Compare commits
8 Commits
develop
...
ivantsovma
| Author | SHA1 | Date | |
|---|---|---|---|
| cb178427ca | |||
| 906250c019 | |||
| 9b3a09740d | |||
| 15a055919c | |||
| d7c168cd1e | |||
| 01acee8ea5 | |||
| 77bc58e44b | |||
| 68114824da |
1
.gitignore
vendored
1
.gitignore
vendored
|
|
@ -7,7 +7,6 @@ __pycache__/
|
||||||
# C extensions
|
# C extensions
|
||||||
*.so
|
*.so
|
||||||
|
|
||||||
.DS_Store
|
|
||||||
# Distribution / packaging
|
# Distribution / packaging
|
||||||
.Python
|
.Python
|
||||||
build/
|
build/
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
@ -1,457 +0,0 @@
|
||||||
head = None
|
|
||||||
|
|
||||||
#node1 = {'name' : 'Ivan', 'phone' : '123-456', 'next' : None}
|
|
||||||
#head = node1
|
|
||||||
|
|
||||||
#node2 = {'name' : 'Dima', 'phone' : '789-123', 'next' : None}
|
|
||||||
#node1['next'] = node2
|
|
||||||
|
|
||||||
def ll_insert(head, name, phone):
|
|
||||||
|
|
||||||
curent = head
|
|
||||||
while curent is not None:
|
|
||||||
if curent['name'] == name:
|
|
||||||
curent['phone'] = phone
|
|
||||||
return head
|
|
||||||
curent = curent['next']
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
n_node = {'name' : name, 'phone' : phone, 'next' : None}
|
|
||||||
|
|
||||||
if head is None:
|
|
||||||
return n_node
|
|
||||||
|
|
||||||
curent = head
|
|
||||||
while curent['next'] is not None:
|
|
||||||
curent = curent['next']
|
|
||||||
curent['next'] = n_node
|
|
||||||
return head
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== TESTING ll_insert FUNC ========")
|
|
||||||
head = ll_insert(head,'Ivan','123-456')
|
|
||||||
|
|
||||||
print(head)
|
|
||||||
|
|
||||||
head = ll_insert(head, 'Boris', '123-456')
|
|
||||||
|
|
||||||
print(head)
|
|
||||||
|
|
||||||
head = ll_insert(head, 'Ivan', '321-654')
|
|
||||||
|
|
||||||
print(head)
|
|
||||||
|
|
||||||
head = ll_insert(head, 'Dima', '345-678')
|
|
||||||
|
|
||||||
print(head)
|
|
||||||
|
|
||||||
head = ll_insert(head, 'Boris', '111-222')
|
|
||||||
|
|
||||||
print(head)
|
|
||||||
|
|
||||||
head = ll_insert(head, 'Methody', '221-112')
|
|
||||||
|
|
||||||
head = ll_insert(head, 'Kiril', '112-221')
|
|
||||||
|
|
||||||
print(f"======= END TEST =======\n\n\n")
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def ll_find(head, name):
|
|
||||||
curent = head
|
|
||||||
while curent is not None:
|
|
||||||
if curent['name'] == name:
|
|
||||||
return curent['phone']
|
|
||||||
curent = curent['next']
|
|
||||||
return None
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== TESTING ll_find FUNC ======")
|
|
||||||
|
|
||||||
print("Ivan`s phone: "+ ll_find(head, 'Ivan'))
|
|
||||||
|
|
||||||
print("Dima`s phone: "+ ll_find(head, 'Dima'))
|
|
||||||
|
|
||||||
print("Boris phone: "+ ll_find(head, 'Boris'))
|
|
||||||
|
|
||||||
print(f"====== END TEST ======\n\n\n")
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def ll_delete(head, name):
|
|
||||||
if head is None:
|
|
||||||
return None
|
|
||||||
|
|
||||||
if head['name'] == name:
|
|
||||||
return head['next']
|
|
||||||
|
|
||||||
prev = head
|
|
||||||
curent = head['next']
|
|
||||||
while curent is not None:
|
|
||||||
if curent['name'] == name:
|
|
||||||
prev['next'] = curent['next']
|
|
||||||
return head
|
|
||||||
prev = curent
|
|
||||||
curent = curent['next']
|
|
||||||
return head
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== TEST ll_delete FUNC ======")
|
|
||||||
|
|
||||||
print("Del of Dima:", ll_delete(head, 'Dima'))
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== END TEST ======")
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def ll_list_all(head):
|
|
||||||
records = []
|
|
||||||
curent = head
|
|
||||||
while curent is not None:
|
|
||||||
records.append((curent['name'],curent['phone']))
|
|
||||||
curent = curent['next']
|
|
||||||
records.sort(key=lambda pair: pair[0])
|
|
||||||
return records
|
|
||||||
|
|
||||||
print(f"\n\n\n\n")
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== TESTING ll_list_all FUNC ======")
|
|
||||||
|
|
||||||
print(ll_list_all(head))
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== END ======")
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
#============================== HASH FUNCTIONS =========================
|
|
||||||
SIZE = 5
|
|
||||||
buckets = [None] * SIZE
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def hash_function(name, size):
|
|
||||||
return hash(name) % size
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def ht_insert(buckets, name, phone):
|
|
||||||
index = hash_function(name, len(buckets))
|
|
||||||
head = buckets[index]
|
|
||||||
new_head = ll_insert(head, name, phone)
|
|
||||||
buckets[index] = new_head
|
|
||||||
return buckets
|
|
||||||
|
|
||||||
print(f"\n\n\n ====== TEST INSERT HASH ======")
|
|
||||||
print(buckets)
|
|
||||||
ht_insert(buckets, "Ivan", "123-456")
|
|
||||||
print(buckets)
|
|
||||||
ht_insert(buckets, "Dima", "789-123")
|
|
||||||
print(buckets)
|
|
||||||
ht_insert(buckets, "Boris", "456-789")
|
|
||||||
print(buckets)
|
|
||||||
print("====== END TEST ======\n\n\n")
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def ht_find(buckets, name):
|
|
||||||
index = hash_function(name, len(buckets))
|
|
||||||
head = buckets[index]
|
|
||||||
return ll_find(head, name)
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== TEST FIND HASH FUN ======")
|
|
||||||
print("find by name Ivan: ",ht_find(buckets, "Ivan"))
|
|
||||||
print("find by name Dima: ",ht_find(buckets, "Dima"))
|
|
||||||
print("find by name Boris: ", ht_find(buckets, "Boris"))
|
|
||||||
print("====== END TEST ======\n\n\n")
|
|
||||||
|
|
||||||
def ht_list_all(buckets):
|
|
||||||
all_records = []
|
|
||||||
for head in buckets:
|
|
||||||
current = head
|
|
||||||
while current is not None:
|
|
||||||
all_records.append((current['name'], current['phone']))
|
|
||||||
current = current['next']
|
|
||||||
all_records.sort(key=lambda x: x[0])
|
|
||||||
return all_records
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== TEST FUNC LIST ALL ======")
|
|
||||||
print(ht_list_all(buckets))
|
|
||||||
print("====== END TEST ======\n\n\n")
|
|
||||||
|
|
||||||
def ht_delete(buckets, name):
|
|
||||||
index = hash_function(name, len(buckets))
|
|
||||||
head = buckets[index]
|
|
||||||
new_head = ll_delete(head, name)
|
|
||||||
buckets[index] = new_head
|
|
||||||
return buckets
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== GLOBAL TEST FOR HASH BASED FUN ======")
|
|
||||||
buckets = [None] * 10
|
|
||||||
|
|
||||||
ht_insert(buckets, "Ivan", "123-456")
|
|
||||||
print(buckets)
|
|
||||||
ht_insert(buckets, "Boris", "789-012")
|
|
||||||
print(buckets)
|
|
||||||
ht_insert(buckets, "Anna", "345-678")
|
|
||||||
print(buckets)
|
|
||||||
ht_insert(buckets, "Ivan", "111-222") # update
|
|
||||||
print(buckets)
|
|
||||||
|
|
||||||
print("Find Ivan`s phone: ",ht_find(buckets, "Ivan")) # 111-222
|
|
||||||
print("Find Petr`s phone: ",ht_find(buckets, "Petr")) # None
|
|
||||||
|
|
||||||
# Удаляем
|
|
||||||
print("delite Boris from buckets")
|
|
||||||
ht_delete(buckets, "Boris")
|
|
||||||
print("search Boris = ",ht_find(buckets, "Boris")) # None
|
|
||||||
|
|
||||||
# Все записи
|
|
||||||
print("list all records: ",ht_list_all(buckets))
|
|
||||||
print("====== END GLOBAL TEST ======\n\n\n")
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
# ======================== TREE FUNC ====================
|
|
||||||
|
|
||||||
def create_node(name,phone):
|
|
||||||
return {'name': name, 'phone': phone, 'left': None, 'right': None}
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== START TREE FUNC CHAPTER ======\n\n")
|
|
||||||
print("====== TEST CREATE NODE FUNC ======")
|
|
||||||
root = create_node('Ivan', '123-456')
|
|
||||||
print("Create Ivan node: ",root)
|
|
||||||
print("====== END TEST ====== \n\n\n")
|
|
||||||
|
|
||||||
def bst_insert(root, name, phone):
|
|
||||||
if root is None:
|
|
||||||
return create_node(name, phone)
|
|
||||||
|
|
||||||
if name == root['name']:
|
|
||||||
root['phone'] = phone
|
|
||||||
elif name < root['name']:
|
|
||||||
root['left'] = bst_insert(root['left'], name, phone)
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
root['right'] = bst_insert(root['right'], name , phone)
|
|
||||||
return root
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== TEST INSERT FUNC ======")
|
|
||||||
root = bst_insert(root, 'Dima', '456-789')
|
|
||||||
print("add Dima: ", root)
|
|
||||||
root = bst_insert(root, 'Boris', '789-123')
|
|
||||||
print("add Boris: ", root)
|
|
||||||
root = bst_insert(root, 'Eva', '321-123')
|
|
||||||
print("add Eva: ", root)
|
|
||||||
print("====== END TEST =======\n\n\n")
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def bst_find(root, name):
|
|
||||||
if root is None:
|
|
||||||
return None
|
|
||||||
if name == root['name']:
|
|
||||||
return root['phone']
|
|
||||||
elif name<root['name']:
|
|
||||||
return bst_find(root['left'], name)
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
return bst_find(root['right'], name)
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== START FIND TEST ======")
|
|
||||||
print("search by Ivan`s phone: ", bst_find(root, 'Ivan'))
|
|
||||||
print("search by Eva`s phone: ", bst_find(root,'Eva'))
|
|
||||||
print("====== END TEST ====== \n\n\n")
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def find_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']
|
|
||||||
|
|
||||||
min_node = find_min(root['right'])
|
|
||||||
root['name'] = min_node['name']
|
|
||||||
root['phone'] = min_node['phone']
|
|
||||||
|
|
||||||
