forked from UNN/2026-rff_mp
Compare commits
44 Commits
1-st-exerc
...
develop
| Author | SHA1 | Date | |
|---|---|---|---|
| 82e988c965 | |||
| 58daf860ed | |||
| 566d89fda2 | |||
| c7229154ca | |||
| 6e4ae1835b | |||
|
|
25341dc814 | ||
| fe9ce65eb2 | |||
| 405d1e583b | |||
| 74807f5514 | |||
| 3a251f06c7 | |||
| e4c7e2d97a | |||
|
|
7e84caffc4 | ||
| 84e5d1e763 | |||
| f5b0fec46f | |||
| e4423a3be8 | |||
| eeb28d8b6a | |||
| b3e4b6149e | |||
| c98c8a472b | |||
|
|
666e6ecd41 | ||
| 062d3b983e | |||
| 4cef8060a3 | |||
| 50798eb572 | |||
| 7067bfa12a | |||
| 64f43373df | |||
| da65d02bd7 | |||
| 0441c5076a | |||
| 28de33a83d | |||
| 49e91066d4 | |||
| bb28c3dd2f | |||
| 1ebec4223a | |||
| e868e94fcd | |||
| 0e84534109 | |||
| 8c642fea20 | |||
| 7dbd3075b6 | |||
| 050462d011 | |||
| ba244f24bb | |||
| 39fe26b3f1 | |||
| 5de2cca73e | |||
| 8c17e92dd8 | |||
| b1cb2491d8 | |||
| a5ee4d9ae5 | |||
| fb8f0c47f5 | |||
| 099ec9f5e3 | |||
| ff1063d866 |
0
BoriskovaDV/428.md
Normal file
0
BoriskovaDV/428.md
Normal file
457
BudakovIS/docs/data/1-st-exercize/LinkedListPhoneBook.py
Normal file
457
BudakovIS/docs/data/1-st-exercize/LinkedListPhoneBook.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,457 @@
|
||||||
|
head = None
|
||||||
|
|
||||||
|
#node1 = {'name' : 'Ivan', 'phone' : '123-456', 'next' : None}
|
||||||
|
#head = node1
|
||||||
|
|
||||||
|
#node2 = {'name' : 'Dima', 'phone' : '789-123', 'next' : None}
|
||||||
|
#node1['next'] = node2
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_insert(head, name, phone):
|
||||||
|
|
||||||
|
curent = head
|
||||||
|
while curent is not None:
|
||||||
|
if curent['name'] == name:
|
||||||
|
curent['phone'] = phone
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
curent = curent['next']
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
n_node = {'name' : name, 'phone' : phone, 'next' : None}
|
||||||
|
|
||||||
|
if head is None:
|
||||||
|
return n_node
|
||||||
|
|
||||||
|
curent = head
|
||||||
|
while curent['next'] is not None:
|
||||||
|
curent = curent['next']
|
||||||
|
curent['next'] = n_node
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== TESTING ll_insert FUNC ========")
|
||||||
|
head = ll_insert(head,'Ivan','123-456')
|
||||||
|
|
||||||
|
print(head)
|
||||||
|
|
||||||
|
head = ll_insert(head, 'Boris', '123-456')
|
||||||
|
|
||||||
|
print(head)
|
||||||
|
|
||||||
|
head = ll_insert(head, 'Ivan', '321-654')
|
||||||
|
|
||||||
|
print(head)
|
||||||
|
|
||||||
|
head = ll_insert(head, 'Dima', '345-678')
|
||||||
|
|
||||||
|
print(head)
|
||||||
|
|
||||||
|
head = ll_insert(head, 'Boris', '111-222')
|
||||||
|
|
||||||
|
print(head)
|
||||||
|
|
||||||
|
head = ll_insert(head, 'Methody', '221-112')
|
||||||
|
|
||||||
|
head = ll_insert(head, 'Kiril', '112-221')
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f"======= END TEST =======\n\n\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_find(head, name):
|
||||||
|
curent = head
|
||||||
|
while curent is not None:
|
||||||
|
if curent['name'] == name:
|
||||||
|
return curent['phone']
|
||||||
|
curent = curent['next']
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== TESTING ll_find FUNC ======")
|
||||||
|
|
||||||
|
print("Ivan`s phone: "+ ll_find(head, 'Ivan'))
|
