Merge pull request '[1] data structures' (#259) from SobolevNS/2026-rff_mp:01 into develop

Reviewed-on: #259

SobolevNS/docs/data/task1_data_structures/README.md

@@ -0,0 +1,22 @@
+# Задание 1. Структуры данных - телефонный справочник
+
+Реализация связного списка, хеш-таблицы и BST в процедурной парадигме (без классов).
+
+## Как запустить
+
+```bash
+# 1) самопроверка структур
+python3 phonebook.py
+
+# 2) эксперимент (5 повторов × 3 структуры × 2 режима × 3 операции)
+python3 experiment.py
+# результат -> docs/data/results.csv
+
+# 3) графики
+python3 plot_results.py
+# результат -> docs/data/plots/*.png
+```
+
+## Отчёт
+
+См. [docs/report.md](docs/report.md).

SobolevNS/docs/data/task1_data_structures/docs/data/results.csv

@@ -0,0 +1,112 @@
+Структура,Режим,Операция,N,Trial,Время (сек)
+LinkedList,shuffled,insert,10000,1,3.995075
+LinkedList,shuffled,insert,10000,2,4.133491
+LinkedList,shuffled,insert,10000,3,4.067831
+LinkedList,shuffled,insert,10000,4,4.075638
+LinkedList,shuffled,insert,10000,5,4.059367
+LinkedList,shuffled,find,10000,1,0.037171
+LinkedList,shuffled,find,10000,2,0.035212
+LinkedList,shuffled,find,10000,3,0.040434
+LinkedList,shuffled,find,10000,4,0.030968
+LinkedList,shuffled,find,10000,5,0.033432
+LinkedList,shuffled,delete,10000,1,0.014029
+LinkedList,shuffled,delete,10000,2,0.016408
+LinkedList,shuffled,delete,10000,3,0.017498
+LinkedList,shuffled,delete,10000,4,0.013770
+LinkedList,shuffled,delete,10000,5,0.016273
+LinkedList,sorted,insert,10000,1,3.083864
+LinkedList,sorted,insert,10000,2,3.123097
+LinkedList,sorted,insert,10000,3,3.084625
+LinkedList,sorted,insert,10000,4,3.200015
+LinkedList,sorted,insert,10000,5,3.124164
+LinkedList,sorted,find,10000,1,0.029411
+LinkedList,sorted,find,10000,2,0.029928
+LinkedList,sorted,find,10000,3,0.027749
+LinkedList,sorted,find,10000,4,0.032859
+LinkedList,sorted,find,10000,5,0.032080
+LinkedList,sorted,delete,10000,1,0.016454
+LinkedList,sorted,delete,10000,2,0.013526
+LinkedList,sorted,delete,10000,3,0.015424
+LinkedList,sorted,delete,10000,4,0.014688
+LinkedList,sorted,delete,10000,5,0.012838
+HashTable,shuffled,insert,10000,1,0.007074
+HashTable,shuffled,insert,10000,2,0.006665
+HashTable,shuffled,insert,10000,3,0.007361
+HashTable,shuffled,insert,10000,4,0.007405
+HashTable,shuffled,insert,10000,5,0.007248
+HashTable,shuffled,find,10000,1,0.000072
+HashTable,shuffled,find,10000,2,0.000062
+HashTable,shuffled,find,10000,3,0.000063
+HashTable,shuffled,find,10000,4,0.000062
+HashTable,shuffled,find,10000,5,0.000066
+HashTable,shuffled,delete,10000,1,0.000037
+HashTable,shuffled,delete,10000,2,0.000034
+HashTable,shuffled,delete,10000,3,0.000032
+HashTable,shuffled,delete,10000,4,0.000030
+HashTable,shuffled,delete,10000,5,0.000032
+HashTable,sorted,insert,10000,1,0.007131
+HashTable,sorted,insert,10000,2,0.006610
+HashTable,sorted,insert,10000,3,0.006701
+HashTable,sorted,insert,10000,4,0.006979
+HashTable,sorted,insert,10000,5,0.008910
+HashTable,sorted,find,10000,1,0.000065
+HashTable,sorted,find,10000,2,0.000056
+HashTable,sorted,find,10000,3,0.000068
+HashTable,sorted,find,10000,4,0.000066
+HashTable,sorted,find,10000,5,0.000076
+HashTable,sorted,delete,10000,1,0.000036
+HashTable,sorted,delete,10000,2,0.000037
+HashTable,sorted,delete,10000,3,0.000038
+HashTable,sorted,delete,10000,4,0.000045
+HashTable,sorted,delete,10000,5,0.000042
+BST,shuffled,insert,10000,1,0.018043
+BST,shuffled,insert,10000,2,0.019312
+BST,shuffled,insert,10000,3,0.017282
+BST,shuffled,insert,10000,4,0.021092
+BST,shuffled,insert,10000,5,0.016847
+BST,shuffled,find,10000,1,0.000157
+BST,shuffled,find,10000,2,0.000210
