# Отчёт по лабораторной работе «Структуры данных» ## Цель работы Реализовать три структуры данных (связный список, хеш-таблицу, двоичное дерево поиска) «с нуля» и экспериментально сравнить их производительность на операциях вставки, поиска и удаления записей телефонного справочника. ## Реализованные структуры - **Связный список (LinkedList)** – элементы хранятся в узлах со ссылкой на следующий. - **Хеш-таблица (HashTable)** – массив корзин фиксированного размера (997), каждая корзина – связный список. - **Двоичное дерево поиска (BST)** – узлы содержат ключ (имя) и ссылки на левое/правое поддеревья. Все операции реализованы вручную без использования классов. ## Методика эксперимента - **Объём данных**: N = 10 000 записей вида `User_XXXXX` → случайный телефон. - **Режимы ввода**: случайный порядок и отсортированный по имени. - **Действия**: 1. Вставка всех записей. 2. Поиск 100 существующих + 10 несуществующих имён. 3. Удаление 50 случайных записей. - **Повторения**: каждый эксперимент выполнен 5 раз, зафиксировано время (`time.perf_counter`). - **Сбор результатов**: усреднение по 5 повторениям. ## Результаты измерений ### Среднее время операций (секунды) | Структура | Режим | Вставка | Поиск | Удаление | |-------------|-------------|----------|----------|----------| | LinkedList | случайный | 4.0979 | 0.0278 | 0.0134 | | LinkedList | отсортир. | 3.8044 | 0.0251 | 0.0110 | | HashTable | случайный | 0.0101 | 0.000080 | 0.000044 | | HashTable | отсортир. | 0.0098 | 0.000078 | 0.000037 | | BST | случайный | 0.0229 | 0.000191 | 0.000113 | | BST | отсортир. | 9.1518 | 0.0824 | 0.0506 | *Полные замеры всех 5 повторений сохранены в `experiment_results.csv`.* ### График сравнения ![Сравнение производительности](performance_comparison.png) ## Анализ результатов ### Влияние порядка данных на BST При вставке отсортированных данных BST вырождается в линейный список (высота ≈ N). Время вставки возрастает с **0.023 с** (случайный) до **9.15 с** (отсортированный) – деградация в **~400 раз**. Поиск и удаление замедляются аналогично. ### Устойчивость хеш-таблицы Хеш-функция равномерно распределяет ключи независимо от порядка. Время вставки в случайном (0.0101 с) и отсортированном (0.0098 с) режимах практически одинаково, как и поиск (~0.00008 с). ### Медлительность связного списка Поиск (O(n)) на 10 000 элементов занимает ~0.027 с, что на два порядка медленнее хеш-таблицы. Вставка в конец также требует прохода по всему списку (~4 с). ### Удаление Наиболее эффективно в хеш-таблице (≈0.00004 с). В BST на случайных данных удаление быстрое (0.00011 с), но на отсортированных деградирует до 0.05 с. В списке удаление (0.013 с) сравнимо с поиском. ## Выводы и рекомендации 1. **Хеш-таблица** – оптимальный выбор для задач, где нужен быстрый доступ по ключу, а порядок данных не важен. 2. **Двоичное дерево поиска** – подходит, если требуется получать записи в отсортированном порядке **и** данные поступают в случайном порядке. При отсортированных входных данных необходима балансировка (AVL, красно-чёрное дерево). 3. **Связный список** – неэффективен для больших объёмов; может применяться только в учебных целях или при очень маленьких коллекциях. В реальных проектах для справочников и словарей следует выбирать хеш-таблицы или сбалансированные деревья в зависимости от необходимости упорядоченного вывода.