Книга: Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi

Вторая простая реализация

Вторая простая реализация

Однако при наличии большого количества элементов или при добавлении и удалении из очереди большого количества элементов она оказывается не столь эффективной, как хотелось бы. Уверен, что читатели сразу подумали об одном возможном способе повышения эффективности: поддержании структуры TList в порядке приоритетов. Иначе говоря, о поддержании ее в отсортированном виде в ходе всех добавлений. По существу, это усовершенствование означает перенос реальной задачи поддержания очереди из операции удаления элемента в операцию вставки элемента. При добавлении элемента необходимо найти для него правильную позицию внутри структуры TList после всех элементов с более низким приоритетом и перед всеми элементами с более высоким приоритетом. В случае выполнения этой дополнительной задачи на этапе добавления все элементы структуры TList будут размещены в порядке своих приоритетов и, следовательно, при удалении элемента потребуется всего лишь удалить последний элемент структуры. Фактически, при этом удаление превращается в операцию типа O(1) (нам точно известно, где расположен элемент с наивысшим приоритетом - он находится в конце очереди, поэтому удаление не зависит от количества элементов).

Вычисление времени, которое требуется для вставки в этот отсортированный список TList, несколько сложнее. Этот процесс проще всего представить сортировкой простыми вставками (которая была описана в главе 5). Мы увеличиваем размер TList на один элемент, а затем, подобно четкам, по одному перемещаем элементы на свободное место, начиная с конца структуры TList. Процесс прекращается по достижении элемента, приоритет которого ниже приоритета элемента, который мы пытаемся вставить. В результате в структуре TList образуется "пробел", в который можно поместить новый элемент. В структуре TList, содержащей n элементов, в среднем придется переместить nil элементов. Следовательно, вставка является операцией типа O(n) (т.е. требуемое для ее выполнения время снова пропорционально количеству элементов в очереди), хотя это усовершенствование позволяет несколько уменьшить время выполнения операции по сравнению с предыдущей реализацией. Пример кода выполнения этих двух операций в описанной структуре данных приведен в листинге 9.2.

Листинг 9.2. Очередь по приоритету, в которой используется отсортированная структура данных TList

type

TtdSimplePriQueue2 = class private

FCompare : TtdCompareFunc;

FList : TList;

protected

function pqGetCount : integer;

public

constructor Create(aCompare : TtdCompareFunc);

destructor Destroy; override;

function Dequeue : pointer;

procedure Enqueue(aItem : pointer);

property Count : integer read pqGetCount;

end;

constructor TtdSimplePriQueue2.Create(aCompare : TtdCompareFunc);

begin

inherited Create;

FCompare := aCompare;

FList := TList.Create;

end;

destructor TtdSimplePriQueue2.Destroy;

begin

FList.Free;

inherited Destroy;

end;

function TtdSimplePriQueue2.Dequeue : pointer;

begin

Result := FList.Last;

FList.Count := FList.Count - 1;

end;

procedure TtdSimplePriQueue2.Enqueue(aItem : pointer);

var

Inx : integer;

begin

{увеличить количество элементов в списке}

FList.Count := FList.Count + 1;

{определить место помещения нового элемента}

Inx := FList.Count -2;

while (Inx>= 0) and (FCompare(FList.List^ [Inx], aItem) > 0) do

begin

FList.List^[Inx+ 1] := FList.List^[Inx];

dec(Inx);

end;

{поместить элемент в эту позицию}

FList.List^[Inx+1] := aItem

end;

function TtdSimplePriQueue2.pqGetCount : integer;

begin

Result := FList.Count;

end;

Исходный код класса TtdSimplePriQueue2 можно найти на Web-сайте издательства, в разделе материалов. После выгрузки материалов отыщите среди них файл TDPriQue.pas.

В ходе разработки и создания этой усовершенствованной очереди по приоритету мы перешли от быстрой вставки/медленного удаления к медленной вставке/быстрому удалению. Нельзя ли воспользоваться более эффективным алгоритмом?

Еще одна возможность предполагает полный отказ от использования структуры TList и переход к другой структуре данных: дереву двоичного поиска, описанному в главе 8, или списку с пропусками, описанному в главе 6. При использовании обеих этих структур данных и вставка и удаление являются операциями типа O(log(n)). Иначе говоря, время, требуемое как для вставки, так и для удаления элемента, пропорционально логарифму числа элементов в структуре. Однако применение обеих этих структур данных сопряжено с некоторыми сложностями. В отношении списка с пропусками это связано с его вероятностной структурой, а в отношении дерева двоичного поиска - потому, что в ходе вставки и удаления необходимо заботиться о балансировке результирующего дерева. Существует ли какая-то более простая структура данных?

Оглавление книги