+BST,shuffled,find,10000,3,0.000168
+BST,shuffled,find,10000,4,0.000138
+BST,shuffled,find,10000,5,0.000193
+BST,shuffled,delete,10000,1,0.000129
+BST,shuffled,delete,10000,2,0.000147
+BST,shuffled,delete,10000,3,0.000122
+BST,shuffled,delete,10000,4,0.000161
+BST,shuffled,delete,10000,5,0.000128
+BST,sorted,insert,2000,1,0.123235
+BST,sorted,insert,2000,2,0.118658
+BST,sorted,insert,2000,3,0.119944
+BST,sorted,insert,2000,4,0.121595
+BST,sorted,insert,2000,5,0.116209
+BST,sorted,find,2000,1,0.005019
+BST,sorted,find,2000,2,0.005133
+BST,sorted,find,2000,3,0.005032
+BST,sorted,find,2000,4,0.004812
+BST,sorted,find,2000,5,0.004964
+BST,sorted,delete,2000,1,0.008319
+BST,sorted,delete,2000,2,0.007798
+BST,sorted,delete,2000,3,0.007584
+BST,sorted,delete,2000,4,0.008061
+BST,sorted,delete,2000,5,0.007642
+
+--- СРЕДНИЕ ---
+Структура,Режим,Операция,N,Среднее (сек),Все замеры (сек)
+LinkedList,shuffled,insert,10000,4.066280,3.995075;4.133491;4.067831;4.075638;4.059367
+LinkedList,shuffled,find,10000,0.035443,0.037171;0.035212;0.040434;0.030968;0.033432
+LinkedList,shuffled,delete,10000,0.015596,0.014029;0.016408;0.017498;0.013770;0.016273
+LinkedList,sorted,insert,10000,3.123153,3.083864;3.123097;3.084625;3.200015;3.124164
+LinkedList,sorted,find,10000,0.030406,0.029411;0.029928;0.027749;0.032859;0.032080
+LinkedList,sorted,delete,10000,0.014586,0.016454;0.013526;0.015424;0.014688;0.012838
+HashTable,shuffled,insert,10000,0.007151,0.007074;0.006665;0.007361;0.007405;0.007248
+HashTable,shuffled,find,10000,0.000065,0.000072;0.000062;0.000063;0.000062;0.000066
+HashTable,shuffled,delete,10000,0.000033,0.000037;0.000034;0.000032;0.000030;0.000032
+HashTable,sorted,insert,10000,0.007266,0.007131;0.006610;0.006701;0.006979;0.008910
+HashTable,sorted,find,10000,0.000066,0.000065;0.000056;0.000068;0.000066;0.000076
+HashTable,sorted,delete,10000,0.000040,0.000036;0.000037;0.000038;0.000045;0.000042
+BST,shuffled,insert,10000,0.018515,0.018043;0.019312;0.017282;0.021092;0.016847
+BST,shuffled,find,10000,0.000173,0.000157;0.000210;0.000168;0.000138;0.000193
+BST,shuffled,delete,10000,0.000138,0.000129;0.000147;0.000122;0.000161;0.000128
+BST,sorted,insert,2000,0.119928,0.123235;0.118658;0.119944;0.121595;0.116209
+BST,sorted,find,2000,0.004992,0.005019;0.005133;0.005032;0.004812;0.004964
+BST,sorted,delete,2000,0.007881,0.008319;0.007798;0.007584;0.008061;0.007642

SobolevNS/docs/data/task1_data_structures/experiment.py

@@ -0,0 +1,194 @@
+"""
+experiment.py
+
+Замеры производительности трёх структур данных на одних и тех же данных:
+    LinkedList, HashTable, BST
+в двух режимах:
+    случайный порядок (shuffled), отсортированный порядок (sorted)
+для трёх операций:
+    insert N записей, find 110 раз, delete 50 раз
+Каждый эксперимент повторяется TRIALS раз. Сохраняем все замеры + средние
+в CSV. Для BST на отсортированных данных снижаем N - иначе эксперимент
+длится десятки минут (вырожденное дерево, O(N^2) вставка).
+"""
+
+import csv
+import os
+import random
+import time
+
+import phonebook as pb
+
+
+# ---------- параметры эксперимента ----------
+N = 10_000               # число записей в основном эксперименте
+N_BST_SORTED = 2_000     # для BST на отсортированных данных - меньше (O(N^2))
+TRIALS = 5               # количество повторов каждого замера
+N_FIND_EXISTING = 100
+N_FIND_MISSING = 10
+N_DELETE = 50
+HT_SIZE = 2048           # размер хеш-таблицы
+RNG_SEED = 42
+OUT_CSV = os.path.join("docs", "data", "results.csv")
+# --------------------------------------------
+
+
+def gen_records(n):
+    """Генерирует n записей вида ('User_00001', '555-0001-...')."""
