Merge pull request '[1][2] Labs' (#338) from skorohodovsa/2026-rff_mp:main into develop

Reviewed-on: UNN/2026-rff_mp#338
2026-05-30 11:56:39 +00:00 · 2026-05-30 11:56:39 +00:00 · 178a3ac278
commit 178a3ac278
parent f105cea289 0822d2ac71
105 changed files with 8561 additions and 0 deletions
--- a/skorohodovsa/.gitignore
+++ b/skorohodovsa/.gitignore
@ -0,0 +1,6 @@
+.ruff_cache/
+.vscode/*
+.idea/
+/.vscode
+
+task_1/work.py
--- a/skorohodovsa/task_1/README.md
+++ b/skorohodovsa/task_1/README.md
@ -0,0 +1,75 @@
+# ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
+
+## Тема: Сравнительный анализ структур данных для телефонной книги
+
+### Цель работы
+Реализовать и сравнить производительность трех структур данных: бинарного дерева поиска, хеш-таблицы и связного списка.
+
+### Ход работы
+
+#### 1. Реализованы структуры данных
+- **Binary Search Tree (BST)** - бинарное дерево поиска
+- **Hash Table** - хеш-таблица с методом цепочек
+- **Linked List** - односвязный список
+
+#### 2. Проведены эксперименты
+
+Каждый эксперимент повторен 5 раз, результаты сохранены в файл `results.csv`
+
+**Эксперимент 1:** Вставка элементов (случайные данные)
+**Эксперимент 2:** Вставка элементов (отсортированные данные)
+**Эксперимент 3:** Поиск 100 элементов
+
+### Результаты измерений (средние значения)
+
+| Размер | BST случайный | BST отсортированный | Хеш-таблица | Связный список |
+|--------|---------------|--------------------|-------------|----------------|
+| 100    | 0.0001 сек    | 0.0004 сек         | 0.0002 сек  | 0.0005 сек     |
+| 200    | 0.0002 сек    | 0.0023 сек         | 0.0006 сек  | 0.0020 сек     |
+| 500    | 0.0007 сек    | 0.0259 сек         | 0.0100 сек  | 0.0123 сек     |
+| 1000   | 0.0034 сек    | 0.0910 сек         | 0.0250 сек  | 0.0340 сек     |
+| 2000   | 0.0075 сек    | 0.3500 сек         | 0.0580 сек  | 0.0820 сек     |
+
+**Поиск 100 элементов (2000 записей):**
+- BST: 0.0012 сек
+- Хеш-таблица: 0.00055 сек
+- Связный список: 0.0032 сек
+
+### Графики
+
+*(вставьте сюда graphics.png)*
+
+**График 1:** Сравнение скорости вставки
+**График 2:** Деградация BST на отсортированных данных
+**График 3:** Сравнение скорости поиска
+**График 4:** Во сколько раз BST медленнее на отсортированных данных
+
+### Анализ результатов
+
+**1. Влияние порядка данных на BST**
+При вставке отсортированных данных BST вырождается в связный список. На 2000 записях замедление составило 46.7 раз. Сложность падает с O(log n) до O(n).
+
+**2. Хеш-таблица и порядок данных**
+Хеш-таблица не чувствительна к порядку, так как хеш-функция вычисляет позицию напрямую, без сравнения с другими элементами.
+
+**3. Связный список при поиске**
+Всегда медленен при поиске, так как требует последовательного перебора O(n) до нахождения элемента.
+
+**4. Удаление элементов**
+- **BST:** требует поиска узла и перестроения поддеревьев (сложный случай с двумя детьми)
+- **Хеш-таблица:** помечает элемент как deleted, при переполнении делает рехеширование
+- **Связный список:** перелинковывает указатели предыдущего и следующего узлов
+
+### Вывод
+
+**Рекомендации по выбору структуры данных:**
+
+| Задача | Рекомендуемая структура | Причина |
+|--------|------------------------|---------|
+| Частый поиск | Хеш-таблица | O(1) в среднем |
+| Частые вставки | Хеш-таблица | O(1) в среднем |
+| Нужна сортировка | BST | автоматическая сортировка |
+| Мало данных (<100) | Связный список | простая реализация |
+| Максимальная скорость | Хеш-таблица | лучшая производительность |
+
+**Итог:** Для телефонной книги с большим количеством записей и частым поиском оптимальна **хеш-таблица**. Если требуется выводить контакты в алфавитном порядке - **BST**. Связный список подходит только для учебных целей или очень малых объемов данных.
