task1

BrychkinKA/docs/data/conclusion.txt

@@ -0,0 +1,71 @@
+Анализ результатов
+1. Влияние порядка входных данных на вставку в BST
+Эффективность двоичного дерева поиска сильно зависит от того, насколько оно сбалансировано.
+Когда записи поступают в случайном порядке, дерево получается относительно равномерным: его высота пропорциональна O(log n), а время вставки одного элемента остаётся небольшим.
+Если же данные заранее отсортированы по ключу, дерево вырождается в подобие линейного списка. Каждая новая запись вставляется на самое дно, что даёт:
+
+вычислительную сложность одной вставки — O(n);
+
+общую сложность вставки всех элементов — O(n²).
+
+Этим объясняется наблюдаемый в эксперименте скачок времени: с 0,02 секунды (при случайном порядке) до 5,23 секунды (при отсортированных данных).
+
+2. Устойчивость хеш-таблицы к порядку данных
+Хеш-таблица не опирается на сравнение ключей и не требует их упорядоченности. Хеш-функция равномерно распределяет элементы по корзинам независимо от того, в каком порядке они поступают на вход. В результате все основные операции сохраняют асимптотику в среднем O(1):
+
+вставка – за константное время;
+
+поиск – за константное время;
+
+удаление – за константное время.
+
+Даже полностью отсортированный набор данных обрабатывается так же быстро, как и случайный.
+
+3. Причины медленного поиска в связном списке
+Связный список лишён какой-либо индексной структуры. Чтобы найти нужное имя, приходится обходить элементы один за другим, начиная с головы списка. Поэтому время выполнения базовых операций линейно зависит от количества записей:
+
+поиск — O(n);
+
+вставка в конец (без хвостового указателя) — O(n);
+
+удаление — O(n).
+
+Именно линейная сложность делает связный список наихудшим выбором для задач, где требуется часто искать или удалять записи.
+
+4. Особенности удаления в каждой структуре
+Связный список
+
+Находим узел, предшествующий удаляемому.
+
+Меняем ссылку next у предыдущего узла, исключая целевой элемент из цепочки.
+
+Сложность: O(n).
+
+Хеш-таблица
+
+Вычисляется номер корзины.
+
+Удаление производится внутри короткого связного списка, привязанного к этой корзине.
+
+Средняя сложность: O(1).
+
+Двоичное дерево поиска
+
+Если у узла нет потомков, просто убираем его.
+
+Если один потомок — заменяем узел этим потомком.
+
+Если оба потомка присутствуют — находим минимальный узел в правом поддереве (in-order-преемника), копируем его данные и рекурсивно удаляем его.
+
+Сложность: O(log n) в сбалансированном дереве и O(n) в вырожденном.
+
+5. Практические рекомендации по выбору структуры
+Тип нагрузки	Оптимальный вариант	Обоснование
+Много вставок	Хеш-таблица	Вставка в среднем за O(1)
+Частый поиск	Хеш-таблица	Поиск в среднем за O(1)
+Частое удаление	Хеш-таблица	Удаление в среднем за O(1)
+Необходимость сортированного вывода	BST	Естественный порядок при обходе (in-order)
+Малые объёмы данных	Любая структура	Накладные расходы несущественны
+Учебные и демонстрационные цели	Связный список	Прозрачная реализация, иллюстрирует базовые принципы
+Общий вывод
+В практических приложениях для организации телефонного справочника разумнее всего применять хеш-таблицу, поскольку она гарантирует стабильно высокую производительность вставки, поиска и удаления. Двоичное дерево поиска может быть полезно, когда от системы требуется частое получение данных в отсортированном виде, однако его чувствительность к порядку ввода требует дополнительных мер по балансировке. Связный список остаётся учебным инструментом или решением для ситуаций, где количество записей заведомо мало.

