Rozdíly

Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.

--- informatika:maturita:21a [21. 02. 2015, 17.33] – xmrnustik
+++ informatika:maturita:21a [17. 02. 2026, 21.03] (aktuální) – xwolf4
@@ Řádek 1: / Řádek 1: @@
 ====== Fronta a zásobník ======
+Tyto datové struktury si lze vyzkoušet na této [[https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/Algorithms.html|stránce]].
-= způsoby dočasného uložení dat v rámci  programu
+Fronta i zásobník jsou 2 principiálně velmi podobné způsoby dočasného uložení dat v rámci programu. Používají se v případech, kdy je třeba postupně projít všechny prvky dat, a to právě jednou.
-===== Základní funkce obou =====
+Fronta a zásobník jsou centrální datové struktury algoritmů vyhledávání do šířky (BFS) a vyhledávání do hloubky (DFS). Jediným rozdílem mezi těmito algoritmy je použitá datová struktura.
-**push(co)** - slouží k vložení dat
+===== Základní funkce =====
-**pop()** nebo také **pull()** - slouží k získání dat, které jsou právě na řadě
+  * **push(objekt)** – vkládá nová data do řady
+  * **pop()** nebo také **pull()** – získá data, která jsou právě na řadě
+===== Fronta (queue) =====
-===== Fronta =====
+Funguje na principu **FIFO** (first in first out), to znamená, že si frontu můžeme představit třeba jako frontu na úřadu práce. Lidé (data) se řadí po příchodu do fronty a ve stejném pořadí se i dostanou na řadu (data jsou tedy dříve vrácena).
-(anglicky queue)
-Funguje na principu **FIFO** (first in first out), to znamená, že si frontu můžeme představit třeba jako frontu na úřadu práce. Lidé (data), kteří příjdou dříve, přijdou na řadu první(jsou vrácena dříve).
+Jsou potřeba dva ukazatele: front (zde jsou odebírána data) a rear (zde jsou data vkládána)
 ==== Metody Implementace ====
-=== Pomocí statického pole ===
-Řešení pomocí statického pole funguje tak, že si vytvoříme **pole** a v rámci funkce push dáváme data do pole a ve funkci pop vždy vezmeme první položku a ostatní posuneme o jedno místo dopředu.
+=== Cyklické pole ===
+Při volání funkce pop() opět získáme data, ale tentokrát hodnotu rear ukazatele ponecháváme a naopak se zvyšuje hodnota ukazatele front. Celá fronta je navíc skutečně cyklická, takže v situaci kdy se uvolní prostor z původního "začátku" fronty, může být znova zaplňen na jejím konci.
-Nevýhodou tohoto způsobu implementace je, že jsme **omezení velikostí** námi vytvořeného pole. Výhodou tohoto řešení je, že vždy za všech okolností **víme, kolik nám zbývá místa** na další data.
+viz. diagram:
-=== Pomocí ukazatelů ===
+{{ :informatika:maturita:circularqueuediagram.png?nolink |}}
-Metodu řešení pomocí **ukazatelů** můžete vidět na níže uvedeném diagramu. Výhoda tohoto řešení je zároveň i jeho nevýhodou, jsme totiž schopni přidávat do fronty příspěvky dokud máme místo v paměti, nevýhodou je, že při špatné implementaci může dojít k** přehlcení nebo až přetečení paměti**, což může vést k nestabilitě systému.
+Výhody:
+  * O(1) přečtení libovolné hodnoty ve frontě (ne pouze na začátku nebo konci)
+  * rychlejší než linked list
+    * výhodnější pro CPU cache
+    * menší "object overhead"
+  * umí využít informaci o maximální velikosti (viz kód)
+Nevýhody:
+  * O(1)* amortizovaná časová složitost přidání hodnoty
+    * téměř vždy O(1)
+    * O(n) v případě naplnění fronty - musíme celé pole zkopírovat do nového pole s větší velikostí (viz kód)
+    * může být pomalejší než linked list, když musí často zvětšovat velikost pole
+  * neumí zmenšit svou velikost (může plýtvat pamětí)
+  * fronta je omezená velikostí ukazatelů - například v Javě má maximální velikost Integer.MAX_VALUE - 8 = 2 147 483 439
+Implementací cyklického pole je například kolekce ArrayDeque v jazyce Java, tady je její zjednodušená verze:
-{{:informatika:maturita:queuepointerdiagram.png|}}
+{{:informatika:maturita:circular_queue.png?600|}}
-===== Zásobník =====
+=== Pomocí ukazatelů (Linked list) ===
-(anglicky stack)
-Funguje na principu **LIFO** (last in first out), to znamená, že funguje stejně **jako zásobník v samopalu**. Při nabíjení samopalu (vkládání dat) skládáme vždy náboje na spodek zásobníku a vršíme je na sebe, při výstřelu (výběr dat) se náboje berou odvrchu, z toho plyne, že poslední vložený je první vystřelený.
+Metodu řešení pomocí **ukazatelů** můžeme vidět na níže uvedeném diagramu. Výhoda tohoto řešení je zároveň i jeho nevýhodou – jsme už sice schopni přidávat do fronty příspěvky až do konce paměti, zároveň ale (při špatné implementaci) může dojít k **přehlcení nebo až přetečení paměti**, což může vést k nestabilitě systému.
+{{:informatika:maturita:queue_linked_list_animation.gif?|}}
+Výhody:
+  * O(1) složitost přidání hodnoty
+  * neomezená velikost
+  * dynamicky se zvětšuje a zmenšuje - neplýtvá pamětí
+Nevýhody:
+  * pomalejší než cyklické pole
+Zde je zjednodušená verze kolekce LinkedList v jazyce Java. (V jazyce Java je LinkedList obousměrně vázaný seznam, ale pro jednoduchost je níže implementovaný jako jednosměrně vázaný seznam)
+{{:informatika:maturita:linked_list_implementation.png?600|}}
+===== Zásobník (stack) =====
+Funguje na principu **LIFO** (last in first out), to znamená, že funguje stejně **jako zásobník v samopalu**. Při nabíjení samopalu (vkládání dat) skládáme vždy náboje na spodek zásobníku a vršíme je na sebe, při výstřelu (výběru dat) se náboje berou svrchu – poslední vložený je tedy vystřelen jako první.
+Bez zásobníku by v programování nefungovalo volání funkcí. Detailně je to popsáno v tomto [[https://www.youtube.com/watch?v=7YyALikxAlU&t=2s|videu]]
 ==== Metody Implementace ====
@@ Řádek 41: / Řádek 74: @@
 Řešení zásobníku pomocí statického pole je stejné jako u **fronty**, jediný rozdíl je v tom, že si v další proměnné musíme držet index posledních vložených dat a při zavolání funkce pop() vezmeme data z indexu posledních vložených data a index snížíme o jedna.
-Výhody a nevýhodu jsou stejné jako u fronty.
+Výhody a nevýhody jsou stejné jako u fronty.
 === Pomocí ukazatelů ===
-Řešení pomocí ukazatelů je také podobné jako u **fronty**, znázroněné ho máte na diagramu níže.
+Řešení pomocí ukazatelů je také podobné jako u **fronty** (viz diagram níže).
-Výhody a nevýhodu jsou stejné jako u fronty.
+Výhody a nevýhodu jsou opět naprosto stejné jako u fronty.
 {{:informatika:maturita:stackpointerdiagram.png|}}