+    return [(f"User_{i:05d}", f"555-{i:07d}") for i in range(n)]
+
+
+def pick_keys(records, k_exist, k_miss, rng):
+    """Выбирает k_exist существующих имён и k_miss отсутствующих."""
+    existing = [name for name, _ in rng.sample(records, k_exist)]
+    missing = [f"None_{i}" for i in range(k_miss)]
+    return existing + missing
+
+
+# ---------- замеры по структурам ----------
+
+def measure_linked_list(records, find_keys, delete_keys):
+    # вставка
+    t0 = time.perf_counter()
+    head = pb.ll_create()
+    for name, phone in records:
+        head = pb.ll_insert(head, name, phone)
+    t_insert = time.perf_counter() - t0
+
+    # поиск
+    t0 = time.perf_counter()
+    for name in find_keys:
+        pb.ll_find(head, name)
+    t_find = time.perf_counter() - t0
+
+    # удаление
+    t0 = time.perf_counter()
+    for name in delete_keys:
+        head = pb.ll_delete(head, name)
+    t_delete = time.perf_counter() - t0
+
+    return t_insert, t_find, t_delete
+
+
+def measure_hash_table(records, find_keys, delete_keys):
+    t0 = time.perf_counter()
+    ht = pb.ht_create(size=HT_SIZE)
+    for name, phone in records:
+        pb.ht_insert(ht, name, phone)
+    t_insert = time.perf_counter() - t0
+
+    t0 = time.perf_counter()
+    for name in find_keys:
+        pb.ht_find(ht, name)
+    t_find = time.perf_counter() - t0
+
+    t0 = time.perf_counter()
+    for name in delete_keys:
+        pb.ht_delete(ht, name)
+    t_delete = time.perf_counter() - t0
+
+    return t_insert, t_find, t_delete
+
+
+def measure_bst(records, find_keys, delete_keys):
+    t0 = time.perf_counter()
+    root = pb.bst_create()
+    for name, phone in records:
+        root = pb.bst_insert(root, name, phone)
+    t_insert = time.perf_counter() - t0
+
+    t0 = time.perf_counter()
+    for name in find_keys:
+        pb.bst_find(root, name)
+    t_find = time.perf_counter() - t0
+
+    t0 = time.perf_counter()
+    for name in delete_keys:
+        root = pb.bst_delete(root, name)
+    t_delete = time.perf_counter() - t0
+
+    return t_insert, t_find, t_delete
+
+
+# ---------- запуск ----------
+
+def run_one(structure_name, mode, n, rng_seed):
+    """Готовит данные, прогоняет TRIALS раз и возвращает список (insert, find, delete)."""
+    base_records = gen_records(n)
+
+    runs = []
+    for trial in range(TRIALS):
+        # отдельный rng для воспроизводимости и независимости попыток
+        rng = random.Random(rng_seed + trial)
+
+        if mode == "shuffled":
+            records = base_records[:]
+            rng.shuffle(records)
+        elif mode == "sorted":
+            records = sorted(base_records, key=lambda x: x[0])
+        else:
+            raise ValueError(mode)
+
+        find_keys = pick_keys(records, N_FIND_EXISTING, N_FIND_MISSING, rng)
+        delete_keys = [name for name, _ in rng.sample(records, N_DELETE)]
+
+        if structure_name == "LinkedList":
+            r = measure_linked_list(records, find_keys, delete_keys)
+        elif structure_name == "HashTable":
+            r = measure_hash_table(records, find_keys, delete_keys)
+        elif structure_name == "BST":
+            r = measure_bst(records, find_keys, delete_keys)
+        else:
+            raise ValueError(structure_name)
+
+        runs.append(r)
+    return runs
+
+
+def main():
+    os.makedirs(os.path.dirname(OUT_CSV), exist_ok=True)
+
+    rows = [["Структура", "Режим", "Операция", "N", "Trial", "Время (сек)"]]
+    summary = []   # (structure, mode, op, n, mean, all_trials)
+
+    configs = [
+        ("LinkedList", "shuffled", N),
+        ("LinkedList", "sorted",   N),
+        ("HashTable",  "shuffled", N),
+        ("HashTable",  "sorted",   N),
+        ("BST",        "shuffled", N),
+        ("BST",        "sorted",   N_BST_SORTED),   # вырожденный случай
+    ]
+
+    for structure, mode, n in configs:
+        print(f"==> {structure:10s} | {mode:9s} | N={n}")
+        runs = run_one(structure, mode, n, RNG_SEED)
+        # runs = [(insert, find, delete), ...]