root['right'] = bst_delete(root['right'], min_node['name'])
|
|
||||||
return root
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def bst_list_all(root):
|
|
||||||
result = []
|
|
||||||
def inorder(node):
|
|
||||||
if node is None:
|
|
||||||
return
|
|
||||||
inorder(node['left'])
|
|
||||||
result.append((node['name'], node['phone']))
|
|
||||||
inorder(node['right'])
|
|
||||||
inorder(root)
|
|
||||||
return result
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== GLOBAL TEST TREES ======")
|
|
||||||
root = None
|
|
||||||
|
|
||||||
root = bst_insert(root, "Ivan", "123-456")
|
|
||||||
print("add Ivan: ", root)
|
|
||||||
root = bst_insert(root, "Boris", "789-012")
|
|
||||||
print("add Boris: ", root)
|
|
||||||
root = bst_insert(root, "Anna", "345-678")
|
|
||||||
print("add Anna: ", root)
|
|
||||||
root = bst_insert(root, "Ivan", "111-222") # обновление
|
|
||||||
print("update Ivan: ", root)
|
|
||||||
|
|
||||||
print("Find Ivan`s phone: ",bst_find(root, "Ivan")) # 111-222
|
|
||||||
print("Find Peter`s phone: ",bst_find(root, "Petr")) # None
|
|
||||||
|
|
||||||
root = bst_delete(root, "Boris")
|
|
||||||
print("Del Boris")
|
|
||||||
print("Find Boris: ",bst_find(root, "Boris")) # None
|
|
||||||
|
|
||||||
print("Find ALL: ",bst_list_all(root)) # [('Anna','345-678'), ('Ivan','111-222')]
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
print("====== END TEST ======")
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
# ======================== EXPEREMENT CHAPTER ========================
|
|
||||||
import random
|
|
||||||
import time
|
|
||||||
import csv
|
|
||||||
import sys
|
|
||||||
sys.setrecursionlimit(20000)
|
|
||||||
|
|
||||||
def generate_records(n, seed=42):
|
|
||||||
random.seed(seed)
|
|
||||||
records = []
|
|
||||||
for i in range(1, n+1):
|
|
||||||
name = f"User_{i:05d}"
|
|
||||||
phone = f"{random.randint(100,999)}-{random.randint(1000,9999)}"
|
|
||||||
records.append((name, phone))
|
|
||||||
return records
|
|
||||||
|
|
||||||
def prepare_datasets(base_records):
|
|
||||||
shuffled = base_records.copy()
|
|
||||||
random.shuffle(shuffled)
|
|
||||||
sorted_records = sorted(base_records, key=lambda x: x[0])
|
|
||||||
return shuffled, sorted_records
|
|
||||||
|
|
||||||
def run_experiment(struct_funcs, records, mode_name, repeats=5):
|
|
||||||
results = []
|
|
||||||
for rep in range(repeats):
|
|
||||||
struct = struct_funcs['create']()
|
|
||||||
|
|
||||||
# enter all records
|
|
||||||
start = time.perf_counter()
|
|
||||||
for name, phone in records:
|
|
||||||
struct = struct_funcs['insert'](struct, name, phone)
|
|
||||||
end = time.perf_counter()
|
|
||||||
insert_time = end - start
|
|
||||||
|
|
||||||
# search for 110 records (100 real + 10 None)
|
|
||||||
existing_names = [name for name, _ in records]
|
|
||||||
sample_existing = random.sample(existing_names, 100)
|
|
||||||
nonexistent = [f"None_{i}" for i in range(10)]
|
|
||||||
search_names = sample_existing + nonexistent
|
|
||||||
random.shuffle(search_names)
|
|
||||||
|
|
||||||
start = time.perf_counter()
|
|
||||||
for name in search_names:
|
|
||||||
_ = struct_funcs['find'](struct, name)
|
|
||||||
end = time.perf_counter()
|
|
||||||
find_time = end - start
|
|
||||||
|
|
||||||
# delete 10 random records
|
|
||||||
to_delete = random.sample(existing_names, 10)
|
|
||||||
start = time.perf_counter()
|
|
||||||
for name in to_delete:
|
|
||||||
struct = struct_funcs['delete'](struct, name)
|
|
||||||
end = time.perf_counter()
|
|
||||||
delete_time = end - start
|
|
||||||
|
|
||||||
results.append({
|
|
||||||
'structure': struct_funcs['name'],
|
|
||||||
'mode': mode_name,
|
|
||||||
'repetition': rep+1,
|
|
||||||
'insert_time': insert_time,
|
|
||||||
'find_time': find_time,
|
|
||||||
'delete_time': delete_time
|
|
||||||
})
|
|
||||||
return results
|
|
||||||
|
|
||||||
def main():
|
|
||||||
N = 1000
|
|
||||||
base_records = generate_records(N)
|
|
||||||
shuffled, sorted_records = prepare_datasets(base_records)
|
|
||||||
|
|
||||||
structures = {
|
|
||||||
'LinkedList': {
|
|
||||||
'name': 'LinkedList',
|
|
||||||
'create': lambda: None,
|
|
||||||
'insert': ll_insert,
|
|
||||||
'find': ll_find,
|
|
||||||
'delete': ll_delete,
|
|
||||||
'list_all': ll_list_all
|
|
||||||
},
|
|
||||||
'HashTable': {
|
|
||||||
'name': 'HashTable',
|
|
||||||
'create': lambda: [None] * 10,
|
|
||||||
'insert': ht_insert,
|
|
||||||
'find': ht_find,
|
|
||||||
'delete': ht_delete,
|
|
||||||
'list_all': ht_list_all
|
|
||||||
},
|
|
||||||
'BST': {
|
|
||||||
'name': 'BST',
|
|
||||||
'create': lambda: None,
|
|
||||||
'insert': bst_insert,
|
|
||||||
'find': bst_find,
|
|
||||||
'delete': bst_delete,
|
|
||||||
'list_all': bst_list_all
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
all_results = []
|
|
||||||
repeats = 5
|
|
||||||
|
|
||||||
for struct_name, funcs in structures.items():
|
|
||||||
print(f"Testing {struct_name} on random order...")
|
|
||||||
res = run_experiment(funcs, shuffled, 'random', repeats)
|
|
||||||
all_results.extend(res)
|
|
||||||
|
|
||||||
print(f"Testing {struct_name} in sorted order...")
|
|
||||||
res = run_experiment(funcs, sorted_records, 'sorted', repeats)
|
|
||||||
all_results.extend(res)
|
|
||||||
|
|
||||||
with open('experiment_results.csv', 'w', newline='', encoding='utf-8') as f:
|
|
||||||
writer = csv.writer(f)
|
|
||||||
writer.writerow(['Structure', 'Mode', 'Repeat', 'Insert (sec)', 'Search (sec)', 'Delete (sec)'])
|
|
||||||
for r in all_results:
|
|
||||||
writer.writerow([
|
|
||||||
r['structure'],
|
|
||||||
r['mode'],
|
|
||||||
r['repetition'],
|
|
||||||
f"{r['insert_time']:.6f}",
|
|
||||||
f"{r['find_time']:.6f}",
|
|
||||||
f"{r['delete_time']:.6f}"
|
|
||||||
])
|
|
||||||
|
|
||||||
print("The experiment is complete. The results are saved in experiment_results.csv.")
|
|
||||||
|
|
||||||
if __name__ == '__main__':
|
|
||||||
main()
|
|
||||||
|
|
@ -1,31 +0,0 @@
|
||||||
Structure,Mode,Repeat,Insert (sec),Search (sec),Delete (sec)
|
|
||||||
LinkedList,random,1,0.140358,0.007040,0.000844
|
|
||||||
LinkedList,random,2,0.138009,0.009197,0.000413
|
|
||||||
LinkedList,random,3,0.114717,0.009266,0.000744
|
|
||||||
LinkedList,random,4,0.117224,0.006914,0.000531
|
|
||||||
LinkedList,random,5,0.136302,0.010432,0.000582
|
|
||||||
LinkedList,sorted,1,0.106921,0.007845,0.000566
|
|
||||||
LinkedList,sorted,2,0.116404,0.015005,0.004900
|
|
||||||
LinkedList,sorted,3,0.125122,0.006956,0.000708
|
|
||||||
LinkedList,sorted,4,0.122401,0.004220,0.000474
|
|
||||||
LinkedList,sorted,5,0.111422,0.008343,0.000551
|
|
||||||
HashTable,random,1,0.025442,0.004652,0.000078
|
|
||||||
HashTable,random,2,0.035477,0.000985,0.000091
|
|
||||||
HashTable,random,3,0.015387,0.001249,0.000298
|
|
||||||
HashTable,random,4,0.014196,0.001167,0.000096
|
|
||||||
HashTable,random,5,0.013819,0.000910,0.000094
|
|
||||||
HashTable,sorted,1,0.013713,0.000897,0.000060
|
|
||||||
HashTable,sorted,2,0.016816,0.001013,0.000116
|
|
||||||
HashTable,sorted,3,0.018408,0.001019,0.000084
|
|
||||||
HashTable,sorted,4,0.014490,0.000886,0.000093
|
|
||||||
HashTable,sorted,5,0.012493,0.000867,0.000075
|
|
||||||
BST,random,1,0.006755,0.000468,0.000065
|
|
||||||
BST,random,2,0.006454,0.000380,0.000052
|
|
||||||
BST,random,3,0.003348,0.000266,0.000033
|
|
||||||
BST,random,4,0.004785,0.000379,0.000053
|
|
||||||
BST,random,5,0.005253,0.000438,0.000083
|
|
||||||
BST,sorted,1,0.331066,0.028260,0.002915
|
|
||||||
BST,sorted,2,0.342009,0.025769,0.003155
|
|
||||||
BST,sorted,3,0.282425,0.031293,0.002984
|
|
||||||
BST,sorted,4,0.313816,0.022712,0.002957
|
|
||||||
BST,sorted,5,0.287008,0.032645,0.002415
|
|
||||||
|
|
|
@ -1,44 +0,0 @@
|
||||||
import pandas as pd
|
|
||||||
import matplotlib.pyplot as plt
|
|
||||||
import numpy as np
|
|
||||||
|
|
||||||
# Загрузка данных
|
|
||||||
df = pd.read_csv('experiment_results.csv')
|
|
||||||
|
|
||||||
# Усреднение по повторам
|
|
||||||
mean_times = df.groupby(['Structure', 'Mode'])[['Insert (sec)', 'Search (sec)', 'Delete (sec)']].mean().reset_index()
|
|
||||||
|
|
||||||
# Подготовка данных для графиков
|
|
||||||
structures = mean_times['Structure'].unique()
|
|
||||||
modes = mean_times['Mode'].unique()
|
|
||||||
|
|
||||||
# Создание трех графиков (вставка, поиск, удаление)
|
|
||||||
fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(15, 5))
|
|
||||||
|
|
||||||
operations = ['Insert (sec)', 'Search (sec)', 'Delete (sec)']
|
|
||||||
titles = ['Вставка', 'Поиск', 'Удаление']
|
|
||||||
|
|
||||||
for ax, op, title in zip(axes, operations, titles):
|
|
||||||
# Для каждой структуры строим две колонки (random, sorted)
|
|
||||||
x = np.arange(len(structures))
|
|
||||||
width = 0.35
|
|
||||||
|
|
||||||
random_vals = []
|
|
||||||
sorted_vals = []
|
|
||||||
for s in structures:
|
|
||||||
random_row = mean_times[(mean_times['Structure']==s) & (mean_times['Mode']=='random')]
|
|
||||||
sorted_row = mean_times[(mean_times['Structure']==s) & (mean_times['Mode']=='sorted')]
|
|
||||||
random_vals.append(random_row[op].values[0] if not random_row.empty else 0)
|
|
||||||
sorted_vals.append(sorted_row[op].values[0] if not sorted_row.empty else 0)
|
|
||||||
|
|
||||||
ax.bar(x - width/2, random_vals, width, label='Случайный')
|
|
||||||
ax.bar(x + width/2, sorted_vals, width, label='Отсортированный')
|
|
||||||
ax.set_xticks(x)
|
|
||||||
ax.set_xticklabels(structures)
|
|
||||||
ax.set_ylabel('Время (сек)')
|
|
||||||
ax.set_title(title)
|
|
||||||
ax.legend()
|
|
||||||
|
|
||||||
plt.tight_layout()
|
|
||||||
plt.savefig('../../performance_comparison.png', dpi=150)
|
|
||||||
plt.show()
|
|
||||||
Binary file not shown.
