e-olymp 6128. Простой дек

Задача. Простой дек

Условие задачи

Реализуйте структуру данных «дек«. Напишите программу, содержащую описание дека и моделирующую работу дека, реализовав все указанные здесь методы. Программа считывает последовательность команд и в зависимости от команды выполняет ту или иную операцию. После выполнения каждой команды программа должна вывести одну строчку. Возможные команды для программы:

push_front

Добавить (положить) в начало дека новый элемент. Программа должна вывести ok.

push_back

Добавить (положить) в конец дека новый элемент. Программа должна вывести ok.

pop_front

Извлечь из дека первый элемент. Программа должна вывести его значение.

pop_back

Извлечь из дека последний элемент. Программа должна вывести его значение.

front

Узнать значение первого элемента (не удаляя его). Программа должна вывести его значение.

back

Узнать значение последнего элемента (не удаляя его). Программа должна вывести его значение.

size

Вывести количество элементов в деке.

clear

Очистить дек (удалить из него все элементы) и вывести ok.

exit

Программа должна вывести bye и завершить работу.

Гарантируется, что количество элементов в деке в любой момент не превосходит 100. Все операции:

  • pop_front,
  • pop_back,
  • front,
  • back

всегда корректны.

Объяснение: Количество элементов во всех структурах данных не превышает 10000, если это не указано особо.

Входные данные

Описаны в условии. См. также пример входных данных.

Выходные данные

Описаны в условии. См. также пример выходных данных.

Также условие задачи можно посмотреть здесь.

Тестирование

Входные данные Выходные данные
1. push_back 3
push_front 14
size
clear
push_front 1
back
push_back 2
front
pop_back
size
pop_front
size
exit
ok
ok
2
ok
ok
1
ok
1
2
1
1
0
bye
2. push_front 5
pop_front
size
push_back 3
push_front 10
back
pop_back
size
clear
front
exit
ok
5
0
ok
ok
3
3
1
ok
-1
bye
3. push_front 1
push_back 12
back
front
size
pop_front
size
exit
ok
ok
12
1
2
1
1
bye

Реализация

Алгоритм решения

Реализуем двустороннюю очередь с помощью массива. Ввиду особенности структуры дека, необходимым является указание области, активной во время выполнения операций push_front, push_back, pop_front, pop_back, front и back. Это либо начало дека(переменная start), либо его конец(переменная end).
1. Перед выполнением операций push_front и push_back обязательной является проверка дека на заполненность и соответственно на пустоту. Таким образом, если размер дека равен максимально допустимому количеству элементов в структуре данных, программа выводит Full — ни одна из двух вышеупомянутых команд не выполняется. Аналогично, если размер дека равен нулю, увеличиваем его на единицу. Иначе: команды успешно выполняются с проверкой условий, представленных в коде программы. Программа выводит «ok».
2. Далее переходим к командам pop_front и pop_back. Здесь, как и в случае предыдущих операций, в первую очередь проверяем дек на пустоту. Если двусторонняя очередь не содержит элементов, то программа выводит -1. Важной также является проверка на равенство начала и конца дека, в этом случае нужно уменьшить размер структуры на единицу. Если дек содержит хотя бы один элемент, команды успешно выполняются и выводятся значения извлекаемых элементов.
3. Аналогично, перед выполнением команд front и back проверяем, содержит ли дек хотя бы один элемент. Если нет, выводится -1. Иначе: выводятся значения первого и последнего элемента соответственно.
4. Используем команду size, чтобы получить размер дека. Программа выводит количество элементов в деке.
5. Далее, с помощью команды clear удаляем из дека все элементы: присваиваем переменной _size(размер дека) и переменным start и end значение ноль. Программа выводит «ok».
6. Команда exit выводит «bye» — программа завершает работу.
Реализация вывода на экран всех требуемых значений происходит в теле функции main() с помощью строки s.

Для запроса на выполнение следует перейти по ссылке.

Ссылка на засчитанное решение на e-olymp.com.

e-olimp 6130. Дек неограниченного размера.

Задача:

Реализуйте структуру данных «дек«.  Напишите программу, содержащую описание дека и моделирующую работу дека, реализовав все указанные здесь методы. Программа считывает последовательность команд и в зависимости от команды выполняет ту или иную операцию. После выполнения каждой команды программа должна вывести одну строчку. Возможные команды для программы:

push_front

Добавить (положить) в начало дека новый элемент. Программа должна вывести ok.

push_back

Добавить (положить) в конец дека новый элемент. Программа должна вывести ok.

pop_front

Извлечь из дека первый элемент. Программа должна вывести его значение.

pop_back

Извлечь из дека последний элемент. Программа должна вывести его значение.

front

Узнать значение первого элемента (не удаляя его). Программа должна вывести его значение.

back

Узнать значение последнего элемента (не удаляя его). Программа должна вывести его значение.

size

Вывести количество элементов в деке.

clear

Очистить дек (удалить из него все элементы) и вывести ok.

exit

Программа должна вывести bye и завершить работу.

Размер дека должен быть ограничен только размером доступной оперативной памяти. Перед исполнением операций pop_frontpop_backfrontback программа должна проверять, содержится ли в деке хотя бы один элемент. Если во входных данных встречается операция pop_frontpop_backfrontback, и при этом дек пуст, то программа должна вместо числового значения вывести строку error.