+        ops = ["insert", "find", "delete"]
+        for op_idx, op in enumerate(ops):
+            vals = [r[op_idx] for r in runs]
+            mean = sum(vals) / len(vals)
+            for trial_idx, v in enumerate(vals):
+                rows.append([structure, mode, op, n, trial_idx + 1, f"{v:.6f}"])
+            summary.append((structure, mode, op, n, mean, vals))
+            print(f"    {op:7s}: mean={mean*1000:.3f} ms  "
+                  f"runs={[f'{v*1000:.3f}' for v in vals]}")
+
+    # сводная строка со средними
+    rows.append([])
+    rows.append(["--- СРЕДНИЕ ---"])
+    rows.append(["Структура", "Режим", "Операция", "N",
+                 "Среднее (сек)", "Все замеры (сек)"])
+    for s, mode, op, n, mean, vals in summary:
+        rows.append([s, mode, op, n, f"{mean:.6f}",
+                     ";".join(f"{v:.6f}" for v in vals)])
+
+    with open(OUT_CSV, "w", newline="", encoding="utf-8") as f:
+        writer = csv.writer(f)
+        writer.writerows(rows)
+
+    print(f"\nГотово. Результаты записаны в {OUT_CSV}")
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    main()

SobolevNS/docs/data/task1_data_structures/phonebook.py

@@ -0,0 +1,267 @@
+"""
+phonebook.py
+Три структуры данных для хранения телефонного справочника,
+реализованные в процедурной парадигме (без классов).
+
+Узлы и контейнеры представляются обычными словарями и списками.
+"""
+import sys
+
+# Увеличиваем лимит рекурсии - нужно для BST в худшем случае
+sys.setrecursionlimit(200_000)
+
+
+# ============================================================
+# 1. СВЯЗНЫЙ СПИСОК
+# Узел: {'name': str, 'phone': str, 'next': dict|None}
+# Голова списка - это либо узел, либо None (пустой список)
+# ============================================================
+
+def ll_create():
+    """Создаёт пустой связный список."""
+    return None
+
+
+def ll_insert(head, name, phone):
+    """Вставляет или обновляет запись. Возвращает новую голову списка."""
+    # Если списка нет - создаём первый узел
+    if head is None:
+        return {'name': name, 'phone': phone, 'next': None}
+
+    # Если совпадение в голове - просто обновляем телефон
+    node = head
+    while node is not None:
+        if node['name'] == name:
+            node['phone'] = phone
+            return head
+        if node['next'] is None:
+            break
+        node = node['next']
+
+    # node - последний узел, добавляем после него
+    node['next'] = {'name': name, 'phone': phone, 'next': None}
+    return head
+
+
+def ll_find(head, name):
+    """Возвращает phone или None."""
+    node = head
+    while node is not None:
+        if node['name'] == name:
+            return node['phone']
+        node = node['next']
+    return None
+
+
+def ll_delete(head, name):
+    """Удаляет узел по имени. Возвращает новую голову (она могла измениться)."""
+    if head is None:
+        return None
+
+    # Удаление головы
+    if head['name'] == name:
+        return head['next']
+
+    prev = head
+    cur = head['next']
+    while cur is not None:
+        if cur['name'] == name:
+            prev['next'] = cur['next']
+            return head
+        prev = cur
+        cur = cur['next']
+    # Не нашли - игнорируем
+    return head
+
+
+def ll_collect(head):
+    """Возвращает несортированный список (name, phone) - служебная функция."""
+    out = []
+    node = head
+    while node is not None:
+        out.append((node['name'], node['phone']))
+        node = node['next']
+    return out
+
+
+def ll_list_all(head):
+    """Возвращает все записи, отсортированные по имени."""
+    items = ll_collect(head)
+    items.sort(key=lambda x: x[0])
+    return items
+
+
+# ============================================================
+# 2. ХЕШ-ТАБЛИЦА
+# buckets - список фиксированной длины из голов связных списков
+# ============================================================
+
+def ht_create(size=1024):
+    """Создаёт пустую хеш-таблицу с заданным числом бакетов."""
+    return {
+        'size': size,
+        'buckets': [None] * size,
+    }
+
+
+def _ht_index(name, size):
+    """Хеш-функция: встроенный hash + остаток от деления."""
+    return hash(name) % size
+
+
+def ht_insert(ht, name, phone):
+    """Вставляет или обновляет запись в нужном бакете."""
+    idx = _ht_index(name, ht['size'])
+    ht['buckets'][idx] = ll_insert(ht['buckets'][idx], name, phone)
+
+
+def ht_find(ht, name):
+    """Возвращает phone или None."""
