基礎資料結構

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基礎資料結構

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大綱 Outline

本次課程將會介紹三種資料結構：

vector 向量
stack 堆疊
queue 隊列

Vector

動態陣列

什麼是「陣列」
陣列的使用要點
陣列相關內建函式
陣列的缺點

Quick Review

Vector 是什麼？

\vec{g}

Vector 是什麼？

\vec{g}

Vector 是什麼？

\vec{g}

[\ \ \ ]

a\\b

Vector 是什麼？

\vec{g}

[\ \ \ ]

a\\b

如何在程式中使用 vector

#include <vector>
#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> yourVector = {1, 2, 3};
    
    yourVector[2] = 4;
    
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        cout << yourVector[i] << ' ';
    }
}

# PRESENTING CODE

看起來和傳統陣列差不多？

#include <vector>
#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> a{1, 2, 3};
    for (int i = 0; i < a.size(); i++) {
    	cout << a[i] << ' ';
    }
    cout << '\n';
    
    
    vector<char> c{'A', 'C'};
    
    for (int i = c.size() - 1; i >= 0; i--) {
    	cout << c[i] + 2 << ' ';
    }
    cout << '\n';
    
    
    
    vector<long long> zeros(100, 0);
    
    cout << zeros.size() << '\n';
    
    
    
    
}

# PRESENTING CODE

各種宣告和修改

#include <vector>
#include <iostream>

#define print(v) for (int &n: v) cout << n << " \n"[&n == &v.back()]
#define line(x) cout << #x << ":\n"

using namespace std;

int main() {
    line("Initialize with ()");
    vector<int> v1(5, 6);
    print(v1);
    
    line("Resize to a bigger size");
    v1.resize(7);
    print(v1);

    line("Resize to a smaller size");
    v1.resize(2);
    print(v1);
    
    line("Resize with default value");
    v1.resize(4, 3);
    print(v1);
    
    line("Add an element to the end");
    v1.push_back(2);
    print(v1);
    
    line("Add an element to the end(powerful, yet unsafe)");
    v1.emplace_back(2);
    print(v1);
    
    line("Remove the last element");
    v1.pop_back();
    print(v1);

    while (!v1.empty()) {
        v1.pop_back();
        print(v1);
    }
    
    v1.resize(10, 2);
    for (int i = 1; i < v1.size(); i++) {
        v1[i] *= v1[i - 1];
        print(v1);
    }
}

# PRESENTING CODE

內建排序

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

int main() {
    int arr[30];
    vector<int> v;
    for (int i = 0; i < 30; i++) {
        int temp = rand() % 5 + 1;

        v.push_back(temp);
        arr[i] = temp;

        cout << temp << ' ';
    }
    cout << '\n';
    
    sort(arr, arr + 30);
    sort(v.begin(), v.end());

    for (int i = 0; i < 30; i++) {
        cout << arr[i] << ' ';
    }
    cout << '\n';
    for (int i = 0; i < 30; i++) {
        cout << v[i] << ' ';
    }
    cout << '\n';
    for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it < v.end(); it++) {
        cout << *it << ' ';
    }
    cout << '\n';
}

# PRESENTING CODE

其他函式

v[index] = number;
v.at(index) = number;

v[0] = number;
v.front() = number;

v[v.size() - 1] = number;
v.back() = number;

v.insert(it, number);
v.insert(it, count, number);

v.erase(it);
v.erase(it_start, it_end);

# PRESENTING CODE

複雜度\ O(n)\ 非常不好

Stack

堆疊

堆疊是什麼

像是一疊盤子
最晚放上去的會最早拿起來
FILO & LIFO
無法隨機存取

堆疊

Stack 語法

#include <iostream>
#include <stack>

using namespace std;

int main() {
    stack<int> myStack;
    
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
    	myStack.push(rand() % 10);
    }
    
    cout << "size: " << myStack.size() << '\n';
    
    while (!myStack.empty()) {
    	cout << "top: " << myStack.top() << '\n';
        myStack.pop();
    }
}

