Программирование на языке С - Сжатое и индексное хранение линейных списков

2.1.6. Сжатое и индексное хранение линейных списков

При хранении больших объемов информации в форме линейных списков нежелательно хранить элементы с одинаковым значением, поэтому используют различные методы сжатия списков.

Сжатое хранение. Пусть в списке B= несколько элементов имеют одинаковое значение V, а список B'= получается из B заменой каждого элемента Ki на пару Ki'=(i,Ki). Пусть далее B"= - подсписок B', получающийся вычеркиванием всех пар Ki=(i,V). Сжатым хранением В является метод хранения В", в котором элементы со значением V умалчиваются. Различают последовательное сжатое хранение и связанное сжатое хранение. Например, для списка B=, содержащего несколько узлов со значением Х, последовательное сжатое и связанное сжатое хранения, с умалчиванием элементов со значением Х, представлены на рис.22.

  1,C  

  3,Y  

  6,S  

  7,H  

  9,T  

Достоинство сжатого хранения списка при большом числе элементов со значением V заключается в возможности уменьшения объема памяти для его хранения.

Поиск i-го элемента в связанном сжатом хранении осуществляется методом полного просмотра, при последовательном хранении - методом бинарного поиска.

Преимущества и недостатки последовательного сжатого и связанного сжатого хранений аналогичны преимуществам и недостаткам последовательного и связанного хранений.

Рассмотрим следующую задачу. На входе заданы две последовательности целых чисел M=, N=, причем 92% элементов последовательности М равны нулю. Составить программу для вычисления суммы произведений Mi * Ni, i=1,2,...,10000.

Предположим, что список М хранится последовательно сжато в массиве структур m с объявлением:

     struct
     { int nm;
       float val; }   m[10000];

Для определения конца списка добавим еще один элемент с порядковым номером m[j].nm=10001, который называется стоппером (stopper) и располагается за последним элементом сжатого хранения списка в массиве m.

Программа для нахождения искомой суммы имеет вид:

   # include 
   main()
   { int i,j=0;
     float inp,sum=0;
     struct                           /* объявление  массива  */
     { int nm;                        /* структур             */
       float val;  }   m[10000];

     for(i=0;i<10000;i++) /* чтение списка M */ { scanf("%f",&inp); if (inp!="0)" { m[j].nm="i;" m[j++].val="inp;" } } 

m[j].nm="10001;"

 /* stopper */ for(i="0,j=0;" i<10000; i++) { scanf("%f",&inp); /* чтение списка N */ if(i="=m[j].nm)" 

/* вычисление суммы */ sum+="m[j++].val*inp;" } 

printf( "сумма произведений Mi*Ni равна %f",sum); } 

Индексное хранение используется для уменьшения времени поиска нужного элемента в списке и заключается в следующем. Исходный список B = разбивается на несколько подсписков В1,В2, ...,Вm таким образом, что каждый элемент списка В попадает только в один из подсписков, и дополнительно используется индексный список с М элементами, указывающими на начало списков В1,В2, ...,Вm.

Считается, что список хранится индексно с помощью подсписков B1,B2, ...,Bm и индексного спискa X = , где ADGj - адрес начала подсписка Bj, j=1,M.

При индексном хранении элемент К подсписка Bj имеет индекс j. Для получения индексного хранения исходный список В часто преобразуется в список В' путем включения в каждый узел еще и его порядкового номера в исходном списке В, а в j-ый элемент индексного списка Х, кроме ADGj, может включаться некоторая дополнительная информация о подсписке Bj. Разбиение списка В на подсписки осуществляется так, чтобы все элементы В, обладающие определенным свойством Рj, попадали в один подсписок Bj.

Достоинством индексного хранения является то, что для нахождения элемента К с заданным свойством Pj достаточно просмотреть только элементы подсписка Bj; его начало находится по индексному списку Х, так как для любого К, принадлежащего Bi, при i не равном j свойство Pj не выполняется.

В разбиении В часто используется индексная функция G(K), вычисляющая по элементу К его индекс j, т.е. G(K)=j. Функция G обычно зависит от позиции К, обозначаемой поз.K, в подсписке В или от значения определенной части компоненты К - ее ключа.