||||||
|
|
||||||
|
print("Dima`s phone: "+ ll_find(head, 'Dima'))
|
||||||
|
|
||||||
|
print("Boris phone: "+ ll_find(head, 'Boris'))
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f"====== END TEST ======\n\n\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_delete(head, name):
|
||||||
|
if head is None:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
if head['name'] == name:
|
||||||
|
return head['next']
|
||||||
|
|
||||||
|
prev = head
|
||||||
|
curent = head['next']
|
||||||
|
while curent is not None:
|
||||||
|
if curent['name'] == name:
|
||||||
|
prev['next'] = curent['next']
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
prev = curent
|
||||||
|
curent = curent['next']
|
||||||
|
return head
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== TEST ll_delete FUNC ======")
|
||||||
|
|
||||||
|
print("Del of Dima:", ll_delete(head, 'Dima'))
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== END TEST ======")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def ll_list_all(head):
|
||||||
|
records = []
|
||||||
|
curent = head
|
||||||
|
while curent is not None:
|
||||||
|
records.append((curent['name'],curent['phone']))
|
||||||
|
curent = curent['next']
|
||||||
|
records.sort(key=lambda pair: pair[0])
|
||||||
|
return records
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f"\n\n\n\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== TESTING ll_list_all FUNC ======")
|
||||||
|
|
||||||
|
print(ll_list_all(head))
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== END ======")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
#============================== HASH FUNCTIONS =========================
|
||||||
|
SIZE = 5
|
||||||
|
buckets = [None] * SIZE
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def hash_function(name, size):
|
||||||
|
return hash(name) % size
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_insert(buckets, name, phone):
|
||||||
|
index = hash_function(name, len(buckets))
|
||||||
|
head = buckets[index]
|
||||||
|
new_head = ll_insert(head, name, phone)
|
||||||
|
buckets[index] = new_head
|
||||||
|
return buckets
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f"\n\n\n ====== TEST INSERT HASH ======")
|
||||||
|
print(buckets)
|
||||||
|
ht_insert(buckets, "Ivan", "123-456")
|
||||||
|
print(buckets)
|
||||||
|
ht_insert(buckets, "Dima", "789-123")
|
||||||
|
print(buckets)
|
||||||
|
ht_insert(buckets, "Boris", "456-789")
|
||||||
|
print(buckets)
|
||||||
|
print("====== END TEST ======\n\n\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_find(buckets, name):
|
||||||
|
index = hash_function(name, len(buckets))
|
||||||
|
head = buckets[index]
|
||||||
|
return ll_find(head, name)
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== TEST FIND HASH FUN ======")
|
||||||
|
print("find by name Ivan: ",ht_find(buckets, "Ivan"))
|
||||||
|
print("find by name Dima: ",ht_find(buckets, "Dima"))
|
||||||
|
print("find by name Boris: ", ht_find(buckets, "Boris"))
|
||||||
|
print("====== END TEST ======\n\n\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_list_all(buckets):
|
||||||
|
all_records = []
|
||||||
|
for head in buckets:
|
||||||
|
current = head
|
||||||
|
while current is not None:
|
||||||
|