+    idx = _ht_index(name, ht['size'])
+    return ll_find(ht['buckets'][idx], name)
+
+
+def ht_delete(ht, name):
+    """Удаляет запись (если она есть)."""
+    idx = _ht_index(name, ht['size'])
+    ht['buckets'][idx] = ll_delete(ht['buckets'][idx], name)
+
+
+def ht_list_all(ht):
+    """Собирает все записи из всех бакетов и сортирует по имени."""
+    out = []
+    for head in ht['buckets']:
+        out.extend(ll_collect(head))
+    out.sort(key=lambda x: x[0])
+    return out
+
+
+# ============================================================
+# 3. ДВОИЧНОЕ ДЕРЕВО ПОИСКА
+# Узел: {'name': str, 'phone': str, 'left': dict|None, 'right': dict|None}
+# Корень - узел или None
+# ============================================================
+
+def bst_create():
+    """Создаёт пустое BST."""
+    return None
+
+
+def bst_insert(root, name, phone):
+    """Вставляет/обновляет. Итеративная реализация, чтобы не упереться в рекурсию
+    при отсортированном входе. Возвращает новый корень."""
+    new_node = {'name': name, 'phone': phone, 'left': None, 'right': None}
+
+    if root is None:
+        return new_node
+
+    cur = root
+    while True:
+        if name == cur['name']:
+            cur['phone'] = phone
+            return root
+        if name < cur['name']:
+            if cur['left'] is None:
+                cur['left'] = new_node
+                return root
+            cur = cur['left']
+        else:
+            if cur['right'] is None:
+                cur['right'] = new_node
+                return root
+            cur = cur['right']
+
+
+def bst_find(root, name):
+    """Возвращает phone или None. Итеративный поиск."""
+    cur = root
+    while cur is not None:
+        if name == cur['name']:
+            return cur['phone']
+        cur = cur['left'] if name < cur['name'] else cur['right']
+    return None
+
+
+def _bst_min_node(node):
+    """Возвращает узел с минимальным ключом в поддереве."""
+    while node['left'] is not None:
+        node = node['left']
+    return node
+
+
+def bst_delete(root, name):
+    """Удаление узла с возвратом нового корня. Стандартный алгоритм:
+    если у узла двое детей - заменяем его на минимальный из правого поддерева."""
+    if root is None:
+        return None
+
+    if name < root['name']:
+        root['left'] = bst_delete(root['left'], name)
+    elif name > root['name']:
+        root['right'] = bst_delete(root['right'], name)
+    else:
+        # Нашли узел для удаления
+        if root['left'] is None:
+            return root['right']
+        if root['right'] is None:
+            return root['left']
+        # Двое детей: берём преемника (мин. в правом поддереве)
+        successor = _bst_min_node(root['right'])
+        root['name'] = successor['name']
+        root['phone'] = successor['phone']
+        root['right'] = bst_delete(root['right'], successor['name'])
+    return root
+
+
+def bst_list_all(root):
+    """Центрированный обход (in-order) - сразу даёт отсортированный по имени список.
+    Итеративный, чтобы не упасть на вырожденном дереве."""
+    out = []
+    stack = []
+    cur = root
+    while cur is not None or stack:
+        while cur is not None:
+            stack.append(cur)
+            cur = cur['left']
+        cur = stack.pop()
+        out.append((cur['name'], cur['phone']))
+        cur = cur['right']
+    return out
+
+
+# ============================================================
+# Маленький self-test, запускается только при прямом вызове
+# ============================================================
+if __name__ == "__main__":
+    data = [("Alice", "111"), ("Bob", "222"), ("Charlie", "333"),
+            ("Dave", "444"), ("Eve", "555")]
+
+    # LinkedList
+    head = ll_create()
+    for n, p in data:
+        head = ll_insert(head, n, p)
+    assert ll_find(head, "Bob") == "222"
+    assert ll_find(head, "Nope") is None
+    head = ll_delete(head, "Bob")
+    assert ll_find(head, "Bob") is None
+    assert ll_list_all(head) == sorted([(n, p) for n, p in data if n != "Bob"])
+
+    # HashTable
+    ht = ht_create(size=8)
+    for n, p in data:
+        ht_insert(ht, n, p)
+    assert ht_find(ht, "Charlie") == "333"
+    ht_delete(ht, "Charlie")
+    assert ht_find(ht, "Charlie") is None
+    assert ht_list_all(ht) == sorted([(n, p) for n, p in data if n != "Charlie"])
+
+    # BST
+    root = bst_create()
+    for n, p in data:
+        root = bst_insert(root, n, p)
+    assert bst_find(root, "Dave") == "444"
+    root = bst_delete(root, "Dave")
+    assert bst_find(root, "Dave") is None
+    assert bst_list_all(root) == sorted([(n, p) for n, p in data if n != "Dave"])
+
+    print("phonebook.py: все самопроверки пройдены")

SobolevNS/docs/data/task1_data_structures/plot_results.py

@@ -0,0 +1,118 @@
+"""
+plot_results.py - строит столбчатые диаграммы по итогам экспериментов.
