5.5 KiB
Отчёт по заданию 1 — структуры данных
Цель работы
Реализовать три структуры данных с нуля в процедурном стиле:
- связный список;
- хеш-таблицу;
- двоичное дерево поиска.
Также были выполнены измерения времени для операций insert, find, delete и построены графики по результатам эксперимента.
Реализованные структуры
Связный список
Узел хранится как словарь:
{"name": "Имя", "phone": "123", "next": None}
Хеш-таблица
Хранится как список бакетов фиксированной длины, где каждый бакет — голова связного списка или None.
Двоичное дерево поиска
Узел хранится как словарь:
{"name": "Имя", "phone": "123", "left": None, "right": None}
Для BST использованы итеративные операции, чтобы корректно работать и на отсортированных данных.
Методика эксперимента
- Количество записей:
N = 10000 - Режимы данных:
- случайный порядок;
- отсортированный порядок.
- Каждое измерение повторялось 5 раз.
- В CSV сохранены:
- все отдельные замеры;
- среднее время для каждой операции, структуры и режима.
Операции:
- вставка всех записей;
- поиск 100 существующих и 10 отсутствующих имён;
- удаление 50 случайных имён.
Графики
Средние результаты
| Режим | Операция | LinkedList | HashTable | BST | Лучший результат |
|---|---|---|---|---|---|
| случайный | insert | 3.949566 | 0.208964 | 0.018028 | BST |
| случайный | find | 0.033693 | 0.001534 | 0.000190 | BST |
| случайный | delete | 0.016076 | 0.000727 | 0.000102 | BST |
| отсортированный | insert | 2.998378 | 0.208710 | 4.163651 | HashTable |
| отсортированный | find | 0.023923 | 0.001819 | 0.037987 | HashTable |
| отсортированный | delete | 0.011258 | 0.000863 | 0.019363 | HashTable |
Анализ результатов
Влияние порядка входных данных на BST
На случайных данных BST работает значительно быстрее, чем на отсортированных. Это связано с тем, что при случайной вставке дерево остаётся ближе к сбалансированному состоянию.
На отсортированных данных дерево вырождается в цепочку, поэтому вставка становится медленной, а поиск и удаление тоже деградируют по времени.
Почему хеш-таблица почти не чувствительна к порядку
Хеш-таблица распределяет элементы по бакетам через хеш-функцию, поэтому сам порядок входа почти не влияет на скорость. Влияние может появляться только из-за коллизий, но в целом поведение остаётся близким к постоянному времени.
Почему связный список всегда медленен при поиске
Поиск в связном списке выполняется последовательным просмотром элементов. Поэтому при большом количестве записей приходится проходить много узлов, и операция остаётся линейной по времени.
Как удаление работает в каждой структуре
- В связном списке нужно сначала найти нужный узел, затем переназначить ссылку.
- В хеш-таблице сначала выбирается бакет, затем удаление выполняется внутри короткой цепочки.
- В BST удаление зависит от числа потомков: если потомок один или ноль, операция простая; если два — нужно найти преемника.
Вывод
Для частых вставок и особенно частого поиска в реальной задаче чаще всего лучше подходит хеш-таблица.
Если важно получать данные в отсортированном виде, удобнее использовать BST.
Связный список подходит для маленьких объёмов данных или очень простых сценариев, но при большом числе записей он проигрывает по скорости поиска.