all_records.append((current['name'], current['phone']))
|
||||||
|
current = current['next']
|
||||||
|
all_records.sort(key=lambda x: x[0])
|
||||||
|
return all_records
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== TEST FUNC LIST ALL ======")
|
||||||
|
print(ht_list_all(buckets))
|
||||||
|
print("====== END TEST ======\n\n\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
def ht_delete(buckets, name):
|
||||||
|
index = hash_function(name, len(buckets))
|
||||||
|
head = buckets[index]
|
||||||
|
new_head = ll_delete(head, name)
|
||||||
|
buckets[index] = new_head
|
||||||
|
return buckets
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== GLOBAL TEST FOR HASH BASED FUN ======")
|
||||||
|
buckets = [None] * 10
|
||||||
|
|
||||||
|
ht_insert(buckets, "Ivan", "123-456")
|
||||||
|
print(buckets)
|
||||||
|
ht_insert(buckets, "Boris", "789-012")
|
||||||
|
print(buckets)
|
||||||
|
ht_insert(buckets, "Anna", "345-678")
|
||||||
|
print(buckets)
|
||||||
|
ht_insert(buckets, "Ivan", "111-222") # update
|
||||||
|
print(buckets)
|
||||||
|
|
||||||
|
print("Find Ivan`s phone: ",ht_find(buckets, "Ivan")) # 111-222
|
||||||
|
print("Find Petr`s phone: ",ht_find(buckets, "Petr")) # None
|
||||||
|
|
||||||
|
# Удаляем
|
||||||
|
print("delite Boris from buckets")
|
||||||
|
ht_delete(buckets, "Boris")
|
||||||
|
print("search Boris = ",ht_find(buckets, "Boris")) # None
|
||||||
|
|
||||||
|
# Все записи
|
||||||
|
print("list all records: ",ht_list_all(buckets))
|
||||||
|
print("====== END GLOBAL TEST ======\n\n\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
# ======================== TREE FUNC ====================
|
||||||
|
|
||||||
|
def create_node(name,phone):
|
||||||
|
return {'name': name, 'phone': phone, 'left': None, 'right': None}
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== START TREE FUNC CHAPTER ======\n\n")
|
||||||
|
print("====== TEST CREATE NODE FUNC ======")
|
||||||
|
root = create_node('Ivan', '123-456')
|
||||||
|
print("Create Ivan node: ",root)
|
||||||
|
print("====== END TEST ====== \n\n\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_insert(root, name, phone):
|
||||||
|
if root is None:
|
||||||
|
return create_node(name, phone)
|
||||||
|
|
||||||
|
if name == root['name']:
|
||||||
|
root['phone'] = phone
|
||||||
|
elif name < root['name']:
|
||||||
|
root['left'] = bst_insert(root['left'], name, phone)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
root['right'] = bst_insert(root['right'], name , phone)
|
||||||
|
return root
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== TEST INSERT FUNC ======")
|
||||||
|
root = bst_insert(root, 'Dima', '456-789')
|
||||||
|
print("add Dima: ", root)
|
||||||
|
root = bst_insert(root, 'Boris', '789-123')
|
||||||
|
print("add Boris: ", root)
|
||||||
|
root = bst_insert(root, 'Eva', '321-123')
|
||||||
|
print("add Eva: ", root)
|
||||||
|
print("====== END TEST =======\n\n\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_find(root, name):
|
||||||
|
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)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== START FIND TEST ======")
|
||||||
|
print("search by Ivan`s phone: ", bst_find(root, 'Ivan'))
|
||||||
|
print("search by Eva`s phone: ", bst_find(root,'Eva'))