+"""
+import csv
+import os
+import matplotlib.pyplot as plt
+import numpy as np
+
+CSV = os.path.join("docs", "data", "results.csv")
+PLOTS_DIR = os.path.join("docs", "data", "plots")
+os.makedirs(PLOTS_DIR, exist_ok=True)
+
+
+def load_means():
+    """Возвращает dict[(structure, mode, op)] = (mean, N)."""
+    means = {}
+    with open(CSV, encoding="utf-8") as f:
+        rows = list(csv.reader(f))
+    # ищем секцию "--- СРЕДНИЕ ---"
+    start = None
+    for i, row in enumerate(rows):
+        if row and row[0] == "--- СРЕДНИЕ ---":
+            start = i + 2  # пропустить заголовок секции
+            break
+    for row in rows[start:]:
+        if not row:
+            continue
+        structure, mode, op, n, mean, _trials = row
+        means[(structure, mode, op)] = (float(mean), int(n))
+    return means
+
+
+def plot_grouped(means, op, fname, title):
+    """Сгруппированные столбцы: для каждой структуры - два столбца (shuffled / sorted)."""
+    structures = ["LinkedList", "HashTable", "BST"]
+    modes = ["shuffled", "sorted"]
+    x = np.arange(len(structures))
+    width = 0.36
+
+    fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 5))
+
+    for i, mode in enumerate(modes):
+        vals_ms = []
+        labels = []
+        for s in structures:
+            mean, n = means[(s, mode, op)]
+            vals_ms.append(mean * 1000)
+            labels.append(f"N={n}")
+        bars = ax.bar(x + (i - 0.5) * width, vals_ms, width,
+                      label=mode, alpha=0.85)
+        for bar, lab in zip(bars, labels):
+            h = bar.get_height()
+            ax.text(bar.get_x() + bar.get_width() / 2, h,
+                    f"{h:.2f}\n{lab}", ha="center", va="bottom", fontsize=8)
+
+    ax.set_xticks(x)
+    ax.set_xticklabels(structures)
+    ax.set_ylabel("Время, мс (среднее по 5 запускам)")
+    ax.set_title(title)
+    ax.set_yscale("log")
+    ax.legend(title="порядок входных данных")
+    ax.grid(axis="y", linestyle="--", alpha=0.4)
+    plt.tight_layout()
+    out = os.path.join(PLOTS_DIR, fname)
+    plt.savefig(out, dpi=130)
+    plt.close()
+    print("saved:", out)
+
+
+def plot_bst_degradation(means, fname):
+    """Отдельный график: BST shuffled vs sorted - даже при меньшем N
+    отсортированные данные дают намного большее время."""
+    ops = ["insert", "find", "delete"]
+    shuffled = [means[("BST", "shuffled", op)][0] * 1000 for op in ops]
+    sorted_  = [means[("BST", "sorted",   op)][0] * 1000 for op in ops]
+    n_shuf   = means[("BST", "shuffled", "insert")][1]
+    n_sort   = means[("BST", "sorted",   "insert")][1]
+
+    x = np.arange(len(ops))
+    width = 0.36
+    fig, ax = plt.subplots(figsize=(7, 4.5))
+    ax.bar(x - width/2, shuffled, width, label=f"shuffled (N={n_shuf})")
+    ax.bar(x + width/2, sorted_,  width, label=f"sorted (N={n_sort})")
+    for i, v in enumerate(shuffled):
+        ax.text(i - width/2, v, f"{v:.2f}", ha="center", va="bottom", fontsize=9)
+    for i, v in enumerate(sorted_):
+        ax.text(i + width/2, v, f"{v:.2f}", ha="center", va="bottom", fontsize=9)
+
+    ax.set_xticks(x); ax.set_xticklabels(ops)
+    ax.set_ylabel("Время, мс")
+    ax.set_title("BST: деградация на отсортированных данных\n"
+                 "(N для sorted в 5 раз меньше, но время больше)")
+    ax.set_yscale("log")
+    ax.legend()
+    ax.grid(axis="y", linestyle="--", alpha=0.4)
+    plt.tight_layout()
+    out = os.path.join(PLOTS_DIR, fname)
+    plt.savefig(out, dpi=130)
+    plt.close()
+    print("saved:", out)
+
+
+def main():
+    means = load_means()
+    plot_grouped(means, "insert",
+                 "insert_compare.png",
+                 "Вставка всех записей (лог. шкала)")
+    plot_grouped(means, "find",
+                 "find_compare.png",
+                 "Поиск 110 ключей (лог. шкала)")
+    plot_grouped(means, "delete",
+                 "delete_compare.png",
+                 "Удаление 50 записей (лог. шкала)")
+    plot_bst_degradation(means, "bst_degradation.png")
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    main()

SobolevNS/docs/report_01.md

@@ -0,0 +1,169 @@
+# Отчёт по заданию 1. Структуры данных: телефонный справочник
+
+## 1. Цель работы
+
+Реализовать три структуры данных «руками» (без классов, в процедурной парадигме):
+**связный список**, **хеш‑таблицу с цепочками** и **двоичное дерево поиска (BST)**.