|
Before Width: | Height: | Size: 60 KiB |
|
|
@ -1,60 +0,0 @@
|
||||||
# Отчёт по лабораторной работе "Структуры данных"
|
|
||||||
|
|
||||||
## 1. Введение
|
|
||||||
В рамках работы были реализованы три структуры данных для хранения телефонного справочника: связный список, хеш-таблица и двоичное дерево поиска. Проведено экспериментальное сравнение производительности операций вставки, поиска и удаления на наборе из **10 000 записей**. Для каждой структуры тестирование выполнялось на двух вариантах входных данных: случайный порядок и отсортированный по имени. Каждый эксперимент повторялся 5 раз, результаты усреднены.
|
|
||||||
|
|
||||||
## 2. Результаты измерений
|
|
||||||
Усреднённые времена (в секундах) представлены в таблице:
|
|
||||||
|
|
||||||
| Структура | Режим | Вставка, с | Поиск, с | Удаление, с |
|
|
||||||
|-------------|-------------|------------|----------|-------------|
|
|
||||||
| LinkedList | случайный | 0.1143 | 0.0078 | 0.00065 |
|
|
||||||
| LinkedList | сортир. | 0.1124 | 0.0068 | 0.00065 |
|
|
||||||
| HashTable | случайный | 0.0131 | 0.00109 | 0.000085 |
|
|
||||||
| HashTable | сортир. | 0.0156 | 0.00110 | 0.00014 |
|
|
||||||
| BST | случайный | 0.00532 | 0.000365 | 0.000053 |
|
|
||||||
| BST | сортир. | 0.303 | 0.0230 | 0.00268 |
|
|
||||||
|
|
||||||
Графическое представление результатов приведено на рисунке ниже.
|
|
||||||
|
|
||||||

|
|
||||||
|
|
||||||
## 3. Анализ результатов
|
|
||||||
|
|
||||||
### 3.1. Влияние порядка данных на BST
|
|
||||||
При вставке элементов в отсортированном порядке двоичное дерево поиска вырождается в линейный список – все новые узлы добавляются только в правое поддерево. Высота дерева становится равной количеству элементов, и сложность всех операций возрастает до **O(n)**. Эксперимент подтверждает это:
|
|
||||||
- Вставка в BST на отсортированных данных заняла **0.303 с**, что в **57 раз** больше, чем на случайных (0.00532 с).
|
|
||||||
- Время вставки на отсортированных данных даже превышает показатели связного списка (0.112 с), что объясняется дополнительными накладными расходами на рекурсивные вызовы.
|
|
||||||
- Поиск и удаление также замедлились примерно в 60 раз по сравнению со случайным режимом.
|
|
||||||
|
|
||||||
### 3.2. Устойчивость хеш-таблицы к порядку
|
|
||||||
Хеш-таблица использует хеш-функцию, которая равномерно распределяет ключи по корзинам независимо от порядка поступления. Поэтому производительность операций практически не зависит от того, в каком порядке приходят данные:
|
|
||||||
- В случайном и отсортированном режимах времена вставки (0.0131 и 0.0156 с) и поиска (около 0.0011 с) близки.
|
|
||||||
- Небольшие колебания могут быть вызваны случайным распределением коллизий.
|
|
||||||
- Это соответствует ожидаемой средней сложности **O(1)**.
|
|
||||||
|
|
||||||
### 3.3. Медлительность связного списка при поиске
|
|
||||||
Связный список не обеспечивает прямого доступа к элементам – для поиска необходимо просматривать узлы последовательно, что даёт сложность **O(n)**. В эксперименте:
|
|
||||||
- Время поиска в списке (~0.007 с) на порядок больше, чем в хеш-таблице (0.0011 с) и BST на случайных данных (0.00037 с).
|
|
||||||
- При увеличении объёма данных эта разница будет только расти.
|
|
||||||
- Вставка в список также относительно медленна (0.11 с), так как требует прохода до конца (хотя обновление существующего имени выполняется быстрее, но в тесте все имена уникальны, поэтому каждая вставка проходит весь список).
|
|
||||||
|
|
||||||
### 3.4. Сравнение удаления
|
|
||||||
- **Связный список**: удаление требует сначала найти элемент (O(n)), затем переставить ссылки (O(1)). Время удаления (0.00065 с) близко ко времени поиска, что логично.
|
|
||||||
- **Хеш-таблица**: удаление выполняется за O(1) в среднем – сначала определяется корзина, затем из короткого списка удаляется элемент. Время удаления (0.000085–0.00014 с) значительно меньше, чем в списке.
|
|
||||||
- **BST**: на случайных данных удаление очень быстрое (0.000053 с) благодаря логарифмической высоте. На отсортированных данных время возрастает до 0.00268 с (в 50 раз), что отражает деградацию до O(n).
|
|
||||||
|
|
||||||
## 4. Выводы и рекомендации по выбору структуры
|
|
||||||
|
|
||||||
На основе полученных результатов можно сформулировать следующие рекомендации:
|
|
||||||
|
|
||||||
- **Хеш-таблица** – оптимальный выбор, если требуется максимальная скорость поиска, вставки и удаления, а порядок хранения не важен. Примеры: реализация словарей, кэшей, индексов по ключу. В эксперименте хеш-таблица показала стабильно высокую производительность во всех режимах.
|
|
||||||
|
|
||||||
- **Двоичное дерево поиска** – следует применять, когда необходимо получать данные в отсортированном порядке (например, вывод телефонного справочника по алфавиту). Однако важно учитывать, что при поступлении отсортированных данных дерево вырождается, и производительность резко падает. В таких случаях лучше использовать сбалансированные деревья (AVL, красно-чёрные). В эксперименте BST на случайных данных показал отличные результаты, близкие к хеш-таблице, а на отсортированных – стал самым медленным.
|
|
||||||
|
|
||||||
- **Связный список** – практически непригоден для больших объёмов данных из-за линейной сложности основных операций. Может использоваться лишь для очень маленьких коллекций, при частых вставках в начало списка (здесь не рассматривалось) или в учебных целях.
|
|
||||||
|
|
||||||
Таким образом, для реальных задач чаще всего выбирают хеш-таблицы или сбалансированные деревья в зависимости от требований к упорядоченности данных.
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
I use arch BTW
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
hi
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
428
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
428b
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
427.txt
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
427.txt
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
|
|
||||||
BIN
ProninVV/427.md
BIN
ProninVV/427.md
Binary file not shown.
Binary file not shown.
336
README.md
336
README.md
|
|
@ -1,3 +1,6 @@
|
||||||
|
<<<<<<< HEAD
|
||||||
|
# PhoneBookProject
|
||||||
|
=======
|
||||||
# 2026-MP
|
# 2026-MP
|
||||||
|
|
||||||
Практика по курсам "Методы программирования" и "Программная инженерия" РФФ ННГУ
|
Практика по курсам "Методы программирования" и "Программная инженерия" РФФ ННГУ
|
||||||
|
|
@ -16,7 +19,7 @@
|
||||||
|
|
||||||
### Крайний срок приема работ 25.05.2026 до 14:00
|
### Крайний срок приема работ 25.05.2026 до 14:00
|
||||||
|
|
||||||
## Задание 0 -- репозиторий [отдельный срок на создание PR с папкой: 28.02.2026]
|
## Задание 1 -- репозиторий [отдельный срок на создание PR с папкой: 28.02.2026]
|
||||||
|
|
||||||
0. Создай пользователя (логин — фамилия+инициалы слитно транслитом, как в терминал-классе).
|
0. Создай пользователя (логин — фамилия+инициалы слитно транслитом, как в терминал-классе).
|
||||||
|
|
||||||
|
|
@ -43,340 +46,13 @@
|
||||||
|
|
||||||
6. Отправь ветку **в свой форк** на Gitea:
|
6. Отправь ветку **в свой форк** на Gitea:
|
||||||
```bash
|
```bash
|
||||||
git push origin
|
git push origin IvanovII
|
||||||
```
|
```
|
||||||
|
|
||||||
если просит, перед этим сделать git push --set-upstream origin
|
|
||||||
|
|
||||||
7. **Создай запрос на слияние (Pull Request):** На Gitea перейди в свой форк, выбери ветку `IvanovII`, нажмите **Запрос на слияние**. Убедитесь, что:
|
7. **Создай запрос на слияние (Pull Request):** На Gitea перейди в свой форк, выбери ветку `IvanovII`, нажмите **Запрос на слияние**. Убедитесь, что:
|
||||||
- Базовый репозиторий: **учебный** (преподавателя)
|
- Базовый репозиторий: **учебный** (преподавателя)
|
||||||
- Базовая ветка: **develop**
|
- Базовая ветка: **develop**
|
||||||
- Сравниваемая ветка: **свой форк / IvanovII**
|
- Сравниваемая ветка: **свой форк / IvanovII**
|
||||||
|
|
||||||
8. Отправь PR.
|
8. Отправь PR.
|
||||||
|
>>>>>>> 7000ccc96cfc1bd124dd4e1eeb3ccca21f5e38b4
|
||||||
## Задание 1 -- структуры данных
|
|
||||||
***Напоминание: под каждое задание вы создаете отдельную ветку***
|
|
||||||
|
|
||||||
>Для оформления результатов заведи папку **docs** в своей папке и сохраняй туда отчет (в любом формате от .doc до .md, а то и .jpnb). Вспомогательные файлы клади в подпапку **data** внутри **docs**
|
|
||||||
|
|
||||||
**Цель работы**
|
|
||||||
|
|
||||||
Реализовать три различные структуры данных «с нуля», применить их для хранения записей телефонного справочника и экспериментально сравнить производительность основных операций. Вы должны собственными руками написать код, чтобы понять внутреннее устройство связного списка, хеш-таблицы и двоичного дерева поиска, а также осознать их сильные и слабые стороны на практике.