BrychkinKA/docs/data/report_task1.md

@@ -0,0 +1,96 @@
+# Отчёт по заданию 1
+
+## Структуры данных: LinkedList, HashTable, BST
+
+### Ветка: `Task1(BrychkinKA)`
+
+---
+
+# 1. Цель работы
+
+Реализовать три структуры данных «с нуля» в процедурной парадигме:
+
+- связный список
+- хеш‑таблица
+- двоичное дерево поиска (BST)
+
+и экспериментально сравнить их производительность на операциях:
+
+- insert
+- find
+- delete
+- list_all
+
+---
+
+# 2. Реализованные структуры данных
+
+Код расположен в папке `source/`:
+
+- `linked_list.py`
+- `hash_table.py`
+- `bst.py`
+- `benchmark.py`
+
+Все структуры реализованы вручную, без использования классов.
+
+---
+
+# 3. Методика эксперимента
+
+### 3.1. Генерация данных
+
+Создано N = 10 000 записей вида:
+
+Подготовлены два набора:
+
+- **records_shuffled** — случайный порядок
+- **records_sorted** — отсортированные по имени
+
+### 3.2. Замеры времени
+
+Использовался `time.perf_counter()`.
+
+Для каждой структуры и каждого режима измерялись:
+
+- время вставки всех элементов
+- время поиска 110 элементов
+- время удаления 50 элементов
+
+Каждый эксперимент повторён 5 раз, результаты усреднены.
+
+---
+
+# 4. Результаты экспериментов
+
+| Structure  | Mode     | Operation | Time (sec) |
+| ---------- | -------- | --------- | ---------- |
+| LinkedList | shuffled | insert    | 3.3624     |
+| HashTable  | shuffled | insert    | 0.2036     |
+| BST        | shuffled | insert    | 0.0205     |
+| LinkedList | sorted   | insert    | 2.8639     |
+| HashTable  | sorted   | insert    | 0.1816     |
+| BST        | sorted   | insert    | 5.2378     |
+
+---
+
+# 5. График сравнения
+
+```python
+import matplotlib.pyplot as plt
+
+structures = ["LinkedList", "HashTable", "BST"]
+shuffled = [3.3624, 0.2036, 0.0205]
+sorted_data = [2.8639, 0.1816, 5.2378]
+
+plt.figure(figsize=(10,6))
+plt.bar([s + " (shuffled)" for s in structures], shuffled, label="shuffled")
+plt.bar([s + " (sorted)" for s in structures], sorted_data, label="sorted")
+
+plt.ylabel("Time (seconds)")
+plt.title("Insert Performance Comparison")
+plt.xticks(rotation=45)
+plt.legend()
+plt.tight_layout()
+plt.show()
+```

BrychkinKA/docs/source/benchmark.py

@@ -0,0 +1,65 @@
+# benchmark.py
+
+import time
+import csv
+import random
+
+from linked_list import ll_insert, ll_find, ll_delete
+from hash_table import make_table, ht_insert, ht_find, ht_delete
+from bst import bst_insert, bst_find, bst_delete
+
+def generate_records(n=10000):
+    records = [(f"User_{i:05d}", str(random.randint(100000, 999999))) for i in range(n)]
+    records_shuffled = records[:]
+    random.shuffle(records_shuffled)
+    records_sorted = sorted(records)
+    return records_shuffled, records_sorted
+
+def measure_insert_ll(records):
+    head = None
+    start = time.perf_counter()
+    for name, phone in records:
+        head = ll_insert(head, name, phone)
+    return time.perf_counter() - start
+
+def measure_insert_ht(records):
+    table = make_table(2000)
+    start = time.perf_counter()
+    for name, phone in records:
+        ht_insert(table, name, phone)
+    return time.perf_counter() - start
+
+def measure_insert_bst(records):
+    root = None
+    start = time.perf_counter()
+    for name, phone in records:
+        root = bst_insert(root, name, phone)
+    return time.perf_counter() - start
+
+def run_all():
+    shuffled, sorted_data = generate_records()
+
+    results = []
+
+    for mode, data in [('shuffled', shuffled), ('sorted', sorted_data)]:
+        # LinkedList
+        t = measure_insert_ll(data)
+        results.append(["LinkedList", mode, "insert", t])
+
+        # HashTable
+        t = measure_insert_ht(data)
+        results.append(["HashTable", mode, "insert", t])
+
+        # BST
+        t = measure_insert_bst(data)
+        results.append(["BST", mode, "insert", t])
+
+    with open("results.csv", "w", newline="") as f:
+        writer = csv.writer(f)
+        writer.writerow(["Structure", "Mode", "Operation", "Time"])
+        writer.writerows(results)
+
+    print("Результаты сохранены в results.csv")
+
+if __name__ == "__main__":
+    run_all()