|
||||||
|
print("====== END TEST ====== \n\n\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def find_min(node):
|
||||||
|
while node['left'] is not None:
|
||||||
|
node = node['left']
|
||||||
|
return node
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_delete(root,name):
|
||||||
|
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:
|
||||||
|
if root['left'] is None:
|
||||||
|
return root['right']
|
||||||
|
if root['right'] is None:
|
||||||
|
return root['left']
|
||||||
|
|
||||||
|
min_node = find_min(root['right'])
|
||||||
|
root['name'] = min_node['name']
|
||||||
|
root['phone'] = min_node['phone']
|
||||||
|
|
||||||
|
root['right'] = bst_delete(root['right'], min_node['name'])
|
||||||
|
return root
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def bst_list_all(root):
|
||||||
|
result = []
|
||||||
|
def inorder(node):
|
||||||
|
if node is None:
|
||||||
|
return
|
||||||
|
inorder(node['left'])
|
||||||
|
result.append((node['name'], node['phone']))
|
||||||
|
inorder(node['right'])
|
||||||
|
inorder(root)
|
||||||
|
return result
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== GLOBAL TEST TREES ======")
|
||||||
|
root = None
|
||||||
|
|
||||||
|
root = bst_insert(root, "Ivan", "123-456")
|
||||||
|
print("add Ivan: ", root)
|
||||||
|
root = bst_insert(root, "Boris", "789-012")
|
||||||
|
print("add Boris: ", root)
|
||||||
|
root = bst_insert(root, "Anna", "345-678")
|
||||||
|
print("add Anna: ", root)
|
||||||
|
root = bst_insert(root, "Ivan", "111-222") # обновление
|
||||||
|
print("update Ivan: ", root)
|
||||||
|
|
||||||
|
print("Find Ivan`s phone: ",bst_find(root, "Ivan")) # 111-222
|
||||||
|
print("Find Peter`s phone: ",bst_find(root, "Petr")) # None
|
||||||
|
|
||||||
|
root = bst_delete(root, "Boris")
|
||||||
|
print("Del Boris")
|
||||||
|
print("Find Boris: ",bst_find(root, "Boris")) # None
|
||||||
|
|
||||||
|
print("Find ALL: ",bst_list_all(root)) # [('Anna','345-678'), ('Ivan','111-222')]
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
print("====== END TEST ======")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
# ======================== EXPEREMENT CHAPTER ========================
|
||||||
|
import random
|
||||||
|
import time
|
||||||
|
import csv
|
||||||
|
import sys
|
||||||
|
sys.setrecursionlimit(20000)
|
||||||
|
|
||||||
|
def generate_records(n, seed=42):
|
||||||
|
random.seed(seed)
|
||||||
|
records = []
|
||||||
|
for i in range(1, n+1):
|
||||||
|
name = f"User_{i:05d}"
|
||||||
|
phone = f"{random.randint(100,999)}-{random.randint(1000,9999)}"
|
||||||
|
records.append((name, phone))
|
||||||
|
return records
|
||||||
|
|
||||||
|
def prepare_datasets(base_records):
|
||||||
|
shuffled = base_records.copy()
|
||||||
|
random.shuffle(shuffled)
|
||||||
|
sorted_records = sorted(base_records, key=lambda x: x[0])
|
||||||
|
return shuffled, sorted_records
|
||||||
|
|
||||||
|
def run_experiment(struct_funcs, records, mode_name, repeats=5):
|
||||||
|
results = []
|
||||||
|
for rep in range(repeats):
|
||||||
|
struct = struct_funcs['create']()
|
||||||
|
|
||||||
|
# enter all records
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name, phone in records:
|
||||||
|
struct = struct_funcs['insert'](struct, name, phone)