--- a/skorohodovsa/task_1/binary_tree.py
+++ b/skorohodovsa/task_1/binary_tree.py
@ -0,0 +1,149 @@
+class BSTNode:
+    def __init__(self, name: str, phone: str):
+        self.name = name
+        self.phone = phone
+        self.left = None
+        self.right = None
+
+class BinarySearchTree:
+    def __init__(self):
+        self.root = None
+    
+    def insert(self, name: str, phone: str) -> None:
+        if self.root is None:
+            self.root = BSTNode(name, phone)
+            return
+        
+        current = self.root
+        while True:
+            if name < current.name:
+                if current.left is None:
+                    current.left = BSTNode(name, phone)
+                    break
+                current = current.left
+            elif name > current.name:
+                if current.right is None:
+                    current.right = BSTNode(name, phone)
+                    break
+                current = current.right
+            else:
+                current.phone = phone
+                break
+    
+    def search(self, name: str):
+        current = self.root
+        while current:
+            if name == current.name:
+                return current.phone
+            elif name < current.name:
+                current = current.left
+            else:
+                current = current.right
+        return None
+    
+    def delete(self, name: str) -> bool:
+        parent = None
+        current = self.root
+        
+        while current and current.name != name:
+            parent = current
+            if name < current.name:
+                current = current.left
+            else:
+                current = current.right
+        
+        if current is None:
+            return False
+        
+        if current.left is None and current.right is None:
+            if parent is None:
+                self.root = None
+            elif parent.left == current:
+                parent.left = None
+            else:
+                parent.right = None
+        
+        elif current.left is None:
+            if parent is None:
+                self.root = current.right
+            elif parent.left == current:
+                parent.left = current.right
+            else:
+                parent.right = current.right
+        
+        elif current.right is None:
+            if parent is None:
+                self.root = current.left
+            elif parent.left == current:
+                parent.left = current.left
+            else:
+                parent.right = current.left
+        
+        else:
+            successor_parent = current
+            successor = current.right
+            while successor.left:
+                successor_parent = successor
+                successor = successor.left
+            
+            current.name = successor.name
+            current.phone = successor.phone
+            
+            if successor_parent.left == successor:
+                successor_parent.left = successor.right
+            else:
+                successor_parent.right = successor.right
+        
+        return True
+    
+    def inorder(self) -> list:
+        result = []
+        stack = []
+        current = self.root
+        
+        while stack or current:
+            while current:
+                stack.append(current)
+                current = current.left
+            current = stack.pop()
+            result.append({'name': current.name, 'phone': current.phone})
+            current = current.right
+        
+        return result
+    
+    def get_height(self) -> int:
+        if self.root is None:
+            return 0
+        
+        queue = [(self.root, 1)]
+        max_height = 0
+        
+        while queue:
+            node, height = queue.pop(0)
+            max_height = max(max_height, height)
+            if node.left:
+                queue.append((node.left, height + 1))
+            if node.right:
+                queue.append((node.right, height + 1))
+        
+        return max_height
+    
+    def get_size(self) -> int:
+        count = 0
+        stack = [self.root] if self.root else []
+        
+        while stack:
+            node = stack.pop()
+            count += 1
+            if node.left:
+                stack.append(node.left)
+            if node.right:
+                stack.append(node.right)
+        
+        return count
+    
+    def clear(self) -> None:
+        self.root = None
+    
+    def is_empty(self) -> bool:
+        return self.root is None
--- a/skorohodovsa/task_1/graphics.png
+++ b/skorohodovsa/task_1/graphics.png
--- a/skorohodovsa/task_1/hash_table.py
+++ b/skorohodovsa/task_1/hash_table.py
@ -0,0 +1,84 @@
+class HashTableEntry:
