import time
import random
import csv
import sys
sys.setrecursionlimit (50000) 
from datetime import datetime

# ==================== СВЯЗНЫЙ СПИСОК ====================

def ll_insert(head, name, phone):
    """Добавляет или обновляет запись в связном списке"""
    # Проверяем, не существует ли уже такой name
    curr = head
    while curr:
        if curr['name'] == name:
            curr['phone'] = phone  # обновляем
            return head
        curr = curr['next']
    
    # Если не нашли, вставляем в конец
    new_node = {'name': name, 'phone': phone, 'next': None}
    
    if head is None:
        return new_node
    
    curr = head
    while curr['next']:
        curr = curr['next']
    curr['next'] = new_node
    return head

def ll_find(head, name):
    """Ищет запись по имени, возвращает телефон или None"""
    curr = head
    while curr:
        if curr['name'] == name:
            return curr['phone']
        curr = curr['next']
    return None

def ll_delete(head, name):
    """Удаляет запись по имени, возвращает новую голову"""
    if head is None:
        return None
    
    # Если удаляем голову
    if head['name'] == name:
        return head['next']
    
    # Ищем элемент перед удаляемым
    curr = head
    while curr['next']:
        if curr['next']['name'] == name:
            curr['next'] = curr['next']['next']
            return head
        curr = curr['next']
    return head

def ll_list_all(head):
    """Собирает все записи и сортирует по имени"""
    records = []
    curr = head
    while curr:
        records.append((curr['name'], curr['phone']))
        curr = curr['next']
    # Сортируем по имени
    records.sort(key=lambda x: x[0])
    return records

# ==================== ХЕШ-ТАБЛИЦА ====================

def hash_function(name, size):
    """Простая хеш-функция"""
    return sum(ord(c) for c in name) % size

def ht_insert(buckets, name, phone):
    """Вставляет запись в хеш-таблицу"""
    index = hash_function(name, len(buckets))
    # Используем ll_insert для бакета
    buckets[index] = ll_insert(buckets[index], name, phone)
    return buckets

def ht_find(buckets, name):
    """Ищет запись в хеш-таблице"""
    index = hash_function(name, len(buckets))
    return ll_find(buckets[index], name)

def ht_delete(buckets, name):
    """Удаляет запись из хеш-таблицы"""
    index = hash_function(name, len(buckets))
    buckets[index] = ll_delete(buckets[index], name)
    return buckets

def ht_list_all(buckets):
    """Собирает все записи из всех бакетов и сортирует"""
    all_records = []
    for bucket in buckets:
        curr = bucket
        while curr:
            all_records.append((curr['name'], curr['phone']))
            curr = curr['next']
    all_records.sort(key=lambda x: x[0])
    return all_records

# ==================== БИНАРНОЕ ДЕРЕВО ПОИСКА ====================

def bst_insert(root, name, phone):
    """Вставляет запись в BST (рекурсивно)"""
    if root is None:
        return {'name': name, 'phone': phone, 'left': None, 'right': None}
    
    if name < root['name']:
        root['left'] = bst_insert(root['left'], name, phone)
    elif name > root['name']:
        root['right'] = bst_insert(root['right'], name, phone)
    else:
        # Обновляем существующую запись
        root['phone'] = phone
    return root

def bst_find(root, name):
    """Ищет запись в BST"""
    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)

def bst_find_min(node):
    """Находит узел с минимальным значением"""
    current = node
    while current and 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:
        # Узел найден
        if root['left'] is None:
            return root['right']
        elif root['right'] is None:
            return root['left']
        
        # Узел с двумя детьми
        temp = bst_find_min(root['right'])
        root['name'] = temp['name']
        root['phone'] = temp['phone']
        root['right'] = bst_delete(root['right'], temp['name'])
    return root

def bst_list_all(root):
    """Центрированный обход (возвращает отсортированный список)"""
    records = []
    
    def inorder_traversal(node):
        if node:
            inorder_traversal(node['left'])
            records.append((node['name'], node['phone']))
            inorder_traversal(node['right'])
    
    inorder_traversal(root)
    return records

# ==================== ГЕНЕРАЦИЯ ТЕСТОВЫХ ДАННЫХ ====================

def generate_test_data(n=10000):
    """Генерирует shuffled и sorted версии данных"""
    # Генерируем имена с небольшим количеством коллизий
    names_pool = [f"User_{i:05d}" for i in range(n // 10)]  # 1000 уникальных имен
    records = []
    
    for i in range(n):
        name = random.choice(names_pool)  # повторяющиеся имена для коллизий
        phone = f"+7-999-{random.randint(1000000, 9999999)}"
        records.append((name, phone))
    
    # Создаем shuffled и sorted версии
    records_shuffled = records.copy()
    random.shuffle(records_shuffled)
    
    records_sorted = sorted(records, key=lambda x: x[0])
    
    return records_shuffled, records_sorted

# ==================== ЗАМЕРЫ ВРЕМЕНИ ====================

def measure_insertion(struct_type, records, buckets_size=None):
    """Замеряет время вставки всех записей"""
    if struct_type == "LinkedList":
        head = None
        start = time.perf_counter()
        for name, phone in records:
            head = ll_insert(head, name, phone)
        end = time.perf_counter()
    elif struct_type == "HashTable":
        if buckets_size is None:
            buckets_size = 1000
        buckets = [None] * buckets_size
        start = time.perf_counter()
        for name, phone in records:
            buckets = ht_insert(buckets, name, phone)
        end = time.perf_counter()
    elif struct_type == "BST":
        root = None
        start = time.perf_counter()
        for name, phone in records:
            root = bst_insert(root, name, phone)
        end = time.perf_counter()
    else:
        return None, None
    
    elapsed = end - start
    return elapsed, (head if struct_type == "LinkedList" else (buckets if struct_type == "HashTable" else root))

def measure_find(struct_type, data_structure, records, num_existing=100, num_nonexistent=10):
    """Замеряет время поиска записей"""
    # Выбираем существующие записи
    existing_names = random.sample([name for name, _ in records[:len(records)//2]], min(num_existing, len(records)))
    