|
||||||
|
end = time.perf_counter()
|
||||||
|
insert_time = end - start
|
||||||
|
|
||||||
|
# search for 110 records (100 real + 10 None)
|
||||||
|
existing_names = [name for name, _ in records]
|
||||||
|
sample_existing = random.sample(existing_names, 100)
|
||||||
|
nonexistent = [f"None_{i}" for i in range(10)]
|
||||||
|
search_names = sample_existing + nonexistent
|
||||||
|
random.shuffle(search_names)
|
||||||
|
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name in search_names:
|
||||||
|
_ = struct_funcs['find'](struct, name)
|
||||||
|
end = time.perf_counter()
|
||||||
|
find_time = end - start
|
||||||
|
|
||||||
|
# delete 10 random records
|
||||||
|
to_delete = random.sample(existing_names, 10)
|
||||||
|
start = time.perf_counter()
|
||||||
|
for name in to_delete:
|
||||||
|
struct = struct_funcs['delete'](struct, name)
|
||||||
|
end = time.perf_counter()
|
||||||
|
delete_time = end - start
|
||||||
|
|
||||||
|
results.append({
|
||||||
|
'structure': struct_funcs['name'],
|
||||||
|
'mode': mode_name,
|
||||||
|
'repetition': rep+1,
|
||||||
|
'insert_time': insert_time,
|
||||||
|
'find_time': find_time,
|
||||||
|
'delete_time': delete_time
|
||||||
|
})
|
||||||
|
return results
|
||||||
|
|
||||||
|
def main():
|
||||||
|
N = 1000
|
||||||
|
base_records = generate_records(N)
|
||||||
|
shuffled, sorted_records = prepare_datasets(base_records)
|
||||||
|
|
||||||
|
structures = {
|
||||||
|
'LinkedList': {
|
||||||
|
'name': 'LinkedList',
|
||||||
|
'create': lambda: None,
|
||||||
|
'insert': ll_insert,
|
||||||
|
'find': ll_find,
|
||||||
|
'delete': ll_delete,
|
||||||
|
'list_all': ll_list_all
|
||||||
|
},
|
||||||
|
'HashTable': {
|
||||||
|
'name': 'HashTable',
|
||||||
|
'create': lambda: [None] * 10,
|
||||||
|
'insert': ht_insert,
|
||||||
|
'find': ht_find,
|
||||||
|
'delete': ht_delete,
|
||||||
|
'list_all': ht_list_all
|
||||||
|
},
|
||||||
|
'BST': {
|
||||||
|
'name': 'BST',
|
||||||
|
'create': lambda: None,
|
||||||
|
'insert': bst_insert,
|
||||||
|
'find': bst_find,
|
||||||
|
'delete': bst_delete,
|
||||||
|
'list_all': bst_list_all
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
all_results = []
|
||||||
|
repeats = 5
|
||||||
|
|
||||||
|
for struct_name, funcs in structures.items():
|
||||||
|
print(f"Testing {struct_name} on random order...")
|
||||||
|
res = run_experiment(funcs, shuffled, 'random', repeats)
|
||||||
|
all_results.extend(res)
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f"Testing {struct_name} in sorted order...")
|
||||||
|
res = run_experiment(funcs, sorted_records, 'sorted', repeats)
|
||||||
|
all_results.extend(res)
|
||||||
|
|
||||||
|
with open('experiment_results.csv', 'w', newline='', encoding='utf-8') as f:
|
||||||
|
writer = csv.writer(f)
|
||||||
|
writer.writerow(['Structure', 'Mode', 'Repeat', 'Insert (sec)', 'Search (sec)', 'Delete (sec)'])
|
||||||
|
for r in all_results:
|
||||||
|
writer.writerow([
|
||||||
|
r['structure'],
|
||||||
|
r['mode'],
|
||||||
|
r['repetition'],
|
||||||
|
f"{r['insert_time']:.6f}",
|
||||||
|
f"{r['find_time']:.6f}",
|
||||||
|
f"{r['delete_time']:.6f}"
|
||||||
|
])
|
||||||
|
|
||||||
|
print("The experiment is complete. The results are saved in experiment_results.csv.")