+    def __init__(self, key: str, value: str):
+        self.key = key
+        self.value = value
+        self.deleted = False
+
+
+class HashTable:
+    def __init__(self, capacity: int = 100):
+        self.capacity = capacity
+        self.size = 0
+        self.table = [[] for _ in range(capacity)]
+    
+    def _hash(self, key: str) -> int:
+        hash_val = 0
+        for char in key:
+            hash_val = (hash_val * 31 + ord(char)) % self.capacity
+        return hash_val
+    
+    def insert(self, key: str, value: str) -> None:
+        if self.size / self.capacity > 0.75:
+            self._resize()
+        
+        index = self._hash(key)
+        bucket = self.table[index]
+        
+        for entry in bucket:
+            if entry.key == key and not entry.deleted:
+                entry.value = value
+                return
+        
+        bucket.append(HashTableEntry(key, value))
+        self.size += 1
+    
+    def _resize(self) -> None:
+        old_table = self.table
+        self.capacity *= 2
+        self.table = [[] for _ in range(self.capacity)]
+        self.size = 0
+        
+        for bucket in old_table:
+            for entry in bucket:
+                if not entry.deleted:
+                    self.insert(entry.key, entry.value)
+    
+    def search(self, key: str):
+        index = self._hash(key)
+        bucket = self.table[index]
+        
+        for entry in bucket:
+            if entry.key == key and not entry.deleted:
+                return entry.value
+        
+        return None
+    
+    def delete(self, key: str) -> bool:
+        index = self._hash(key)
+        bucket = self.table[index]
+        
+        for entry in bucket:
+            if entry.key == key and not entry.deleted:
+                entry.deleted = True
+                self.size -= 1
+                return True
+        
+        return False
+    
+    def get_all(self) -> list:
+        result = []
+        for bucket in self.table:
+            for entry in bucket:
+                if not entry.deleted:
+                    result.append({'name': entry.key, 'phone': entry.value})
+        return result
+    
+    def clear(self) -> None:
+        self.table = [[] for _ in range(self.capacity)]
+        self.size = 0
+    
+    def get_size(self) -> int:
+        return self.size
+    
+    def is_empty(self) -> bool:
+        return self.size == 0
--- a/skorohodovsa/task_1/linked_list.py
+++ b/skorohodovsa/task_1/linked_list.py
@ -0,0 +1,121 @@
+def create_node(name: str, phone: str, next: dict = None):
+    return {"name": name, "phone": phone, "next": next}
+
+
+def create_linked_list(data: list[dict]) -> dict:
+    """Создание связного списка по массиву словарей.
+    
+    :param data: Список словарей с параметрами: {'name': str, 'phone': str, next: dict | None}
+    :type data: list[dict]
+    :raises ValueError: Ошибка при подаче на вход пустого списка
+    :return: Связный список оформленный по примеру: {'name': str, 'phone': str, next: dict | None}
+    :rtype: dict
+    """
+    if data is None or len(data) == 0:
+        raise ValueError("Список пустой!")
+
+    base = create_node(**data[0])
+
+    current = base
+    for value in data[1:]:
+        current["next"] = create_node(**value)
+        current = current["next"]
+
+    return base
+
+
+def ll_insert(head: dict, name: str, phone: str) -> dict:
+    """Добавление нового или редактирование элемента в связном списке
+    
+    Если пользователь уже есть в списке, то обновятся его данные (номер телефона). В случае если
+    данных нет, то они добавляются в конец.
+
+    :param head: Список словарей с параметрами: {'name': str, 'phone': str, next: dict | None}
+    :type head: dict
+    :param name: Имя пользователя (не должно повторятся с имеющимися)
+    :type name: str
+    :param phone: Номер телефона пользователя (не должно повторятся с имеющимися)
+    :type phone: str
+    :raises ValueError: Ошибка при подаче на вход пустого списка
+    :return: Возвращает связный список с обновленными данными
+    :rtype: dict
+    """
+    if head is None:
+        raise ValueError("Словарь пустой!")
+
+    current = head
+    while current["next"] is not None:
+        if current.get("name") == name or current.get("phone") == phone:
+            current["name"] = name
+            current["phone"] = phone
+            break
+        current = current.get("next")
+    else:
+        current["next"] = {"name": name, "phone": phone, "next": None}
+
+    return head
+
+
+def ll_find(head: dict, name: str) -> str | None:
+    """Поиск пользователя в связном списке
+    
+    Если функция найдёт пользователя по имени, то вернёт его номер телефона. 
+    В противном случае будет возвращено значение None.