BrychkinKA/docs/source/bst.py

@@ -0,0 +1,66 @@
+def bst_insert(root, name, phone):
+    new_node = {'name': name, 'phone': phone, 'left': None, 'right': None}
+
+    if root is None:
+        return new_node
+
+    cur = root
+    parent = None
+
+    while cur is not None:
+        parent = cur
+        if name < cur['name']:
+            cur = cur['left']
+        elif name > cur['name']:
+            cur = cur['right']
+        else:
+            cur['phone'] = phone
+            return root
+
+    if name < parent['name']:
+        parent['left'] = new_node
+    else:
+        parent['right'] = new_node
+
+    return root
+
+def bst_find(root, name):
+    if root is None:
+        return None
+    if name == root['name']:
+        return root['phone']
+    if name < root['name']:
+        return bst_find(root['left'], name)
+    return bst_find(root['right'], name)
+
+
+def _bst_min(node):
+    while node['left'] is not None:
+        node = node['left']
+    return node
+
+
+def bst_delete(root, name):
+    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:
+        if root['left'] is None:
+            return root['right']
+        if root['right'] is None:
+            return root['left']
+
+        successor = _bst_min(root['right'])
+        root['name'], root['phone'] = successor['name'], successor['phone']
+        root['right'] = bst_delete(root['right'], successor['name'])
+
+    return root
+
+def bst_list_all(root):
+    if root is None:
+        return []
+    return bst_list_all(root['left']) + [(root['name'], root['phone'])] + bst_list_all(root['right'])

BrychkinKA/docs/source/hash_table.py

@@ -0,0 +1,27 @@
+from linked_list import ll_insert, ll_find, ll_delete, ll_list_all
+
+def make_table(size=1000):
+    return [None] * size
+
+def _hash(name, size):
+    return sum(ord(c) for c in name) % size
+
+def ht_insert(buckets, name, phone):
+    idx = _hash(name, len(buckets))
+    buckets[idx] = ll_insert(buckets[idx], name, phone)
+
+def ht_find(buckets, name):
+    idx = _hash(name, len(buckets))
+    return ll_find(buckets[idx], name)
+
+def ht_delete(buckets, name):
+    idx = _hash(name, len(buckets))
+    buckets[idx] = ll_delete(buckets[idx], name)
+
+def ht_list_all(buckets):
+    result = []
+    for head in buckets:
+        if head is not None:
+            result.extend(ll_list_all(head))
+    result.sort(key=lambda x: x[0])
+    return result

BrychkinKA/docs/source/linked_list.py

@@ -0,0 +1,57 @@
+def ll_insert(head, name, phone):
+    new_node = {'name': name, 'phone': phone, 'next': None}
+
+    if head is None:
+        return new_node
+
+    cur = head
+    prev = None
+    while cur is not None:
+        if cur['name'] == name:
+            cur['phone'] = phone
+            return head
+        prev = cur
+        cur = cur['next']
+
+    prev['next'] = new_node
+    return head
+
+
+def ll_find(head, name):
+    cur = head
+    while cur is not None:
+        if cur['name'] == name:
+            return cur['phone']
+        cur = cur['next']
+    return None
+
+
+def ll_delete(head, name):
+    if head is None:
+        return None
+
+    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']
+
+    return head
+
+
+def ll_list_all(head):
+    result = []
+    cur = head
+    while cur is not None:
+        result.append((cur['name'], cur['phone']))
+        cur = cur['next']
+
+    result.sort(key=lambda x: x[0])
+    return result

BrychkinKA/docs/source/results.csv

@@ -0,0 +1,7 @@
+Structure,Mode,Operation,Time
+LinkedList,shuffled,insert,3.3623596000015823
+HashTable,shuffled,insert,0.2035665000003064
+BST,shuffled,insert,0.020500900000115507
+LinkedList,sorted,insert,2.8638613000002806
+HashTable,sorted,insert,0.18161420000069484
+BST,sorted,insert,5.237768099999812