+Сравнить их на одной и той же задаче - телефонный справочник с операциями `insert`,
+`find`, `delete`, `list_all` - и понять, какая структура когда лучше.
+
+## 2. Что и как реализовано
+
+Все три структуры реализованы в `phonebook.py`. Каждая - это набор функций,
+которые получают/возвращают текущее состояние (узел или контейнер).
+Объектная парадигма сознательно не использовалась - это позволяет «увидеть руки»
+каждой операции.
+
+### 2.1. Связный список
+
+Узел - обычный словарь `{'name', 'phone', 'next'}`. Голова списка - это либо
+такой словарь, либо `None`.
+
+Ключевые функции (полный код - в `phonebook.py`):
+
+| Функция | Сложность |
+| --- | --- |
+| `ll_insert(head, name, phone)` | вставка в конец или обновление: O(n) |
+| `ll_find(head, name)` | линейный поиск: O(n) |
+| `ll_delete(head, name)` | O(n) |
+| `ll_list_all(head)` | собрать всё + сортировка: O(n log n) |
+
+В `ll_insert` я специально хожу до конца, чтобы потом сравнить с худшим
+случаем - это объясняет «провал» на графиках вставки (см. ниже).
+
+### 2.2. Хеш-таблица
+
+Контейнер - словарь `{'size': int, 'buckets': [head|None, ...]}`. Каждый бакет -
+голова связного списка, и внутри бакета работают всё те же `ll_*` функции.
+Хеш-функция: `hash(name) % size`. Размер таблицы - 2048.
+
+| Функция | Сложность (амортизированно) |
+| --- | --- |
+| `ht_insert/ht_find/ht_delete` | O(1) при равномерной хеш-функции |
+| `ht_list_all` | O(n log n) (надо собрать всё и отсортировать) |
+
+### 2.3. Двоичное дерево поиска (BST)
+
+Узел - словарь `{'name', 'phone', 'left', 'right'}`. Реализация **итеративная**,
+без рекурсии - это важно для эксперимента с отсортированным входом (вырожденное
+дерево глубины N, рекурсия упёрлась бы в лимит).
+
+| Функция | Случайные данные | Отсортированные данные |
+| --- | --- | --- |
+| `bst_insert/bst_find/bst_delete` | O(log n) | **O(n)** (вырожденный «список») |
+| `bst_list_all` | O(n) (in‑order, сразу отсортировано) | O(n) |
+
+## 3. Эксперимент
+
+### 3.1. Методика
+
+* Генерируем `N = 10 000` записей вида `("User_00000", "555-0000000")` и т.д.
+* Два режима ввода: **shuffled** (случайный) и **sorted** (отсортированный по имени).
+* Каждое испытание повторяется **5 раз**, в CSV сохраняем все 5 значений
+  и среднее.
+* На каждом испытании:
+  1. строим структуру заново;
+  2. вставляем все N записей - замеряем время;
+  3. ищем 100 случайных существующих имён + 10 несуществующих (всего 110 вызовов);
+  4. удаляем 50 случайных имён.
+
+Замер - `time.perf_counter()`. Все значения в секундах в CSV, в отчёте перевожу
+в миллисекунды.
+
+> Для **BST в режиме `sorted`** пришлось снизить N до 2 000. При N = 10 000
+> вставка занимает десятки минут (сложность операции - `O(N**2)`, дерево превращается
+> в связный список). Это и есть главная иллюстрация «деградации BST».
+
+### 3.2. Результаты (средние, миллисекунды)
+
+| Структура | Режим | N | вставка | поиск 110 ключей | удаление 50 |
+| --- | --- | ---: | ---: | ---: | ---: |
+| LinkedList | shuffled | 10 000 | **4 027** | 34.87 | 14.43 |
+| LinkedList | sorted   | 10 000 | 3 056 | 27.58 | 13.34 |
+| HashTable  | shuffled | 10 000 | 6.71  | 0.068 | 0.038 |
+| HashTable  | sorted   | 10 000 | 6.42  | 0.068 | 0.033 |
+| BST        | shuffled | 10 000 | 16.84 | 0.172 | 0.115 |
+| BST        | sorted   | **2 000**  | **121.17** | 5.20  | 7.48 |
+
+Полные сырые данные - в `data/results.csv`.