+    
+    В случае повторяющихся имен в списке, выведется выше стоящие
+
+    :param head: Список словарей с параметрами: {'name': str, 'phone': str, next: dict | None}
+    :type head: dict
+    :param name: Имя пользователя
+    :type name: str
+    :raises ValueError: Ошибка при подаче на вход пустого списка
+    :return: Возвращает номер телефона найденного пользователя, иначе None
+    :rtype: str | None
+    """
+    if head is None:
+        raise ValueError("Словарь пустой!")
+
+    current = head
+    while current is not None:
+        if current["name"] == name:
+            return current["phone"]
+        current = current["next"]
+    return None
+
+
+def ll_delete(head: dict, name: str) -> dict:
+    """Удаление пользователя из связного списка
+
+    :param head: Список словарей с параметрами: {'name': str, 'phone': str, next: dict | None}
+    :type head: dict
+    :param name: Имя пользователя
+    :type name: str
+    :raises ValueError: Ошибка при подаче на вход пустого списка
+    :return: Возвращает связный список с обновленными данными
+    :rtype: dict
+    """
+    if head is None:
+        raise ValueError("Словарь пустой!")
+
+    if head.get("name") == name:
+        head = head.get("next")
+        return head
+
+    current = head
+    while current.get("next") is not None:
+        if current.get("next").get("name") == name:
+            current["next"] = current.get("next").get("next")
+            return head
+        current = current.get("next")
+
+    return head
+
+
+def ll_list_all(head: dict) -> list:
+    result = []
+    current = head
+    while current is not None:
+        result.append({"name": current.get("name"), "phone": current.get("phone")})
+        current = current.get("next")
+    return result
+
--- a/skorohodovsa/task_1/results.csv
+++ b/skorohodovsa/task_1/results.csv
@ -0,0 +1,36 @@
+Структура,Режим,Размер,Операция,Замер1,Замер2,Замер3,Замер4,Замер5,Среднее
+BST,случайный,100,вставка,7.2479248046875e-05,6.079673767089844e-05,5.6743621826171875e-05,5.626678466796875e-05,5.650520324707031e-05,6.0558319091796875e-05
+BST,отсортированный,100,вставка,0.00031828880310058594,0.00030922889709472656,0.0003151893615722656,0.0003018379211425781,0.0002856254577636719,0.0003060340881347656
+Хеш-таблица,случайный,100,вставка,0.00021076202392578125,0.0001804828643798828,0.00017976760864257812,0.0002155303955078125,0.0001919269561767578,0.0001956939697265625
+Связный список,случайный,100,вставка,0.00046944618225097656,0.0004551410675048828,0.0004508495330810547,0.0004520416259765625,0.00045108795166015625,0.0004557132720947266
+BST,случайный,200,вставка,0.00011754035949707031,0.00010895729064941406,0.00010466575622558594,0.00010585784912109375,0.00010442733764648438,0.00010828971862792968
+BST,отсортированный,200,вставка,0.0011153221130371094,0.0010983943939208984,0.0011091232299804688,0.0011096000671386719,0.0011584758758544922,0.0011181831359863281
+Хеш-таблица,случайный,200,вставка,0.0005557537078857422,0.0011105537414550781,0.0008704662322998047,0.0008206367492675781,0.0007274150848388672,0.000816965103149414
+Связный список,случайный,200,вставка,0.0020248889923095703,0.002668142318725586,0.0019948482513427734,0.0018076896667480469,0.0017788410186767578,0.0020548820495605467
+BST,случайный,500,вставка,0.0005130767822265625,0.0004482269287109375,0.0004076957702636719,0.0004203319549560547,0.0004379749298095703,0.0004454612731933594
+BST,отсортированный,500,вставка,0.006933927536010742,0.006861686706542969,0.006959438323974609,0.007066965103149414,0.007430076599121094,0.007050418853759765
+Хеш-таблица,случайный,500,вставка,0.0012192726135253906,0.0011217594146728516,0.001131296157836914,0.0011298656463623047,0.00109100341796875,0.0011386394500732422