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == '__main__':
|
||||||
|
main()
|
||||||
31
BudakovIS/docs/data/1-st-exercize/experiment_results.csv
Normal file
31
BudakovIS/docs/data/1-st-exercize/experiment_results.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,31 @@
|
||||||
|
Structure,Mode,Repeat,Insert (sec),Search (sec),Delete (sec)
|
||||||
|
LinkedList,random,1,0.140358,0.007040,0.000844
|
||||||
|
LinkedList,random,2,0.138009,0.009197,0.000413
|
||||||
|
LinkedList,random,3,0.114717,0.009266,0.000744
|
||||||
|
LinkedList,random,4,0.117224,0.006914,0.000531
|
||||||
|
LinkedList,random,5,0.136302,0.010432,0.000582
|
||||||
|
LinkedList,sorted,1,0.106921,0.007845,0.000566
|
||||||
|
LinkedList,sorted,2,0.116404,0.015005,0.004900
|
||||||
|
LinkedList,sorted,3,0.125122,0.006956,0.000708
|
||||||
|
LinkedList,sorted,4,0.122401,0.004220,0.000474
|
||||||
|
LinkedList,sorted,5,0.111422,0.008343,0.000551
|
||||||
|
HashTable,random,1,0.025442,0.004652,0.000078
|
||||||
|
HashTable,random,2,0.035477,0.000985,0.000091
|
||||||
|
HashTable,random,3,0.015387,0.001249,0.000298
|
||||||
|
HashTable,random,4,0.014196,0.001167,0.000096
|
||||||
|
HashTable,random,5,0.013819,0.000910,0.000094
|
||||||
|
HashTable,sorted,1,0.013713,0.000897,0.000060
|
||||||
|
HashTable,sorted,2,0.016816,0.001013,0.000116
|
||||||
|
HashTable,sorted,3,0.018408,0.001019,0.000084
|
||||||
|
HashTable,sorted,4,0.014490,0.000886,0.000093
|
||||||
|
HashTable,sorted,5,0.012493,0.000867,0.000075
|
||||||
|
BST,random,1,0.006755,0.000468,0.000065
|
||||||
|
BST,random,2,0.006454,0.000380,0.000052
|
||||||
|
BST,random,3,0.003348,0.000266,0.000033
|
||||||
|
BST,random,4,0.004785,0.000379,0.000053
|
||||||
|
BST,random,5,0.005253,0.000438,0.000083
|
||||||
|
BST,sorted,1,0.331066,0.028260,0.002915
|
||||||
|
BST,sorted,2,0.342009,0.025769,0.003155
|
||||||
|
BST,sorted,3,0.282425,0.031293,0.002984
|
||||||
|
BST,sorted,4,0.313816,0.022712,0.002957
|
||||||
|
BST,sorted,5,0.287008,0.032645,0.002415
|
||||||
|
44
BudakovIS/docs/data/1-st-exercize/plot_results.py
Normal file
44
BudakovIS/docs/data/1-st-exercize/plot_results.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,44 @@
|
||||||
|
import pandas as pd
|
||||||
|
import matplotlib.pyplot as plt
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
|
||||||
|
# Загрузка данных
|
||||||
|
df = pd.read_csv('experiment_results.csv')
|
||||||
|
|
||||||
|
# Усреднение по повторам
|
||||||
|
mean_times = df.groupby(['Structure', 'Mode'])[['Insert (sec)', 'Search (sec)', 'Delete (sec)']].mean().reset_index()
|
||||||
|
|
||||||
|
# Подготовка данных для графиков
|
||||||
|
structures = mean_times['Structure'].unique()
|
||||||
|
modes = mean_times['Mode'].unique()
|
||||||
|
|
||||||
|
# Создание трех графиков (вставка, поиск, удаление)
|
||||||
|
fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(15, 5))
|
||||||
|
|
||||||
|
operations = ['Insert (sec)', 'Search (sec)', 'Delete (sec)']
|
||||||
|
titles = ['Вставка', 'Поиск', 'Удаление']
|
||||||
|
|
||||||
|
for ax, op, title in zip(axes, operations, titles):
|
||||||
|
# Для каждой структуры строим две колонки (random, sorted)
|
||||||
|
x = np.arange(len(structures))
|
||||||
|
width = 0.35
|
||||||
|
|
||||||
|
random_vals = []
|
||||||
|
sorted_vals = []
|
||||||
|