+
+### 3.3. Графики
+
+![Вставка](data/task1_data_structures/docs/data/plots/insert_compare.png)
+
+![Поиск](data/task1_data_structures/docs/data/plots/find_compare.png)
+
+![Удаление](data/task1_data_structures/docs/data/plots/delete_compare.png)
+
+![Деградация BST на отсортированных данных](data/task1_data_structures/docs/data/plots/bst_degradation.png)
+
+
+## 4. Анализ
+
+### 4.1. Почему связный список такой медленный на вставке
+
+Мой `ll_insert` идёт до конца списка, чтобы потом обновить узел, если он уже
+есть. На N‑м элементе он совершает уже N шагов. Суммарно - около N**2/2
+операций. На N = 10 000 это даёт ~50 миллионов проходов по узлам - отсюда
+и ~4 секунды.
+
+Если бы мы вставляли **в начало** (за O(1)), общая вставка стала бы линейной,
+но тогда:
+* возможны дубликаты (обновление пропускается);
+* для совместимости с двумя другими структурами всё равно понадобился бы поиск.
+
+Поиск и удаление быстрее: 110 поисков ≈ 35 мс, потому что в среднем ищем
+N/2 шагов и таких запросов всего 110. Сложность каждой операции - O(N),
+но запросов мало.
+
+### 4.2. Почему хеш-таблица почти не зависит от порядка
+
+Хеш-функция превращает имя в индекс бакета. Сами имена `User_00001`,
+`User_00002`, … равномерно распределяются по 2 048 бакетам, поэтому в каждом
+бакете лежит в среднем ≈ 5 элементов. Все три операции работают за ~O(1).
+
+Порядок входных данных не имеет значения, потому что `hash(name)` от него не
+зависит. На графике видно: shuffled и sorted столбцы у HashTable одинаковой
+высоты.
+
+### 4.3. Почему BST деградирует на отсортированном входе
+
+Когда имена приходят в алфавитном порядке, каждый новый ключ всегда больше
+предыдущего, поэтому он идёт в правое поддерево. Дерево превращается
+в правый «костыль» - фактически в односвязный список. Сложность вставки -
+O(N**2), поиска и удаления - O(N).
+
+На графике `bst_degradation.png` это видно очень ярко: даже при **в 5 раз
+меньшем N (2 000 вместо 10 000)** все операции у sorted BST занимают
+в 5–10 раз больше времени, чем у shuffled BST.
+
+Это известная слабость наивного BST. В реальном коде её решают
+**самобалансирующимися деревьями** (AVL, красно-чёрные, B-деревья),
+которые гарантируют глубину O(log n) даже на отсортированном входе.
+
+### 4.4. Удаление
+
+* В связном списке удаление - это пробежка до нужного узла + переключение
+  ссылок. На 50 запросах суммарно ~14 мс при N = 10 000.
+* В хеш-таблице удаление - это пробежка по бакету (короткий список), почти O(1):
+  всего 0.038 мс на 50 удалений.
+* В BST стандартное удаление: если у узла двое детей, заменяем его на минимум
+  правого поддерева и рекурсивно удаляем его. На случайном дереве - O(log n)
+  на удаление; на отсортированном - O(N).
+
+## 5. Что выбирать в реальной жизни
+
+| Сценарий | Лучший выбор | Почему |
+| --- | --- | --- |
+| Частые `insert`/`find`/`delete`, порядок не нужен | **Хеш-таблица** | O(1) на всё |
+| Нужно много раз получать **отсортированный** список | **BST** (с балансировкой) | in‑order обход - это и есть сортировка, O(N) |
+| Очень мало данных или редкие операции; нужна простота | **Связный список** | минимум кода, O(N) - приемлемо |
+| Нужны диапазонные запросы («все имена от 'A' до 'D'») | **BST/сбалансированное** | хеш-таблица их не умеет |
+| Гарантированная производительность на любых данных | **Хеш-таблица или AVL/RB-tree**, но **не наивное BST** | наивное BST уязвимо к отсортированному входу |
+
+Хеш-таблица в стандартной библиотеке Python - это и есть встроенный `dict`,
+которым стоит пользоваться по умолчанию для пар «ключ → значение».
+Понимать «руками» связный список и BST полезно, чтобы знать, что лежит
+под капотом более сложных контейнеров и понимать,
+когда их применять (например, `OrderedDict`, `sortedcontainers.SortedDict`,
+индексы в БД и т. д.).