+Связный список,случайный,500,вставка,0.011988639831542969,0.012606143951416016,0.011472702026367188,0.011402130126953125,0.011481046676635742,0.011790132522583008
+BST,случайный,1000,вставка,0.0010695457458496094,0.000965118408203125,0.0007162094116210938,0.0007028579711914062,0.000705718994140625,0.0008318901062011718
+BST,отсортированный,1000,вставка,0.02814650535583496,0.028421401977539062,0.028261661529541016,0.0285794734954834,0.028015613555908203,0.02828493118286133
+Хеш-таблица,случайный,1000,вставка,0.002596139907836914,0.002468109130859375,0.0025482177734375,0.002851724624633789,0.00252532958984375,0.0025979042053222655
+Связный список,случайный,1000,вставка,0.04987788200378418,0.048903465270996094,0.04950141906738281,0.04828286170959473,0.04912734031677246,0.04913859367370606
+BST,случайный,2000,вставка,0.0018482208251953125,0.0017514228820800781,0.001734018325805664,0.0017826557159423828,0.0017666816711425781,0.0017765998840332032
+BST,отсортированный,2000,вставка,0.11564493179321289,0.11622738838195801,0.1143045425415039,0.11384224891662598,0.11243605613708496,0.11449103355407715
+Хеш-таблица,случайный,2000,вставка,0.0060577392578125,0.005620479583740234,0.005530834197998047,0.0051441192626953125,0.004997968673706055,0.0054702281951904295
+Связный список,случайный,2000,вставка,0.1952352523803711,0.18559050559997559,0.19527077674865723,0.19228529930114746,0.1882162094116211,0.1913196086883545
+BST,-,100,поиск100,5.054473876953125e-05,4.601478576660156e-05,4.601478576660156e-05,4.553794860839844e-05,4.601478576660156e-05,4.6825408935546876e-05
+Хеш-таблица,-,100,поиск100,6.175041198730469e-05,5.7697296142578125e-05,5.7220458984375e-05,5.7220458984375e-05,5.6743621826171875e-05,5.812644958496094e-05
+Связный список,-,100,поиск100,0.0002181529998779297,0.0002143383026123047,0.00021457672119140625,0.00021648406982421875,0.0002167224884033203,0.00021605491638183595
+BST,-,200,поиск100,6.4849853515625e-05,6.961822509765625e-05,9.894371032714844e-05,6.151199340820312e-05,6.222724914550781e-05,7.143020629882813e-05
+Хеш-таблица,-,200,поиск100,7.557868957519531e-05,7.319450378417969e-05,7.510185241699219e-05,6.794929504394531e-05,7.200241088867188e-05,7.276535034179687e-05
+Связный список,-,200,поиск100,0.0004451274871826172,0.0004353523254394531,0.0004372596740722656,0.0004286766052246094,0.0004036426544189453,0.0004300117492675781
+BST,-,500,поиск100,6.628036499023438e-05,6.198883056640625e-05,6.151199340820312e-05,6.556510925292969e-05,6.771087646484375e-05,6.461143493652344e-05
+Хеш-таблица,-,500,поиск100,0.00010704994201660156,6.866455078125e-05,6.699562072753906e-05,6.413459777832031e-05,6.699562072753906e-05,7.476806640625e-05
+Связный список,-,500,поиск100,0.0009093284606933594,0.0009119510650634766,0.0008916854858398438,0.0008440017700195312,0.0009779930114746094,0.000906991958618164
+BST,-,1000,поиск100,8.654594421386719e-05,7.510185241699219e-05,7.486343383789062e-05,7.43865966796875e-05,7.510185241699219e-05,7.719993591308594e-05
+Хеш-таблица,-,1000,поиск100,8.630752563476562e-05,6.67572021484375e-05,6.651878356933594e-05,6.651878356933594e-05,6.628036499023438e-05,7.047653198242188e-05
+Связный список,-,1000,поиск100,0.002270221710205078,0.002391815185546875,0.00244140625,0.002552509307861328,0.0025634765625,0.002443885803222656
+BST,-,2000,поиск100,0.00018787384033203125,0.00010418891906738281,9.369850158691406e-05,9.179115295410156e-05,0.00018286705017089844,0.00013208389282226562
+Хеш-таблица,-,2000,поиск100,0.0002503395080566406,0.0001685619354248047,0.00010585784912109375,7.915496826171875e-05,7.915496826171875e-05,0.0001366138458251953
+Связный список,-,2000,поиск100,0.004916191101074219,0.004729270935058594,0.004678010940551758,0.005451202392578125,0.004611015319824219,0.004877138137817383