# PRESENTING CODE

好像不太對？

仔細想想剛剛講了什麼

哈哈是我啦

仔細想想剛剛講了什麼
stack 不能被隨機存取
從後面放進去
從後面拿出來
這不就是 vector 的弱化版嗎

結論

stack 其實沒什麼用特別的用處
有類似結構都可以用 vector 處理
只比 vector 快一點點，真的超時可以試試看
但是stack 可以讓人比較容易看懂你想幹嘛

Queue

隊列

什麼是隊列

像是一個排隊隊伍
最早進去的會最早出來
FIFO & LILO
無法隨機存取

Queue

Queue 語法

#include <iostream>
#include <queue>

using namespace std;

int main() {
    queue<int> myQueue;
    
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
    	myQueue.push(rand() % 10);
    }
    
    cout << "size: " << myQueue.size() << '\n';
    
    while (!myQueue.empty()) {
    	cout << "front: " << myQueue.top() << '\n';
        myQueue.pop();
    }
}

# PRESENTING CODE

Queue 的內部

有兩種作法：

循環陣列
指標

由於你們學過指標了，我們就來看看吧

利用指標實作佇列

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

struct NodeOfQueue {
    NodeOfQueue *next = nullptr;

    int value;

    NodeOfQueue(int valueToPutIn): value(valueToPutIn) {}
};

class MyIntQueue {
private:
    NodeOfQueue *firstElement;
    NodeOfQueue *lastElement;
    unsigned int sizeOfQueue = 0;

public:
    unsigned int size() {
        return sizeOfQueue;
    }

    bool empty() {
        return (sizeOfQueue == 0);
    }

    int front() {
        return firstElement->value;
    }

    void push(int valueToBePushed) {
        NodeOfQueue *newNode = new NodeOfQueue(valueToBePushed);
        sizeOfQueue++;

        if (this->size() == 1) {
            firstElement = lastElement = newNode;
            return;
        }

        lastElement->next = newNode;
        lastElement = newNode;
    }

    void pop() {
        if (this->sizeOfQueue == 0) {
            return;
        }

        sizeOfQueue--;
        if (this->sizeOfQueue == 0) {
            firstElement = lastElement = nullptr;
            return;
        }

        NodeOfQueue *newFirst = firstElement->next;
        delete firstElement;
        firstElement = newFirst;
    }
};


int main() {
    
}

# PRESENTING CODE

# Fuck This

打那麼多誰看得完

你剛剛是不是發現你被騙了

這根本不只有指標

物件

我剛剛是被騙來上物件導向課程了嗎？

物件可以幹嘛

讓程式更好看懂
讓程式更難看懂

排版的重要性

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    int a, b;
    cin >> a >> b;

    int counter = 0;
    while (a != b) {
        ((a > b) ? a : b) >>= 1;
        ++counter;
    }
    cout << counter << '\n';
}

// vs

#include <iostream>

using namespace std;signed main(){int a,b,counter;cin>>a>>b;counter=0;while(a!=b){((a>b)?a:b)>>=1;++counter;}
   cout<<counte<<'\n';}

# PRESENTING CODE

如何排版？

可是內建的很醜欸

全世界的工程師都是這樣排版的
其實可以調設定
重要的是好看懂

簡易物件 Struct

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

struct Person {
    Person *parent[2];
    vector<Person*> child;
    int age;
    string name;
    int eatenLoavesOfBread = 0;

    Person(int value, string nameOfPerson): age(value), name(nameOfPerson) {}
    
    void printInfo() {
    	cout << "Kono " << name << " da!\n";
        cout << "Age: " << age << '\n';
    }

    void eatBread(int amount) {
        eatenLoavesOfBread += amount;
    }
};

int main() {
    Person Vampire = Person(155, (string)"Dio");
    Vampire.parent[0] = new Person(420, (string)"LoliTerrorist");