    # Создаем несуществующие имена
    nonexistent_names = [f"None_{i}" for i in range(num_nonexistent)]
    
    all_queries = existing_names + nonexistent_names
    random.shuffle(all_queries)
    
    start = time.perf_counter()
    for name in all_queries:
        if struct_type == "LinkedList":
            ll_find(data_structure, name)
        elif struct_type == "HashTable":
            ht_find(data_structure, name)
        elif struct_type == "BST":
            bst_find(data_structure, name)
    end = time.perf_counter()
    
    return end - start

def measure_delete(struct_type, data_structure, records, num_to_delete=50):
    """Замеряет время удаления записей"""
    # Выбираем случайные имена для удаления
    names_to_delete = random.sample([name for name, _ in records[:len(records)//2]], min(num_to_delete, len(records)))
    
    start = time.perf_counter()
    for name in names_to_delete:
        if struct_type == "LinkedList":
            data_structure = ll_delete(data_structure, name)
        elif struct_type == "HashTable":
            data_structure = ht_delete(data_structure, name)
        elif struct_type == "BST":
            data_structure = bst_delete(data_structure, name)
    end = time.perf_counter()
    
    return end - start

# ==================== ОСНОВНОЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ====================

def run_experiment():
    """Запускает все эксперименты и сохраняет результаты"""
    
    print("Генерация тестовых данных...")
    records_shuffled, records_sorted = generate_test_data(10000)
    
    structures = ["LinkedList", "HashTable", "BST"]
    modes = {"shuffled": records_shuffled, "sorted": records_sorted}
    
    all_results = []
    all_results.append(["Структура", "Режим", "Операция", "Повторение", "Время (сек)"])
    
    # Количество повторений
    repeats = 5
    
    for struct in structures:
        for mode_name, records in modes.items():
            print(f"\nТестирование: {struct}, режим {mode_name}")
            
            # Вставка
            insertion_times = []
            for rep in range(repeats):
                print(f"  Вставка, повторение {rep+1}/{repeats}...")
                elapsed, data_struct = measure_insertion(struct, records)
                insertion_times.append(elapsed)
                all_results.append([struct, mode_name, "вставка", rep+1, elapsed])
            
            # Используем последнюю структуру для поиска и удаления
            # (пересоздаем для чистоты эксперимента)
            _, data_struct = measure_insertion(struct, records)
            
            # Поиск
            find_times = []
            for rep in range(repeats):
                print(f"  Поиск, повторение {rep+1}/{repeats}...")
                elapsed = measure_find(struct, data_struct, records)
                find_times.append(elapsed)
                all_results.append([struct, mode_name, "поиск", rep+1, elapsed])
            
            # Удаление
            delete_times = []
            # Создаем свежую структуру для удаления
            _, fresh_data_struct = measure_insertion(struct, records)
            for rep in range(repeats):
                print(f"  Удаление, повторение {rep+1}/{repeats}...")
                elapsed = measure_delete(struct, fresh_data_struct, records)
                delete_times.append(elapsed)
                all_results.append([struct, mode_name, "удаление", rep+1, elapsed])
            
            # Выводим средние значения
            print(f"  Среднее время вставки: {sum(insertion_times)/len(insertion_times):.6f} сек")
            print(f"  Среднее время поиска: {sum(find_times)/len(find_times):.6f} сек")
            print(f"  Среднее время удаления: {sum(delete_times)/len(delete_times):.6f} сек")
    
    # Сохраняем результаты в CSV
    timestamp = datetime.now().strftime("%Y%m%d_%H%M%S")
    csv_filename = f"experiment_results_{timestamp}.csv"
    
    with open(csv_filename, 'w', newline='', encoding='utf-8') as f:
        writer = csv.writer(f)
        writer.writerows(all_results)
    
    print(f"\nРезультаты сохранены в файл: {csv_filename}")
    
    # Сохраняем также средние значения для удобства
    avg_results = []
    avg_results.append(["Структура", "Режим", "Операция", "Среднее время (сек)", "Мин", "Макс"])
    
    # Группируем по структуре, режиму, операции
    grouped = {}
    for row in all_results[1:]:  # пропускаем заголовок
        struct, mode, op, rep, time_val = row
        key = (struct, mode, op)
        if key not in grouped:
            grouped[key] = []
        grouped[key].append(time_val)
    
    for (struct, mode, op), times in grouped.items():
        avg_time = sum(times) / len(times)
        min_time = min(times)
        max_time = max(times)
        avg_results.append([struct, mode, op, avg_time, min_time, max_time])
    
    avg_filename = f"average_results_{timestamp}.csv"
    with open(avg_filename, 'w', newline='', encoding='utf-8') as f:
        writer = csv.writer(f)
        writer.writerows(avg_results)
    
    print(f"Средние значения сохранены в файл: {avg_filename}")
    
    return all_results, avg_results

if __name__ == "__main__":
    print("Начало эксперимента...")
    print("="*50)
    results, avg_results = run_experiment()
    print("="*50)
    print("Эксперимент завершен!")