|
|
||||||
|
|
||||||
**!! Задание выполнять в структурной (процедурной) парадигме, не используя классы. Главное реализовать структуры данных «руками» и сравнить их производительность.**
|
|
||||||
|
|
||||||
### Базовые операции (обязательны для всех):
|
|
||||||
|
|
||||||
`insert(name, phone)` -- добавить или обновить запись.
|
|
||||||
|
|
||||||
`find(name)` -- phone или None.
|
|
||||||
|
|
||||||
`delete(name)` -- удалить запись, игнорировать отсутствие.
|
|
||||||
|
|
||||||
`list_all()` -- список всех записей, отсортированный по имени (для BST in‑order обход; для списка и хеш‑таблицы — собрать и отсортировать явно).
|
|
||||||
|
|
||||||
#### 1. Связный список (LinkedListPhoneBook)
|
|
||||||
|
|
||||||
Узел представляется словарём: `{'name': 'Имя', 'phone': '123', 'next': None}.`
|
|
||||||
|
|
||||||
**Функции:**
|
|
||||||
|
|
||||||
`def ll_insert(head, name, phone)` — проходит до конца (или сразу добавляет в конец) и возвращает новую голову (если вставка в начало) или изменяет список по ссылке. Удобнее возвращать новую голову, если вставка может быть в начало.
|
|
||||||
|
|
||||||
`def ll_find(head, name)` — ищет узел, возвращает телефон или None.
|
|
||||||
|
|
||||||
`def ll_delete(head, name)` — удаляет узел, возвращает новую голову.
|
|
||||||
|
|
||||||
`def ll_list_all(head)` — собирает все записи в список и сортирует (сортировка вынесена отдельно).
|
|
||||||
|
|
||||||
#### 2. Хеш-таблица
|
|
||||||
Хранится как список buckets фиксированной длины, каждый элемент — голова связного списка (или None).
|
|
||||||
|
|
||||||
**Функции:**
|
|
||||||
|
|
||||||
`def ht_insert(buckets, name, phone)` — вычисляет индекс, вызывает ll_insert для соответствующего бакета.
|
|
||||||
|
|
||||||
Аналогично `ht_find, ht_delete, ht_list_all` (последняя собирает все записи из всех бакетов и сортирует).
|
|
||||||
|
|
||||||
#### 3. Двоичное дерево поиска
|
|
||||||
Узел — словарь: `{'name': 'Имя', 'phone': '123', 'left': None, 'right': None}.`
|
|
||||||
|
|
||||||
**Функции:**
|
|
||||||
|
|
||||||
`def bst_insert(root, name, phone)` — рекурсивно или итеративно вставляет, возвращает новый корень (если корень меняется).
|
|
||||||
|
|
||||||
`def bst_find(root, name)` — поиск.
|
|
||||||
|
|
||||||
`def bst_delete(root, name)` — удаление, возвращает новый корень.
|
|
||||||
|
|
||||||
`def bst_list_all(root)` — центрированный обход (рекурсивно собирает записи в отсортированном порядке).
|
|
||||||
|
|
||||||
### Экспериментальная часть (подробно об измерении времени)
|
|
||||||
#### 1. Генерация тестовых данных
|
|
||||||
Создайте список records из N элементов (например, N = 10000). Каждый элемент — кортеж (name, phone).
|
|
||||||
|
|
||||||
Имена генерируйте как `f"User_{i:05d}"` (равномерное распределение) или случайные слова из небольшого набора (чтобы были повторения и коллизии). Для проверки влияния порядка подготовьте два варианта одного и того же набора:
|
|
||||||
|
|
||||||
`records_shuffled` — случайный порядок.
|
|
||||||
|
|
||||||
`records_sorted` — отсортированный по имени (по алфавиту).
|
|
||||||
|
|
||||||
#### 2. Инструменты замера времени
|
|
||||||
Используйте модуль **time**:
|
|
||||||
|
|
||||||
```python
|
|
||||||
import time
|
|
||||||
|
|
||||||
start = time.perf_counter()
|
|
||||||
# ... операции ...
|
|
||||||
end = time.perf_counter()
|
|
||||||
elapsed = end - start # время в секундах
|
|
||||||
```
|
|
||||||
|
|
||||||
Для многократных замеров удобен `timeit`, но в этой задаче достаточно просто обернуть код в цикл и усреднить.
|
|
||||||
|
|
||||||
#### 3. Проведение замеров
|
|
||||||
Для каждой структуры данных и для каждого режима входных данных (случайный / отсортированный) выполните:
|
|
||||||
|
|
||||||
- А. Вставка всех записей
|
|
||||||
|
|
||||||
Создайте пустую структуру.
|
|
||||||
|
|
||||||
Засеките время, выполните insert для каждой записи из входного списка.
|
|
||||||
|
|
||||||
Зафиксируйте общее время вставки.
|
|
||||||
|
|
||||||
- Б. Поиск 100 случайных записей
|
|
||||||
|
|
||||||
Возьмите 100 случайных имён из того же набора (гарантированно существующих) и 10 имён, которых нет (например, "None_{i}").
|
|
||||||
|
|
||||||
Засеките время на выполнение всех 110 вызовов find.
|
|
||||||
|
|
||||||
- В. Удаление 50 случайных записей
|
|
||||||
|
|
||||||
Выберите 50 случайных имён из набора.
|
|
||||||
|
|
||||||
Засеките время на выполнение delete для каждого.
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
**!! Важно: после вставки структура остаётся заполненной, поиск и удаление выполняются на ней же. Если нужно повторить замер для другого порядка данных — создавайте новую структуру и заполняйте заново.**
|
|
||||||
|
|
||||||
#### 4. Сохранение результатов
|
|
||||||
|
|
||||||
**!! Каждый эксперимент повторить минимум 5 раз и записывать и среднее время, и все замеры.**
|
|
||||||
|
|
||||||
Соберите все замеры в словарь или список, затем сохраните в CSV-файл:
|
|
||||||
|
|
||||||
```python
|
|
||||||
import csv
|
|
||||||
|
|
||||||
results = [
|
|
||||||
["Структура", "Режим", "Операция", "Время (сек)"],
|
|
||||||
["LinkedList", "случайный", "вставка", 0.123],
|
|
||||||
...
|
|
||||||
]
|
|
||||||
|
|
||||||
with open("results.csv", "w", newline="") as f:
|
|
||||||
writer = csv.writer(f)
|
|
||||||
writer.writerows(results)
|
|
||||||
```
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
#### 5. Анализ результатов
|
|
||||||
Постройте график (столбчатая диаграмма или линейный график) — можно в Excel, Google Sheets или с помощью matplotlib в Python.
|
|
||||||
|
|
||||||
Сравните:
|
|
||||||
|
|
||||||
- Как порядок входных данных влияет на скорость вставки в BST (деградация до O(n) на отсортированных данных).
|
|
||||||
|
|
||||||
- Почему хеш-таблица почти не чувствительна к порядку.
|
|
||||||
|
|
||||||
- Почему связный список всегда медленен при поиске.
|
|
||||||
|
|
||||||
- Как удаление работает в каждой структуре.
|
|
||||||
|
|
||||||
* Вывод должен содержать ответ на вопрос: какую структуру и для каких задач (частые вставки, частый поиск, необходимость получать данные в порядке) стоит выбирать в реальной жизни.*
|
|
||||||
|
|
||||||
## Задание: Поиск выхода из лабиринта (объектно-ориентированная реализация с паттернами)
|
|
||||||
|
|
||||||
### Цель работы
|
|
||||||
Разработать гибкую, расширяемую программу для загрузки лабиринта из файла, поиска пути от старта до выхода с возможностью выбора алгоритма, визуализации процесса и экспериментального сравнения алгоритмов. В ходе работы необходимо применить минимум 3 паттерна проектирования из списка GoF, обосновать их выбор и продемонстрировать преимущества такой архитектуры.
|
|
||||||
|
|
||||||
### Общая схема приложения (пример)
|
|
||||||
|
|
||||||
```mermaid
|
|
||||||
classDiagram
|
|
||||||
class Maze {
|
|
||||||
-Cell[] cells
|
|
||||||
-int width, height
|
|
||||||
-Cell start
|
|
||||||
-Cell exit
|
|
||||||
+getCell(x,y): Cell
|
|
||||||
+getNeighbors(cell): List~Cell~
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class Cell {
|
|
||||||
-int x, y
|
|
||||||
-bool isWall
|
|
||||||
-bool isStart
|
|
||||||
-bool isExit
|
|
||||||
+isPassable(): bool
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class MazeBuilder {
|
|
||||||
<<interface>>
|
|
||||||
+buildFromFile(filename): Maze
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class TextFileMazeBuilder {
|
|
||||||
+buildFromFile(filename): Maze
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class PathFindingStrategy {
|
|
||||||
<<interface>>
|
|
||||||
+findPath(maze, start, exit): List~Cell~
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class BFSStrategy
|
|
||||||
class DFSStrategy
|
|
||||||
class AStarStrategy
|
|
||||||
class DijkstraStrategy
|
|
||||||
|
|
||||||
class SearchStats {
|
|
||||||
+timeMs: float
|
|
||||||
+visitedCells: int
|
|
||||||
+pathLength: int
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class MazeSolver {
|
|
||||||
-Maze maze
|
|
||||||
-PathFindingStrategy strategy
|
|
||||||
+setStrategy(strategy)
|
|
||||||
+solve(): SearchStats
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class Command {
|
|
||||||
<<interface>>
|
|
||||||
+execute()
|
|
||||||
+undo()
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class MoveCommand {
|
|
||||||
-Player player
|
|
||||||
-Direction dir
|
|
||||||
-Cell previousCell
|
|
||||||
+execute()
|
|
||||||
+undo()
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class Player {
|
|
||||||
-Cell currentCell
|
|
||||||
+moveTo(cell)
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class Observer {
|
|
||||||
<<interface>>
|
|
||||||
+update(event)
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
class ConsoleView {
|
|
||||||
+update(event)
|
|
||||||
+render(maze, player, path)
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
MazeBuilder <|.. TextFileMazeBuilder
|
|
||||||
MazeBuilder --> Maze : creates
|
|
||||||
PathFindingStrategy <|.. BFSStrategy
|
|
||||||
PathFindingStrategy <|.. DFSStrategy
|
|
||||||
PathFindingStrategy <|.. AStarStrategy
|
|
||||||
PathFindingStrategy <|.. DijkstraStrategy
|
|
||||||
MazeSolver --> PathFindingStrategy : uses
|
|
||||||
MazeSolver --> Maze : uses
|
|
||||||
Command <|.. MoveCommand
|
|
||||||
MoveCommand --> Player
|
|
||||||
Player --> Cell
|
|
||||||
Observer <|.. ConsoleView
|
|
||||||
MazeSolver --> Observer : notifies
|
|
||||||
```
|
|
||||||
|
|
||||||
### Выполнение
|
|
||||||
|
|
||||||
#### Этап 1. Модель лабиринта (без паттернов, просто классы)
|
|
||||||
**Задача:** Создать классы `Cell` и `Maze`, которые представляют карту лабиринта.
|
|
||||||
- `Cell` хранит координаты (x, y), флаги `isWall`, `isStart`, `isExit`, метод `isPassable()` (возвращает `True` для прохода, если не стена).
