos
a.removeRange(0,3);
          
        

Listas tem tamanho variável, e devem ser usados quando o tamanho não é conhecido previamente.

Python:

          
# declaração
a = []

# inclusão de elementos
a.append(3)
a.append(2)

# acesso aos elementos
int tmp = a[0]
# alteração de valores
a[1] = 5

# número de elementos
len(a)

# remoção do segundo elemento
del a[1]
# remoção dos três primeiros elementos
del a[0:3]
          
        

• Pilhas são estruturas de dados que permitem inserir (push) e remover (pop) elementos em um único extremo da coleção.


• São descritas pela sigla LIFO, "Last In, First Out", isto é, o último elemento inserido na pilha é o primeiro a ser removido.

• São muito úteis:
  • Para substituir chamadas recursivas.
  • Para auxiliar em buscas por profundidade.

Operações básicas para a manipulação de uma pilha.

C/C++ - STL <stack>:

          
// inclusão da biblioteca
#include <stack>
using namespace std;

// declaração
stack<int> a;

// inclusão de elementos
a.push(3);
a.push(2);

// acesso ao elemento do topo
int tmp = a.top();
// remoção do elemento do topo
a.pop();

// número de elementos
a.size();

// teste da pilha está vazia
a.empty();
          
        

Operações básicas para a manipulação de uma pilha.

Java - Stack:

          
// inclusão da biblioteca
import java.util.*;

// declaração
Stack<Integer> a = new Stack<Integer>();

// inclusão de elementos
a.push(3);
a.push(2);

// acesso ao elemento do topo
int tmp = a.peek();
// remoção do elemento do topo
a.pop();

// número de elementos
a.size();

// teste da pilha está vazia
a.empty();
          
        

O Python não tem uma implementação específica de pilha, mas seu comportamento pode ser simulado usando uma lista.

Python:

          
# declaração
a = []

# inclusão de elementos
a.append(3)
a.append(2)

# acesso ao elemento do topo
int tmp = a[-1]
# remoção do elemento do topo
a.pop()

# número de elementos
len(a)

# teste da pilha está vazia
len(a) == 0
not a
          
        

• Filas são estruturas de dados que permitem inserir (enqueue) e remover (dequeue) elementos em extremo diferentes da coleção.


• São descritas pela sigla FIFO, "First In, First Out" isto é, o primeiro elemento inserido na fila é o primeiro a ser removido.

• São muito úteis:
  • Para auxiliar em buscas em largura.

Operações básicas para a manipulação de uma fila.

C/C++ - STL <queue>:

          
// inclusão da biblioteca
#include <queue>
using namespace std;

// declaração
queue<int> a;

// inclusão de elementos
a.push_back(3);
a.push_back(2);

// acesso ao elemento da frente
int tmp = a.front();
// acesso ao elemento de trás
tmp = a.back();

// remoção do elemento da frente
a.pop_front();

// número de elementos
a.size();

// teste da fila está vazia
a.empty();
          
        

Operações básicas para a manipulação de uma fila.

Java - Queue:

          
// inclusão da biblioteca
import java.util.*;

// declaração
// apesar de parecer estranho, a linha a seguir está correta!
// a classe Queue é uma interface, implementada pela class LinkedList.
Queue<Integer> a = new LinkedList<Integer>();

// inclusão de elementos
a.add(3);
a.add(2);

// acesso ao elemento da frente
int tmp = a.element();
// remoção do elemento da frente
a.remove();

// número de elementos
a.size();

// teste da fila está vazia
a.empty();
          
        

O Python não tem uma implementação específica de fila, mas seu comportamento pode ser simulado usando a estrutura deque que permite inserção e remoção em ambos extremos.

Python - deque:

          
# declaração
a = deque([])

# inclusão de elementos
a.append(3)
a.append(2)

# acesso ao elemento da frente
int tmp = a[-1]
# remoção do elemento da frente
a.popleft()

# número de elementos
len(a)

# teste da pilha está vazia
len(a) == 0
not a
          
        

Leitura:

• Capítulo 2, Seções 2.1 e 2.2 do livro texto Competitive Programming 1 Halim, S. e Halim, F.

Exercícios:

• Lista de exercícios de problemas Estruturas lineares.