    Person electricGod = *Vampire.parent[0];
    
    cout << (*Vampire.parent[0]).name << '\n';
    cout << Vampire.parent[0]->name << '\n';
    Vampire.printInfo();
    Vampire.parent[0]->printInfo();

    cout << electricGod.name << " has eaten " << electricGod.eatenLoavesOfBread << " loaves of bread\n";
    electricGod.eatBread(10);
    cout << electricGod.name << " has eaten " << electricGod.eatenLoavesOfBread << " loaves of bread\n";
}

# PRESENTING CODE

不簡易物件 Class

# PRESENTING CODE

其實只多了存取標籤

private
public
friend

回來看實作吧

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

struct Coords {
    int x, y;
};

struct NodeOfQueue {
    NodeOfQueue *next = nullptr;

    int value;

    NodeOfQueue(int valueToPutIn): value(valueToPutIn) {}
};

class MyIntQueue {
private:
    NodeOfQueue *firstElement;
    NodeOfQueue *lastElement;
    unsigned int sizeOfQueue = 0;

public:
    unsigned int size() {
        return sizeOfQueue;
    }

    bool empty() {
        return (sizeOfQueue == 0);
    }

    int& front() {
        return firstElement->value;
    }

    void push(int valueToBePushed) {
        NodeOfQueue *newNode = new NodeOfQueue(valueToBePushed);
        sizeOfQueue++;

        if (this->size() == 1) {
            firstElement = lastElement = newNode;
            return;
        }

        lastElement->next = newNode;
        lastElement = newNode;
    }

    void pop() {
        if (this->sizeOfQueue == 0) {
            return;
        }

        sizeOfQueue--;
        if (this->sizeOfQueue == 0) {
            firstElement = lastElement = nullptr;
            return;
        }

        NodeOfQueue *newFirst = firstElement->next;
        delete firstElement;
        firstElement = newFirst;
    }
};


int main() {
    MyIntQueue seatPriority;
    vector<bool> chosen(30, false);
    vector<Coords> seat(30);

    bool taken[5][6] = {0};

    for (int i = 0; i < 30; i++) {
        int current = rand() % 30;
        while (chosen[current]) {
            current = rand() % 30;
        }
        seatPriority.push(current);
    }

    while (!seatPriority.empty()) {
        cout << seatPriority.front() + 1 << " to choose!\n";
        int &now = seatPriority.front();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            for (int j = 0; j < 6; j++) {
                cout << taken[i][j];
            }
            cout << '\n';
        }

        do {
            cin >> seat[now].x >> seat[now].y;
        } while (taken[--seat[now].x][--seat[now].y]);
        taken[seat[now].x][seat[now].y] = true;

        seatPriority.pop();
    }
}

# PRESENTING CODE

總結

剛剛到底上了什麼？

Vector

加強版陣列
能夠做原版的所有事

Stack

弱化版 vector
能夠輕易地理解

Queue

排隊機
處理需要照順序的問題

感謝聆聽

好耶

練習時間

現場講題目給同學練習三種資料結構的應用

報告結束

謝謝收看

基礎資料結構（vector, stack, queue）

By BrineTaiwan

基礎資料結構（vector, stack, queue）

第一次做資訊簡報 ><

BrineTaiwan

歡迎來教我我想變電神

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Vector 是什麼？

Vector 是什麼？

Vector 是什麼？

Vector 是什麼？

如何在程式中使用 vector

看起來和傳統陣列差不多？

各種宣告和修改

內建排序

其他函式

Stack

堆疊是什麼

堆疊

Stack 語法

好像不太對？

哈哈是我啦

結論

Queue

什麼是隊列

Queue

Queue 語法

Queue 的內部

利用指標實作佇列

打那麼多誰看得完

物件

物件可以幹嘛

排版的重要性

如何排版？

簡易物件 Struct

不簡易物件 Class

回來看實作吧

總結

感謝聆聽

練習時間

報告結束

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