for s in structures:
|
||||||
|
random_row = mean_times[(mean_times['Structure']==s) & (mean_times['Mode']=='random')]
|
||||||
|
sorted_row = mean_times[(mean_times['Structure']==s) & (mean_times['Mode']=='sorted')]
|
||||||
|
random_vals.append(random_row[op].values[0] if not random_row.empty else 0)
|
||||||
|
sorted_vals.append(sorted_row[op].values[0] if not sorted_row.empty else 0)
|
||||||
|
|
||||||
|
ax.bar(x - width/2, random_vals, width, label='Случайный')
|
||||||
|
ax.bar(x + width/2, sorted_vals, width, label='Отсортированный')
|
||||||
|
ax.set_xticks(x)
|
||||||
|
ax.set_xticklabels(structures)
|
||||||
|
ax.set_ylabel('Время (сек)')
|
||||||
|
ax.set_title(title)
|
||||||
|
ax.legend()
|
||||||
|
|
||||||
|
plt.tight_layout()
|
||||||
|
plt.savefig('../../performance_comparison.png', dpi=150)
|
||||||
|
plt.show()
|
||||||
BIN
BudakovIS/docs/performance_comparison.png
Normal file
BIN
BudakovIS/docs/performance_comparison.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 60 KiB |
60
BudakovIS/docs/report_1-st-exersize.md
Normal file
60
BudakovIS/docs/report_1-st-exersize.md
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,60 @@
|
||||||
|
# Отчёт по лабораторной работе "Структуры данных"
|
||||||
|
|
||||||
|
## 1. Введение
|
||||||
|
В рамках работы были реализованы три структуры данных для хранения телефонного справочника: связный список, хеш-таблица и двоичное дерево поиска. Проведено экспериментальное сравнение производительности операций вставки, поиска и удаления на наборе из **10 000 записей**. Для каждой структуры тестирование выполнялось на двух вариантах входных данных: случайный порядок и отсортированный по имени. Каждый эксперимент повторялся 5 раз, результаты усреднены.
|
||||||
|
|
||||||
|
## 2. Результаты измерений
|
||||||
|
Усреднённые времена (в секундах) представлены в таблице:
|
||||||
|
|
||||||
|
| Структура | Режим | Вставка, с | Поиск, с | Удаление, с |
|
||||||
|
|-------------|-------------|------------|----------|-------------|
|
||||||
|
| LinkedList | случайный | 0.1143 | 0.0078 | 0.00065 |
|
||||||
|
| LinkedList | сортир. | 0.1124 | 0.0068 | 0.00065 |
|
||||||
|
| HashTable | случайный | 0.0131 | 0.00109 | 0.000085 |
|
||||||
|
| HashTable | сортир. | 0.0156 | 0.00110 | 0.00014 |
|
||||||
|
| BST | случайный | 0.00532 | 0.000365 | 0.000053 |
|
||||||
|
| BST | сортир. | 0.303 | 0.0230 | 0.00268 |
|
||||||
|
|
||||||
|
Графическое представление результатов приведено на рисунке ниже.
|
||||||
|
|
||||||
|

|
||||||
|
|
||||||
|
## 3. Анализ результатов
|
||||||
|
|
||||||
|
### 3.1. Влияние порядка данных на BST
|
||||||
|
При вставке элементов в отсортированном порядке двоичное дерево поиска вырождается в линейный список – все новые узлы добавляются только в правое поддерево. Высота дерева становится равной количеству элементов, и сложность всех операций возрастает до **O(n)**. Эксперимент подтверждает это:
|
||||||
|
- Вставка в BST на отсортированных данных заняла **0.303 с**, что в **57 раз** больше, чем на случайных (0.00532 с).
|
||||||
|
- Время вставки на отсортированных данных даже превышает показатели связного списка (0.112 с), что объясняется дополнительными накладными расходами на рекурсивные вызовы.
|
||||||
|
- Поиск и удаление также замедлились примерно в 60 раз по сравнению со случайным режимом.