|
|
||||||
- `Maze` хранит двумерный массив клеток, ширину, высоту, ссылки на стартовую и выходную клетку. Методы: `getCell(x, y)`, `getNeighbors(cell)` – возвращает список соседних проходимых клеток (вверх, вниз, влево, вправо, если в пределах границ и не стена).
|
|
||||||
|
|
||||||
**Результат:** Лабиринт можно создать вручную в коде, но загрузку пока не делаем.
|
|
||||||
|
|
||||||
#### Этап 2. Загрузка лабиринта из файла – применение паттерна **Builder**
|
|
||||||
**Задача:** Реализовать загрузку лабиринта из текстового файла, где `#` – стена, ` ` (пробел) – проход, `S` – старт, `E` – выход.
|
|
||||||
- Создать интерфейс `MazeBuilder` с методом `buildFromFile(filename)`.
|
|
||||||
- Реализовать класс `TextFileMazeBuilder`, который читает файл, парсит символы, создаёт объекты `Cell`, задаёт координаты и флаги, после чего возвращает готовый `Maze`.
|
|
||||||
|
|
||||||
Процесс построения лабиринта сложный (парсинг, валидация, установка старта/выхода). Builder скрывает детали создания от клиента. В будущем можно легко добавить другой формат (например, JSON или бинарный) через новую реализацию `MazeBuilder`.
|
|
||||||
|
|
||||||
#### Этап 3. Стратегии поиска пути – паттерн **Strategy**
|
|
||||||
**Задача:** Реализовать семейство алгоритмов поиска пути от старта до выхода.
|
|
||||||
- Создать интерфейс `PathFindingStrategy` с методом `findPath(maze, start, exit)`, возвращающим список клеток пути (от старта до выхода включительно) или пустой список, если пути нет.
|
|
||||||
- Реализовать минимум 3 стратегии:
|
|
||||||
- **BFS** (поиск в ширину) – гарантирует кратчайший путь по количеству шагов.
|
|
||||||
- **DFS** (поиск в глубину) – быстрый, но не обязательно кратчайший.
|
|
||||||
- **A*** (с эвристикой, например, манхэттенское расстояние) – компромисс между скоростью и оптимальностью.
|
|
||||||
- (Опционально) **Дейкстра** – полезна для взвешенных лабиринтов, но в базовом варианте все шаги имеют вес 1, тогда она совпадает с BFS.
|
|
||||||
|
|
||||||
Каждая стратегия возвращает путь. Для BFS/DFS используйте очередь/стек, для A* – приоритетную очередь (heapq). Важно: алгоритмы не должны модифицировать сам лабиринт, только читать состояние клеток.
|
|
||||||
|
|
||||||
Strategy позволяет легко переключать алгоритмы во время выполнения, не меняя код остальной программы. Новый алгоритм можно добавить, реализовав интерфейс.
|
|
||||||
|
|
||||||
#### Этап 4. Класс-оркестратор – **MazeSolver** (использует Strategy)
|
|
||||||
**Задача:** Создать класс, который принимает лабиринт и стратегию, выполняет поиск и собирает статистику.
|
|
||||||
- `MazeSolver` содержит поля `maze` и `strategy`.
|
|
||||||
- Метод `setStrategy(strategy)` для динамической смены алгоритма.
|
|
||||||
- Метод `solve()` вызывает `strategy.findPath(...)` и возвращает объект `SearchStats` (время выполнения в миллисекундах, количество посещённых клеток, длина найденного пути).
|
|
||||||
- Для замера времени используйте `time.perf_counter()` до и после вызова стратегии.
|
|
||||||
|
|
||||||
#### Этап 5. Визуализация и пошаговое управление – паттерны **Observer** и **Command** (по желанию)
|
|
||||||
**5.1. Наблюдатель (Observer)** – обновление консольного интерфейса.
|
|
||||||
- Создать интерфейс `Observer` с методом `update(event)`, где `event` может быть строкой или объектом с типом события (`"path_found"`, `"move"`, `"maze_loaded"`).
|
|
||||||
- Реализовать класс `ConsoleView`, который отображает лабиринт, текущее положение игрока (если реализован пошаговый режим) и найденный путь. Метод `render(maze, player_position, path)` рисует карту в консоли.
|
|
||||||
- `MazeSolver` (или отдельный контроллер) может иметь список наблюдателей и уведомлять их при изменении состояния.
|
|
||||||
|
|
||||||
**5.2. Команда (Command)** – для пошагового перемещения игрока по найденному пути (или ручного управления).
|
|
||||||
- Создать интерфейс `Command` с методами `execute()` и `undo()`.
|
|
||||||
- Реализовать `MoveCommand`, который принимает игрока (`Player`), направление и изменяет его позицию, сохраняя предыдущую для отмены.
|
|
||||||
- Создать класс `Player`, хранящий текущую клетку.
|
|
||||||
- Консольное меню позволяет вводить команды (W/A/S/D), выполнять `MoveCommand`, при необходимости отменять последний ход (Ctrl+Z). Это опционально, но очень наглядно демонстрирует паттерн.
|
|
||||||
|
|
||||||
*Observer можно реализовать только для вывода сообщений о начале/конце поиска, а Command – для демонстрации undo при ручном исследовании лабиринта.*
|
|
||||||
|
|
||||||
#### Этап 6. Экспериментальная часть (аналогично заданию со структурами данных)
|
|
||||||
**Задача:** Сравнить эффективность реализованных стратегий на лабиринтах разной сложности.
|
|
||||||
1. **Подготовка тестовых лабиринтов:**
|
|
||||||
- Маленький (10×10) с простым путём.
|
|
||||||
- Средний (50×50) с тупиками.
|
|
||||||
- Большой (100×100) с запутанной структурой.
|
|
||||||
- «Пустой» лабиринт (без стен) – для демонстрации максимальной производительности.
|
|
||||||
- «Без выхода» – чтобы проверить обработку отсутствия пути.
|
|
||||||
2. **Замеры:**
|
|
||||||
- Для каждого лабиринта и каждой стратегии запустить `solve()` 5–10 раз, усреднить время, количество посещённых клеток, длину пути.
|
|
||||||
- Записать результаты в CSV: `лабиринт,стратегия,время_мс,посещено_клеток,длина_пути`.
|
|
||||||
3. **Анализ:**
|
|
||||||
- Построить графики для каждого лабиринта.
|
|
||||||
- Проанализировать и написать выводы по итогам (эффективность того или иного алгоритма в разных случаях).
|
|
||||||
|
|
||||||
4. **Дополнительное задание:** Реализовать взвешенные клетки (например, болото – вес 3, песок – вес 2, асфальт – вес 1) и сравнить Дейкстру с A* на взвешенном графе.
|
|
||||||
|
|
||||||
#### Этап 7. Отчёт
|
|
||||||
**Структура отчёта:**
|
|
||||||
1. Описание задачи и выбранных паттернов (с диаграммой классов из Mermaid).
|
|
||||||
2. Листинги ключевых классов (можно выборочно) или ссылка на репозиторий.
|
|
||||||
3. Результаты экспериментов (таблицы, графики).
|
|
||||||
4. Анализ эффективности алгоритмов и применимости паттернов.
|
|
||||||
5. Выводы: как ООП и паттерны помогли сделать код гибким и расширяемым. Что было бы сложно изменить без них.
|
|
||||||
|
|
||||||
### Советы
|
|
||||||
- Для A* самая простая эвристика: `abs(x1 - x2) + abs(y1 - y2)`.
|
|
||||||
- При поиске пути надо хранить предшественников (`parent` для каждой посещённой клетки), чтобы восстановить путь.
|
|
||||||
- Для BFS/DFS используй `deque` (очередь) и `list` (стек).
|
|
||||||
- Визуализацию в консоли можно сделать с помощью `os.system('cls' if os.name == 'nt' else 'clear')` для перерисовки.
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
1
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
428b
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
428
|
|
||||||
136
docs/data/bst_phonebook.py
Normal file
136
docs/data/bst_phonebook.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,136 @@
|
||||||
|
import time
|
||||||
|
import csv
|
||||||
|
import random
|
||||||
|
import os
|
||||||
|
|
||||||
|
def create_node(name, phone):
|
||||||
|
"""Создает узел BST"""
|
||||||
|
return {'name': name, 'phone': phone, 'left': None, 'right': None}
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_insert(root, name, phone):
|
||||||
|
"""Вставляет запись в BST"""
|
||||||
|
if root is None:
|
||||||
|
return create_node(name, phone)
|
||||||
|
|
||||||
|
current = root
|
||||||
|
while True:
|
||||||
|
if name < current['name']:
|
||||||
|
if current['left'] is None:
|
||||||
|
current['left'] = create_node(name, phone)
|
||||||
|
break
|
||||||
|
current = current['left']
|
||||||
|
elif name > current['name']:
|
||||||
|
if current['right'] is None:
|
||||||
|
current['right'] = create_node(name, phone)
|
||||||
|
break
|
||||||
|
current = current['right']
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
current['phone'] = phone
|
||||||
|
break
|
||||||
|
|
||||||
|
return root
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_find(root, name):
|
||||||
|
"""Ищет запись в BST"""
|
||||||
|
current = root
|
||||||
|
while current:
|
||||||
|
if name == current['name']:
|
||||||
|
return current['phone']
|
||||||
|
elif name < current['name']:
|
||||||
|
current = current['left']
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
current = current['right']
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_find_min(root):
|
||||||
|
"""Находит минимальный узел"""
|
||||||
|
if root is None:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
current = root
|
||||||
|
while current['left']:
|
||||||
|
current = current['left']
|
||||||
|
return current
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_delete(root, name):
|
||||||
|
"""Удаляет запись из BST"""
|
||||||
|
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']
|
||||||
|
elif root['right'] is None:
|
||||||
|
return root['left']
|
||||||
|
|
||||||
|
min_node = bst_find_min(root['right'])
|
||||||
|
root['name'] = min_node['name']
|
||||||
|
root['phone'] = min_node['phone']
|
||||||
|
root['right'] = bst_delete(root['right'], min_node['name'])
|
||||||
|
|
||||||
|
return root
|
||||||
|
|
||||||
|
def generate_test_data(n=300):
|
||||||
|
"""Генерирует тестовые данные"""
|
||||||
|
records = [(f"User_{i:05d}", f"123-456-{i%10000:04d}") for i in range(n)]
|
||||||
|
records_shuffled = records.copy()
|
||||||
|
random.shuffle(records_shuffled)
|
||||||
|
records_sorted = sorted(records, key=lambda x: x[0])
|
||||||
|
return records_shuffled, records_sorted
|
||||||
|
|
||||||
|
def run_experiment():
|
||||||
|
print("BST ТЕЛЕФОННЫЙ СПРАВОЧНИК")
|
||||||
|
|
||||||
|
os.makedirs('docs/data', exist_ok=True)
|
||||||
|
|
||||||
|
n = 300
|
||||||
|
print(f"\nГенерация {n} тестовых записей...")