Результат на C++

Результат на Java

Код на C++:

Код на Java:

 

Пояснение:

В этом варианте дек был реализован с помощью динамического массива. Так как добавление и  удаление элементов происходит как с начала, так и с конца массива пришлось зациклить ввод и вывод данных. Каждый раз при добавлении (удалении) элемента мы вычисляли новую позицию для указателей по модулю вместимости массива.

Трудности возникли тогда, когда количество элементов в деке сравнялось с вместимостью базового массива. В таком случае необходимо величить вместимость дека. Сделать это можно следующим образом. Нужно создать новый массив, перенести в него элементы старого массива, а после присвоить указателю на старый массив указатель на новый. После увеличения вместимости дека возник вопрос: Куда указывают указатели? Мы их не меняли, а значит они имеют прежние значения, что уже не актуально. Так как первый элемент в новом массиве находится на нулевой позиции, меняем значение указателя на первый элемент (front_) на нуль. Указатель на последний элемент (back_) теперь должен иметь значение равное, уменьшенному на единицу, количеству элементов. Осталось только изменить значение вместимости (capacity), у меня вместимость увеличивается вдвое.

Такая реализация является одной из самых простых. По сравнению с двусвязным списком, она приблизительно в три раза проигрывает в скорости выполнения. Но за счет того, что мы храним только один int на каждый элемент (вместо трех, которые были у списка), такая реализация использует заметно меньше памяти.

 

 

 

e-olimp 6130. Дек неограниченного размера (как список деков)

Вустянюк Ігор Дмитрович
Вустянюк Ігор Дмитрович

Latest posts by Вустянюк Ігор Дмитрович (see all)

Как пишет Википедия в статье Double-Ended Queue, есть три основных способа реализации двухсторонней очереди (она же — дек, дека и т.д.):

— хранить дек в циклическом буфере и расширять при переполнении (при таком подходе реже нужны расширения);

— хранить содержимое дека в массиве, начиная от его центра, и при переполнении расширять массив (например, создавать новый массив и копировать туда содержимое старого);

— хранить дек в виде многих малых массивов, добавляя новые массивы с того или другого конца при необходимости.

Здесь приведу свою реализацию третьим способом: малые деки хранятся в виде двусвязного списка и добавляются/удаляются в соответствующих ситуациях.; конструктор основного дека создаёт единственный малый дек, который заполняется от центра к краям.

Соответствующая задача на e-olimp: 6130  и зачтённое решение.

В этом блоге можно увидеть картинку, иллюстрирующую рассматриваемый метод, и краткое описание того, как можно снабдить дек индексированием, чтобы быстро получать доступ к элементу дека по его индексу (как в массиве).

 

О плюсах и минусах

Расширения нужно (в теории) производить чаще, чем при первом подходе, но зато не нужно полностью копировать содержимое дека при расширении.

Отмечу, что если хранить в узлах двусвязного списка не малые деки, а отдельные элементы, то тратится в три раза больше памяти, что должно быть чувствительно при необходимости хранить большое количество элементов в деке.

Основным преимуществом рассматриваемого подхода, по сравнению с двумя другими, я считаю как раз более эффективный расход памяти. Основной же недостаток, на мой взгляд, состоит в том, что при цепочке удалений-вставок, приводящей к постоянному переполнению/очищению одного из крайних малых деков, будут очень часто создаваться/удаляться малые деки, что может привести к бОльшим временным затратам, чем при реализации дека другими методами.

 

 

Стек, дек и очередь неограниченного размера

Задачи: Стек, Очередь и Дек

Решение:

Код для задачи на неограниченный стек:

Код для задачи на неограниченную очередь:

Код для задачи на неограниченный дек:

Засчитанные решения на сайте e-olimp: Стек, Очередь и Дек.

Идея решения: Каждый элемент в структуре должен хранить информацию о предыдущем и последующем. Для этого была организована структура Node. Для дека и очереди она одинаково реализована, а для стека можно было хранить только предыдущий элемент. Во всех 3х задачах была реализована требуемая структура данных.

Однако в каждой задаче требовалось возможность использования всей оперативной памяти под структуру. В моем решении каждый элемент занимает втрое больше памяти (я подозреваю) чем обычный int, а значит всю оперативную память под числа я использовать не смогу. Тогда можно использовать заранее созданный массив достаточно большого размера, чтобы занять всю выделенную память в 256 мб. Но это не будет считаться «неограниченным» размером. А если использовать ту же структуру с Node, но вместо одного элемента хранить массив? Тогда информацию о следующем и предыдущем массиве нужно так-же хранить, как и с отдельными элементами. Вроде бы меньше памяти будет тратится на хранение дополнительной информации, НО никто не может точно сказать, какого размера массивы должны быть. Если они будут слишком маленькие — большой выгоды такой способ не принесет. Если они будут слишком большими, то есть шанс, что мы не покроем большой кусок памяти, что тоже не очень хорошо.

Можно использовать динамически массив, но чтобы увеличить вместимость, нужно сначала выделить память под новый массив, потом скопировать туда всю информацию и удалить старый массив. Очевидно, что когда мы создаем массив, занимающий более половины оперативной памяти, то, для того, чтобы «расширить» массив, памяти уже будет не хватать.

Поэтому я реализовал всё без массивов (хотя вариант с маленькими массивами имеет место быть).