Рассмотрим список B= с элементами

  К1=(17,Y),   K2=(23,H),    K3=(60,I),   K4=(90,S),    K5=(66,T),
  K6=(77,T),   K7=(50,U),    K8=(88,W),   K9=(30,S).

Если для разбиения этого списка на подсписки в качестве индексной функции взять Ga(K)=1+(поз.K-1)/3, то список разделится на три подсписка:

           B1a=<(17,Y),(23,H),(60,I)>,
           B2a=<(90,S),(66,T),(77,T)>,
           B3a=<(50,U),(88,W),(30,S)>.

Добавляя всюду еще и начальную позицию элемента в списке, получаем:

           B1a'=<(1,17,Y),(2,23,H),(3,60,I)>,
           B2a'=<(4,90,S),(5,66,T),(6,77,T)>,
           B3a'=<(7,50,U),(8,88,W),(9,30,S)>.

Если в качестве индексной функции выбрать другую функцию Gb(K)=1+(поз.K-1)%3, то получим списки:

           B1b"=<(1,17,Y),(4,90,S),(7,50,U)>,
           B2b"=<(2,23,H),(5,66,T),(8,88,U)>,
           B3b"=<(3,60,I),(6,77,T),(9,30,S)>.

Теперь для нахождения узла K6 достаточно просмотреть только одну из трех последовательностей (списков). При использовании функции Ga(K) это список B2a', а при функции Gb(K) список B3b".

Для индексной функции Gc(K)=1+K1/100, где K1 - первая компонента элемента К, находим:

         B1=<(17,Y),(23,H),(60,I),(90,S)>,
         B2=<(66,T),(77,T)>,
         B3=<(50,U),(88,W)>,
         B4=<(30,S)>.

Чтобы найти здесь узел К с первым компонентом-ключом К1=77, достаточно просмотреть список B2.

При реализации индексного хранения применяется методика А для хранения индексного списка Х (функция Ga(X) ) и методика C для хранения подсписков B1,B2,...,Bm (функция Gc(Bi)), т.е. используется, так называемое, A-C индексное хранение.

В практике часто используется последовательно-связанное индексное хранение. Так как обычно длина списка индексов известна, то его удобно хранить последовательно, обеспечивая прямой доступ к любому элементу списка индексов. Подсписки B1,B2,...,Bm хранятся связанно, что упрощает вставку и удаление узлов(элементов). В частности, подобный метод хранения используется в ЕС ЭВМ для организации, так называемых, индексно-последовательных наборов данных, в которых доступ к отдельным записям возможен как последовательно, так и при помощи ключа.

Рассмотрим еще одну задачу. На входе задана последовательность целых положительных чисел, заканчивающаяся нулем. Составить процедуру для ввода этой последовательности и организации ее последовательно-связанного индексного хранения таким образом, чтобы числа, совпадающие в двух последних цифрах, помещались в один подсписок.

Выберем в качестве индексной функции G(K)=K%100+1, а в качестве индексного списка Х - массив из 100 элементов. Следующая функция решает поставленную задачу:

   #include 
   #include 
   typedef struct nd
           {  float val;
              struct nd *n; }   ND;
   int index (ND *x[100])
   {  ND *p;
      int i,j=0;
      float inp;
      for (i=0; i<100; i++) x[i]="NULL;" scanf("%d",&inp); while (inp!="0)" 

{ j++; p="malloc(sizeof(ND));" i="inp%100+1;" p->val=inp;
          p->n=x[i];
          x[i]=p;
          scanf("%d",&inp);
      }
      return j;
   }

Возвращаемым значением функции index будет число обработанных элементов списка.

Для индексного списка также может использоваться индексное хранение. Пусть, например, имеется список B= с элементами

   K1=(338,Z),  K2=(145,A),  K3=(136,H),  K4=(214,I),  K5 =(146,C),
   K6=(334,Y),  K7=(333,P),  K8=(127,G),  K9=(310,O),  K10=(322,X).