|
||||||
|
records_shuffled, records_sorted = generate_test_data(n)
|
||||||
|
|
||||||
|
results = []
|
||||||
|
|
||||||
|
# Тест 1: Случайный порядок
|
||||||
|
print("\n--- Тест 1: Случайный порядок ---")
|
||||||
|
root = None
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name, phone in records_shuffled:
|
||||||
|
root = bst_insert(root, name, phone)
|
||||||
|
insert_time1 = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
print(f"Вставка: {insert_time1:.4f} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
names_to_find = [records_shuffled[i][0] for i in range(30)]
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name in names_to_find:
|
||||||
|
bst_find(root, name)
|
||||||
|
find_time1 = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
print(f"Поиск 30 записей: {find_time1:.4f} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
# Тест 2: Отсортированный порядок
|
||||||
|
print("\n--- Тест 2: Отсортированный порядок ---")
|
||||||
|
root = None
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name, phone in records_sorted:
|
||||||
|
root = bst_insert(root, name, phone)
|
||||||
|
insert_time2 = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
print(f"Вставка: {insert_time2:.4f} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
# Сохраняем результаты
|
||||||
|
results.append(['BST', 'случайный', insert_time1, find_time1, 0])
|
||||||
|
results.append(['BST', 'отсортированный', insert_time2, 0, 0])
|
||||||
|
|
||||||
|
with open('docs/data/bst_results.csv', 'w', newline='', encoding='utf-8') as f:
|
||||||
|
writer = csv.writer(f)
|
||||||
|
writer.writerow(['Структура', 'Режим', 'Время_вставки', 'Время_поиска', 'Время_удаления'])
|
||||||
|
writer.writerows(results)
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f"\nРезультаты сохранены в docs/data/bst_results.csv")
|
||||||
|
print(f"\nСравнение:")
|
||||||
|
print(f"Случайный порядок вставки: {insert_time1:.4f} сек")
|
||||||
|
print(f"Отсортированный порядок вставки: {insert_time2:.4f} сек")
|
||||||
|
print(f"Разница: {insert_time2/insert_time1:.1f} раз")
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
run_experiment()
|
||||||
3
docs/data/bst_results.csv
Normal file
3
docs/data/bst_results.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,3 @@
|
||||||
|
Структура,Режим,Время_вставки,Время_поиска,Время_удаления
|
||||||
|
BST,случайный,0.0002327000256627798,1.3399985618889332e-05,0
|
||||||
|
BST,отсортированный,0.0036721999058499932,0,0
|
||||||
|
46
docs/data/compare_structures.py
Normal file
46
docs/data/compare_structures.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,46 @@
|
||||||
|
import csv
|
||||||
|
import os
|
||||||
|
|
||||||
|
def read_results(filename):
|
||||||
|
"""Читает результаты из CSV файла"""
|
||||||
|
results = []
|
||||||
|
try:
|
||||||
|
with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
|
||||||
|
reader = csv.reader(f)
|
||||||
|
next(reader) # Пропускаем заголовок
|
||||||
|
for row in reader:
|
||||||
|
results.append(row)
|
||||||
|
except:
|
||||||
|
print(f"Не удалось прочитать {filename}")
|
||||||
|
return results
|
||||||
|
|
||||||
|
def main():
|
||||||
|
print("СРАВНЕНИЕ СТРУКТУР ДАННЫХ")
|
||||||
|
|
||||||
|
# Читаем результаты
|
||||||
|
linked_list = read_results('docs/data/linked_list_results.csv')
|
||||||
|
hash_table = read_results('docs/data/hash_table_results.csv')
|
||||||
|
bst = read_results('docs/data/bst_results.csv')
|
||||||
|
|
||||||
|
print("\nРЕЗУЛЬТАТЫ")
|
||||||
|
print("\nСвязный список:")
|
||||||
|
for row in linked_list:
|
||||||
|
print(f" {row[1]}: вставка={row[2]} сек, поиск={row[3]} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
print("\nХеш-таблица:")
|
||||||
|
for row in hash_table:
|
||||||
|
print(f" {row[1]}: вставка={row[2]} сек, поиск={row[3]} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
print("\nBST:")
|
||||||
|
for row in bst:
|
||||||
|
print(f" {row[1]}: вставка={row[2]} сек, поиск={row[3]} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
print("ВЫВОДЫ:")
|
||||||
|
print("1. Хеш-таблица работает быстрее всего для поиска")
|
||||||
|
print("2. BST сильно замедляется на отсортированных данных")
|
||||||
|
print("3. Связный список самый медленный для всех операций")
|
||||||
|
print("4. Для частого поиска лучше использовать хеш-таблицу")
|
||||||
|
print("5. Для отсортированных данных BST неэффективен")
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
main()
|
||||||
3
docs/data/docs/data/bst_results.csv
Normal file
3
docs/data/docs/data/bst_results.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,3 @@
|
||||||
|
Структура,Режим,Время_вставки,Время_поиска,Время_удаления
|
||||||
|
BST,случайный,0.0003461000742390752,1.0599964298307896e-05,0
|
||||||
|
BST,отсортированный,0.0029341999907046556,0,0
|
||||||
|
2
docs/data/docs/data/hash_table_results.csv
Normal file
2
docs/data/docs/data/hash_table_results.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,2 @@
|
||||||
|
Структура,Режим,Время_вставки,Время_поиска,Время_удаления
|
||||||
|
HashTable,случайный,0.0004692000802606344,4.20999713242054e-05,2.5600078515708447e-05
|
||||||
|
2
docs/data/docs/data/linked_list_results.csv
Normal file
2
docs/data/docs/data/linked_list_results.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,2 @@
|
||||||
|
Структура,Режим,Время_вставки,Время_поиска,Время_удаления
|
||||||
|
LinkedList,случайный,0.0015783999115228653,3.879994619637728e-05,3.900029696524143e-06
|
||||||
|
133
docs/data/hash_table_phonebook.py
Normal file
133
docs/data/hash_table_phonebook.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,133 @@
|
||||||
|
import time
|
||||||
|
import csv
|
||||||
|
import random
|
||||||
|
import os
|
||||||
|
|
||||||
|
def create_node(name, phone):
|
||||||
|
"""Создает узел для бакета"""
|
||||||
|
return {'name': name, 'phone': phone, 'next': None}
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_insert(head, name, phone):
|
||||||
|
"""Вставка в связный список"""
|
||||||
|
new_node = create_node(name, phone)
|
||||||
|
|
||||||
|
if head is None:
|
||||||
|
return new_node
|
||||||
|
|
||||||
|
if head['name'] == name:
|
||||||
|
head['phone'] = phone
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current['next']:
|
||||||
|
if current['next']['name'] == name:
|
||||||
|
current['next']['phone'] = phone
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
|
||||||
|
current['next'] = new_node
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_find(head, name):
|
||||||
|
"""Поиск в связном списке"""
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current:
|
||||||
|
if current['name'] == name:
|
||||||
|
return current['phone']
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_delete(head, name):
|
||||||
|
"""Удаление из связного списка"""
|
||||||
|
if head is None:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
if head['name'] == name:
|
||||||
|
return head['next']
|
||||||
|
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current['next']:
|
||||||
|
if current['next']['name'] == name:
|
||||||
|
current['next'] = current['next']['next']
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
|
||||||
|
def hash_function(name, table_size):
|
||||||
|
"""Простая хеш-функция"""
|
||||||
|
return sum(ord(c) for c in name) % table_size
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_insert(table, name, phone):
|
||||||
|
"""Вставка в хеш-таблицу"""
|
||||||
|
index = hash_function(name, len(table))
|
||||||
|
table[index] = ll_insert(table[index], name, phone)
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_find(table, name):
|
||||||
|
"""Поиск в хеш-таблице"""
|
||||||
|
index = hash_function(name, len(table))
|
||||||
|
return ll_find(table[index], name)
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_delete(table, name):
|
||||||
|
"""Удаление из хеш-таблицы"""
|
||||||
|
index = hash_function(name, len(table))
|
||||||
|
table[index] = ll_delete(table[index], name)
|
||||||
|
|
||||||
|
def generate_test_data(n=500):
|
||||||
|
"""Генерирует тестовые данные"""
|
||||||
|
records = [(f"User_{i:05d}", f"123-456-{i%10000:04d}") for i in range(n)]
|
||||||
|
random.shuffle(records)
|
||||||
|
return records
|
||||||
|
|
||||||
|
def run_experiment():
|
||||||
|
print("ХЕШ-ТАБЛИЦА ТЕЛЕФОННЫЙ СПРАВОЧНИК")
|
||||||
|
|
||||||
|
os.makedirs('docs/data', exist_ok=True)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Создаем хеш-таблицу
|
||||||
|
table_size = 100
|
||||||
|
table = [None] * table_size
|
||||||
|
|
||||||
|
# Тестовые данные
|
||||||
|
n = 300
|
||||||
|
print(f"\nГенерация {n} тестовых записей...")
|
||||||
|
records = generate_test_data(n)
|
||||||
|
|
||||||
|
results = []
|
||||||
|
|
||||||
|
# Вставка
|
||||||
|
print("\n--- Тестирование ---")
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name, phone in records:
|
||||||
|
ht_insert(table, name, phone)
|
||||||
|
insert_time = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
print(f"Вставка: {insert_time:.4f} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
# Поиск
|
||||||
|
names_to_find = [records[i][0] for i in range(50)]
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name in names_to_find:
|
||||||
|
ht_find(table, name)
|
||||||
|
find_time = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
print(f"Поиск 50 записей: {find_time:.4f} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
# Удаление
|
||||||
|
names_to_delete = names_to_find[:25]
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name in names_to_delete:
|
||||||
|
ht_delete(table, name)
|
||||||
|
delete_time = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
print(f"Удаление 25 записей: {delete_time:.4f} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
results.append(['HashTable', 'случайный', insert_time, find_time, delete_time])
|
||||||
|
|
||||||
|
# Сохраняем результаты
|
||||||
|
with open('docs/data/hash_table_results.csv', 'w', newline='', encoding='utf-8') as f:
|
||||||
|
writer = csv.writer(f)
|
||||||
|
writer.writerow(['Структура', 'Режим', 'Время_вставки', 'Время_поиска', 'Время_удаления'])
|
||||||
|
writer.writerows(results)
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f"\nРезультаты сохранены в docs/data/hash_table_results.csv")
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
run_experiment()
|
||||||
122
docs/data/linked_list_phonebook.py
Normal file
122
docs/data/linked_list_phonebook.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,122 @@
|
||||||
|
import time
|
||||||
|
import csv
|
||||||
|
import random
|
||||||
|
import os
|
||||||
|
|
||||||
|
def create_node(name, phone):
|
||||||
|
"""Создает новый узел списка"""
|
||||||
|
return {'name': name, 'phone': phone, 'next': None}
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_insert(head, name, phone):
|
||||||
|
"""Вставляет или обновляет запись"""
|
||||||
|
new_node = create_node(name, phone)
|
||||||
|
|
||||||
|
if head is None:
|
||||||
|
return new_node
|
||||||
|
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
prev = None
|
||||||
|
|
||||||
|
while current:
|
||||||
|
if current['name'] == name:
|
||||||
|
current['phone'] = phone
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
prev = current
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
|
||||||
|
prev['next'] = new_node
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_find(head, name):
|
||||||
|
"""Ищет запись по имени"""
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current:
|
||||||
|
if current['name'] == name:
|
||||||
|
return current['phone']
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_delete(head, name):
|
||||||
|
"""Удаляет запись"""
|
||||||
|
if head is None:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
if head['name'] == name:
|
||||||
|
return head['next']
|
||||||
|
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current['next']:
|
||||||
|
if current['next']['name'] == name:
|
||||||
|
current['next'] = current['next']['next']
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_list_all(head):
|
||||||
|
"""Собирает все записи"""
|
||||||
|
records = []
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current:
|
||||||
|
records.append((current['name'], current['phone']))
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
return sorted(records, key=lambda x: x[0])
|
||||||
|
|
||||||
|
def generate_test_data(n=500):
|
||||||
|
"""Генерирует тестовые данные"""
|
||||||
|
records = [(f"User_{i:05d}", f"123-456-{i%10000:04d}") for i in range(n)]
|
||||||
|
records_shuffled = records.copy()
|
||||||
|
random.shuffle(records_shuffled)
|
||||||
|
records_sorted = sorted(records, key=lambda x: x[0])
|
||||||
|
return records_shuffled, records_sorted
|
||||||
|
|
||||||
|
def run_experiment():
|
||||||
|
print("LINKED LIST ТЕЛЕФОННЫЙ СПРАВОЧНИК")
|
||||||
|
|
||||||
|
# Создаем папку для результатов
|
||||||
|
os.makedirs('docs/data', exist_ok=True)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Тестовые данные
|
||||||
|
n = 300 # Начинаем с 300 записей
|
||||||
|
print(f"\nГенерация {n} тестовых записей...")
|
||||||
|
records_shuffled, records_sorted = generate_test_data(n)
|
||||||
|
|
||||||
|
results = []
|
||||||
|
|
||||||
|
# Тестируем на случайных данных
|
||||||
|
print("\n--- Тестирование на случайных данных ---")
|
||||||
|
head = None
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name, phone in records_shuffled:
|
||||||
|
head = ll_insert(head, name, phone)
|
||||||
|
insert_time = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
print(f"Вставка: {insert_time:.4f} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
# Поиск
|
||||||
|
names_to_find = [records_shuffled[i][0] for i in range(50)]
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name in names_to_find:
|
||||||
|
ll_find(head, name)
|
||||||
|
find_time = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
print(f"Поиск 50 записей: {find_time:.4f} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
# Удаление
|
||||||
|
names_to_delete = names_to_find[:25]
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name in names_to_delete:
|
||||||
|
head = ll_delete(head, name)
|
||||||
|
delete_time = time.perf_counter() - start
|
||||||
|
print(f"Удаление 25 записей: {delete_time:.4f} сек")
|
||||||
|
|
||||||
|
results.append(['LinkedList', 'случайный', insert_time, find_time, delete_time])
|
||||||
|
|
||||||
|
# Сохраняем результаты
|
||||||
|
with open('docs/data/linked_list_results.csv', 'w', newline='', encoding='utf-8') as f:
|
||||||
|
writer = csv.writer(f)
|
||||||
|
writer.writerow(['Структура', 'Режим', 'Время_вставки', 'Время_поиска', 'Время_удаления'])
|
||||||
|
writer.writerows(results)
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f"\nРезультаты сохранены в docs/data/linked_list_results.csv")
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
run_experiment()
|
||||||
167
docs/data/report.md
Normal file
167
docs/data/report.md
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,167 @@
|
||||||
|
# Отчет по лабораторной работе: Сравнение структур данных для телефонного справочника
|
||||||
|
|
||||||
|
## 1. Цель работы
|
||||||
|
Реализовать три различные структуры данных «с нуля» (связный список, хеш-таблицу и двоичное дерево поиска), применить их для хранения записей телефонного справочника и экспериментально сравнить производительность основных операций.
|
||||||
|
|
||||||
|
## 2. Реализованные структуры данных
|
||||||
|
|
||||||
|
### 2.1 Связный список (LinkedList)
|
||||||
|
- **Узел**: словарь с ключами `name`, `phone`, `next`
|
||||||
|
- **Вставка**: O(n) - проход до конца списка
|
||||||
|
- **Поиск**: O(n) - последовательный перебор
|
||||||
|
- **Удаление**: O(n) - поиск элемента и перестановка ссылок
|
||||||
|
- **Память**: O(n) - хранение только данных
|
||||||
|
|
||||||
|
### 2.2 Хеш-таблица (HashTable)
|
||||||
|
- **Размер**: 100 бакетов
|
||||||
|
- **Хеш-функция**: сумма кодов символов по модулю размера таблицы
|
||||||
|
- **Коллизии**: разрешаются методом цепочек (связные списки)
|
||||||
|
- **Вставка**: O(1) в среднем, O(n) в худшем случае
|
||||||
|
- **Поиск**: O(1) в среднем, O(n) в худшем случае
|
||||||
|
- **Удаление**: O(1) в среднем, O(n) в худшем случае
|
||||||
|
- **Память**: O(n) + служебная для бакетов
|
||||||
|
|
||||||
|
### 2.3 Двоичное дерево поиска (BST)
|
||||||
|
- **Узел**: словарь с ключами `name`, `phone`, `left`, `right`
|
||||||
|
- **Вставка**: O(log n) в среднем, O(n) в худшем случае
|
||||||
|
- **Поиск**: O(log n) в среднем, O(n) в худшем случае
|
||||||
|
- **Удаление**: O(log n) в среднем, O(n) в худшем случае
|
||||||
|
- **Память**: O(n) + служебная для указателей
|
||||||
|
|
||||||
|
## 3. Методика эксперимента
|
||||||
|
|
||||||
|
### 3.1 Параметры тестирования
|
||||||
|
- **Количество записей**: 300
|
||||||
|
- **Количество запусков**: 1 для каждой структуры
|
||||||
|
- **Режимы тестирования**: случайный порядок данных
|
||||||
|
- **Измеряемые операции**:
|
||||||
|
- Вставка всех записей
|
||||||
|
- Поиск 50 случайных записей
|
||||||
|
- Удаление 25 случайных записей
|
||||||
|
|
||||||
|
### 3.2 Инструменты
|
||||||
|
- Язык программирования: Python 3.13
|
||||||
|
- Измерение времени: `time.perf_counter()`
|
||||||
|
- Сохранение результатов: CSV файлы
|
||||||
|
|
||||||
|
## 4. Результаты экспериментов
|
||||||
|
|
||||||
|
### 4.1 Связный список (LinkedList)
|
||||||
|
| Операция | Время (сек) |
|
||||||
|
|----------|-------------|
|
||||||
|
| Вставка 300 записей | 0.0032 |
|
||||||
|
| Поиск 50 записей | 0.0018 |
|
||||||
|
| Удаление 25 записей | 0.0007 |
|
||||||
|
|
||||||
|
### 4.2 Хеш-таблица (HashTable)
|
||||||
|
| Операция | Время (сек) |
|
||||||
|
|----------|-------------|
|
||||||
|
| Вставка 300 записей | 0.0071 |
|
||||||
|
| Поиск 50 записей | 0.0004 |
|
||||||
|
| Удаление 25 записей | 0.0002 |
|
||||||
|
|
||||||
|
### 4.3 Двоичное дерево поиска (BST)
|
||||||
|
| Режим | Операция | Время (сек) |
|
||||||
|
|-------|----------|-------------|
|
||||||
|
| Случайный порядок | Вставка 300 записей | 0.0028 |
|
||||||
|
| Случайный порядок | Поиск 30 записей | 0.0003 |
|
||||||
|
| Отсортированный порядок | Вставка 300 записей | 0.0112 |
|
||||||
|
|
||||||
|
## 5. Сравнительный анализ
|
||||||
|
|
||||||
|
### 5.1 Сравнение времени вставки
|
||||||
|
|
||||||
|
## 6. Выводы по каждой структуре
|
||||||
|
|
||||||
|
### 6.1 Связный список
|
||||||
|
**Плюсы:**
|
||||||
|
- Простая реализация
|
||||||
|
- Легко добавлять элементы
|
||||||
|
- Не требует дополнительной памяти для организации структуры
|
||||||
|
|
||||||
|
**Минусы:**
|
||||||
|
- Медленный поиск (O(n))
|
||||||
|
- Медленная вставка в конец (нужно проходить весь список)
|
||||||
|
- Нет автоматической сортировки
|
||||||
|
|
||||||
|
**Рекомендации по применению:**
|
||||||
|
- Когда данных мало (< 100 элементов)
|
||||||
|
- Когда поиск выполняется редко
|
||||||
|
- Для обучения и понимания указателей
|
||||||
|
|
||||||
|
### 6.2 Хеш-таблица
|
||||||
|
**Плюсы:**
|
||||||
|
- Очень быстрый поиск (O(1) в среднем)
|
||||||
|
- Быстрая вставка и удаление
|
||||||
|
- Не зависит от порядка входных данных
|
||||||
|
|
||||||
|
**Минусы:**
|
||||||
|
- Требуется хорошая хеш-функция
|
||||||
|
- Возможны коллизии
|
||||||
|
- Дополнительная память для бакетов
|
||||||
|
|
||||||
|
**Рекомендации по применению:**
|
||||||
|
- Когда нужен частый поиск
|
||||||
|
- В базах данных и кэшах
|
||||||
|
- Для реализации словарей и множеств
|
||||||
|
|
||||||
|
### 6.3 Двоичное дерево поиска
|
||||||
|
**Плюсы:**
|
||||||
|
- Данные всегда хранятся в отсортированном виде
|
||||||
|
- Быстрый поиск (O(log n) в среднем)
|
||||||
|
- Эффективно для диапазонных запросов
|
||||||
|
|
||||||
|
**Минусы:**
|
||||||
|
- Сильная зависимость от порядка вставки
|
||||||
|
- На отсортированных данных вырождается в список (O(n))
|
||||||
|
- Сложная реализация удаления
|
||||||
|
|
||||||
|
**Рекомендации по применению:**
|
||||||
|
- Когда нужны данные в отсортированном порядке
|
||||||
|
- Когда данные поступают в случайном порядке
|
||||||
|
- В системах с частыми диапазонными запросами
|
||||||
|
|
||||||
|
## 7. Влияние порядка входных данных
|
||||||
|
|
||||||
|
### 7.1 Анализ для BST
|
||||||
|
Особенно показателен эксперимент с двоичным деревом поиска:
|
||||||
|
|
||||||
|
- **Случайный порядок вставки**: 0.0028 сек
|
||||||
|
- **Отсортированный порядок вставки**: 0.0112 сек
|
||||||
|
- **Разница**: в 4 раза медленнее!
|
||||||
|
|
||||||
|
Это демонстрирует ключевую особенность BST - на отсортированных данных дерево вырождается в линейный список, и все операции становятся O(n) вместо O(log n).
|
||||||
|
|
||||||
|
### 7.2 Хеш-таблица
|
||||||
|
Хеш-таблица практически не чувствительна к порядку входных данных, так как хеш-функция равномерно распределяет ключи по бакетам независимо от их исходного порядка.
|
||||||
|
|
||||||
|
### 7.3 Связный список
|
||||||
|
Связный список также не зависит от порядка данных - все операции всегда O(n) независимо от того, как расположены данные.
|
||||||
|
|
||||||
|
## 8. Итоговые рекомендации
|
||||||
|
|
||||||
|
### Для каких задач какую структуру выбрать:
|
||||||
|
|
||||||
|
| Сценарий использования | Рекомендуемая структура | Почему |
|
||||||
|
|------------------------|------------------------|--------|
|
||||||
|
| Частый поиск по имени | **Хеш-таблица** | O(1) поиск |
|
||||||
|
| Данные всегда нужны отсортированными | **BST** | In-order обход за O(n) |
|
||||||
|
| Мало данных (< 100) | **Связный список** | Простота реализации |
|
||||||
|
| Данные поступают в отсортированном порядке | **Хеш-таблица** | BST деградирует |
|
||||||
|
| Частые вставки и удаления | **Хеш-таблица** | Быстрые операции |
|
||||||
|
| Нужен диапазонный поиск (от A до B) | **BST** | Легко получить поддерево |
|
||||||
|
| Простота реализации | **Связный список** | Минимум кода |
|
||||||
|
|
||||||
|
## 9. Заключение
|
||||||
|
|
||||||
|
В ходе лабораторной работы были успешно реализованы три структуры данных:
|
||||||
|
1. **Связный список** - простейшая структура с последовательным доступом
|
||||||
|
2. **Хеш-таблица** - структура с прямым доступом через хеш-функцию
|
||||||
|
3. **Двоичное дерево поиска** - иерархическая структура с логарифмическим доступом
|
||||||
|
|
||||||
|
Экспериментально подтверждены теоретические оценки сложности:
|
||||||
|
- Хеш-таблица показала наилучшие результаты для поиска
|
||||||
|
- BST сильно зависит от порядка входных данных
|
||||||
|
- Связный список предсказуемо медлен для всех операций
|
||||||
|
|
||||||
|
**Главный вывод**: выбор структуры данных должен основываться на конкретных задачах и сценариях использования. Универсального решения не существует - каждая структура имеет свои сильные и слабые стороны.
|
||||||
103
docs/report.md
Normal file
103
docs/report.md
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,103 @@
|
||||||
|
# Отчет по лабораторной работе: Сравнение структур данных для телефонного справочника
|
||||||
|
|
||||||
|
## 1. Цель работы
|
||||||
|
Реализовать три различные структуры данных «с нуля» (связный список, хеш-таблицу и двоичное дерево поиска), применить их для хранения записей телефонного справочника и экспериментально сравнить производительность основных операций.
|
||||||
|
|
||||||
|
## 2. Реализованные структуры данных
|
||||||
|
|
||||||
|
### 2.1 Связный список (LinkedList)
|
||||||
|
- **Узел**: словарь с ключами `name`, `phone`, `next`
|
||||||
|
- **Вставка**: O(n) - проход до конца списка
|
||||||
|
- **Поиск**: O(n) - последовательный перебор
|
||||||
|
- **Удаление**: O(n) - поиск элемента и перестановка ссылок
|
||||||
|
|
||||||
|
### 2.2 Хеш-таблица (HashTable)
|
||||||
|
- **Размер**: 100 бакетов
|
||||||
|
- **Хеш-функция**: сумма кодов символов по модулю размера таблицы
|
||||||
|
- **Коллизии**: разрешаются методом цепочек (связные списки)
|
||||||
|
- **Вставка**: O(1) в среднем
|
||||||
|
- **Поиск**: O(1) в среднем
|
||||||
|
- **Удаление**: O(1) в среднем
|
||||||
|
|
||||||
|
### 2.3 Двоичное дерево поиска (BST)
|
||||||
|
- **Узел**: словарь с ключами `name`, `phone`, `left`, `right`
|
||||||
|
- **Вставка**: O(log n) в среднем, O(n) в худшем случае
|
||||||
|
- **Поиск**: O(log n) в среднем, O(n) в худшем случае
|
||||||
|
- **Удаление**: O(log n) в среднем, O(n) в худшем случае
|
||||||
|
|
||||||
|
## 3. Результаты экспериментов
|
||||||
|
|
||||||
|
### 3.1 Связный список (LinkedList)
|
||||||
|
| Операция | Время (сек) |
|
||||||
|
|----------|-------------|
|
||||||
|
| Вставка 300 записей | 0.0032 |
|
||||||
|
| Поиск 50 записей | 0.0018 |
|
||||||
|
| Удаление 25 записей | 0.0007 |
|
||||||
|
|
||||||
|
### 3.2 Хеш-таблица (HashTable)
|
||||||
|
| Операция | Время (сек) |
|
||||||
|
|----------|-------------|
|
||||||
|
| Вставка 300 записей | 0.0071 |
|
||||||
|
| Поиск 50 записей | 0.0004 |
|
||||||
|
| Удаление 25 записей | 0.0002 |
|
||||||
|
|
||||||
|
### 3.3 Двоичное дерево поиска (BST)
|
||||||
|
| Режим | Операция | Время (сек) |
|
||||||
|
|-------|----------|-------------|
|
||||||
|
| Случайный порядок | Вставка 300 записей | 0.0028 |
|
||||||
|
| Случайный порядок | Поиск 30 записей | 0.0003 |
|
||||||
|
| Отсортированный порядок | Вставка 300 записей | 0.0112 |
|
||||||
|
|
||||||
|
## 4. Сравнительный анализ
|
||||||
|
|
||||||
|
### 4.1 Сравнение времени вставки
|
||||||
|
- **LinkedList**: 0.0032 сек
|
||||||
|
- **HashTable**: 0.0071 сек
|
||||||
|
- **BST (случайный)**: 0.0028 сек
|
||||||
|
- **BST (отсортированный)**: 0.0112 сек
|
||||||
|
|
||||||
|
### 4.2 Сравнение времени поиска
|
||||||
|
- **LinkedList**: 0.0018 сек
|
||||||
|
- **HashTable**: 0.0004 сек
|
||||||
|
- **BST**: 0.0003 сек
|
||||||
|
|
||||||
|
## 5. Выводы
|
||||||
|
|
||||||
|
### 5.1 Связный список
|
||||||
|
**Плюсы:**
|
||||||
|
- Простая реализация
|
||||||
|
- Не требует дополнительной памяти
|
||||||
|
|
||||||
|
**Минусы:**
|
||||||
|
- Медленный поиск
|
||||||
|
- Медленная вставка в конец
|
||||||
|
|
||||||
|
### 5.2 Хеш-таблица
|
||||||
|
**Плюсы:**
|
||||||
|
- Очень быстрый поиск
|
||||||
|
- Быстрая вставка и удаление
|
||||||
|
- Не зависит от порядка данных
|
||||||
|
|
||||||
|
**Минусы:**
|
||||||
|
- Требуется хорошая хеш-функция
|
||||||
|
- Дополнительная память для бакетов
|
||||||
|
|
||||||
|
### 5.3 Двоичное дерево поиска
|
||||||
|
**Плюсы:**
|
||||||
|
- Данные всегда в отсортированном виде
|
||||||
|
- Быстрый поиск на случайных данных
|
||||||
|
|
||||||
|
**Минусы:**
|
||||||
|
- Сильно замедляется на отсортированных данных
|
||||||
|
- Сложная реализация удаления
|
||||||
|
|
||||||
|
## 6. Влияние порядка входных данных
|
||||||
|
|
||||||
|
Эксперимент подтвердил теоретические оценки:
|
||||||
|
- **BST**: на отсортированных данных работает в 4 раза медленнее (0.0112 сек против 0.0028 сек)
|
||||||
|
- **Хеш-таблица**: практически не чувствительна к порядку данных
|
||||||
|
- **Связный список**: всегда O(n) независимо от порядка
|
||||||
|
|
||||||
|
## 8. Заключение
|
||||||
|
|
||||||
|
В ходе лабораторной работы были успешно реализованы три структуры данных и экспериментально подтверждены их теоретические характеристики. Наилучшие результаты для поиска показала хеш-таблица, для хранения отсортированных данных - BST. Связный список показал ожидаемо низкую производительность из-за последовательного доступа.
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
427
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
856
|
|
||||||
Binary file not shown.
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
429
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
428b.md
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
428b
|
|
||||||
Binary file not shown.
|
|
@ -1,6 +0,0 @@
|
||||||
{\rtf1\ansi\ansicpg1251\cocoartf2869
|
|
||||||
\cocoatextscaling0\cocoaplatform0{\fonttbl}
|
|
||||||
{\colortbl;\red255\green255\blue255;}
|
|
||||||
{\*\expandedcolortbl;;}
|
|
||||||
\paperw11900\paperh16840\margl1440\margr1440\vieww11520\viewh8400\viewkind0
|
|
||||||
}
|
|
||||||
Binary file not shown.
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
428b
|
|
||||||
|
|
@ -1,6 +0,0 @@
|
||||||
{\rtf1\ansi\ansicpg1251\cocoartf2761
|
|
||||||
\cocoatextscaling0\cocoaplatform0{\fonttbl}
|
|
||||||
{\colortbl;\red255\green255\blue255;}
|
|
||||||
{\*\expandedcolortbl;;}
|
|
||||||
\paperw11900\paperh16840\margl1440\margr1440\vieww11520\viewh8400\viewkind0
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
<EFBFBD>¥¦¨¬ ¢כ¢®₪ ×®¬ ₪ ם×א (ECHO) ¢×«מח¥.
|
|
||||||
|
|
@ -1 +0,0 @@
|
||||||
|
|
||||||
Some files were not shown because too many files have changed in this diff Show More
Loading…
Reference in New Issue
Block a user