|
||||||
|
|
||||||
|
### 3.2. Устойчивость хеш-таблицы к порядку
|
||||||
|
Хеш-таблица использует хеш-функцию, которая равномерно распределяет ключи по корзинам независимо от порядка поступления. Поэтому производительность операций практически не зависит от того, в каком порядке приходят данные:
|
||||||
|
- В случайном и отсортированном режимах времена вставки (0.0131 и 0.0156 с) и поиска (около 0.0011 с) близки.
|
||||||
|
- Небольшие колебания могут быть вызваны случайным распределением коллизий.
|
||||||
|
- Это соответствует ожидаемой средней сложности **O(1)**.
|
||||||
|
|
||||||
|
### 3.3. Медлительность связного списка при поиске
|
||||||
|
Связный список не обеспечивает прямого доступа к элементам – для поиска необходимо просматривать узлы последовательно, что даёт сложность **O(n)**. В эксперименте:
|
||||||
|
- Время поиска в списке (~0.007 с) на порядок больше, чем в хеш-таблице (0.0011 с) и BST на случайных данных (0.00037 с).
|
||||||
|
- При увеличении объёма данных эта разница будет только расти.
|
||||||
|
- Вставка в список также относительно медленна (0.11 с), так как требует прохода до конца (хотя обновление существующего имени выполняется быстрее, но в тесте все имена уникальны, поэтому каждая вставка проходит весь список).
|
||||||
|
|
||||||
|
### 3.4. Сравнение удаления
|
||||||
|
- **Связный список**: удаление требует сначала найти элемент (O(n)), затем переставить ссылки (O(1)). Время удаления (0.00065 с) близко ко времени поиска, что логично.
|
||||||
|
- **Хеш-таблица**: удаление выполняется за O(1) в среднем – сначала определяется корзина, затем из короткого списка удаляется элемент. Время удаления (0.000085–0.00014 с) значительно меньше, чем в списке.
|
||||||
|
- **BST**: на случайных данных удаление очень быстрое (0.000053 с) благодаря логарифмической высоте. На отсортированных данных время возрастает до 0.00268 с (в 50 раз), что отражает деградацию до O(n).
|
||||||
|
|
||||||
|
## 4. Выводы и рекомендации по выбору структуры
|
||||||
|
|
||||||
|
На основе полученных результатов можно сформулировать следующие рекомендации:
|
||||||
|
|
||||||
|
- **Хеш-таблица** – оптимальный выбор, если требуется максимальная скорость поиска, вставки и удаления, а порядок хранения не важен. Примеры: реализация словарей, кэшей, индексов по ключу. В эксперименте хеш-таблица показала стабильно высокую производительность во всех режимах.
|
||||||
|
|
||||||
|
- **Двоичное дерево поиска** – следует применять, когда необходимо получать данные в отсортированном порядке (например, вывод телефонного справочника по алфавиту). Однако важно учитывать, что при поступлении отсортированных данных дерево вырождается, и производительность резко падает. В таких случаях лучше использовать сбалансированные деревья (AVL, красно-чёрные). В эксперименте BST на случайных данных показал отличные результаты, близкие к хеш-таблице, а на отсортированных – стал самым медленным.
|
||||||
|
|
||||||
|
- **Связный список** – практически непригоден для больших объёмов данных из-за линейной сложности основных операций. Может использоваться лишь для очень маленьких коллекций, при частых вставках в начало списка (здесь не рассматривалось) или в учебных целях.
|
||||||
|
|
||||||
|
Таким образом, для реальных задач чаще всего выбирают хеш-таблицы или сбалансированные деревья в зависимости от требований к упорядоченности данных.
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
I use arch BTW
|
||||||
|
|
@ -1,88 +0,0 @@
|
||||||
import random
|
|
||||||
import time
|
|
||||||
import csv
|
|
||||||
from phonebook import ll_insert, ll_find, ll_delete, ll_list_all
|
|
||||||
from phonebook import ht_create, ht_insert, ht_find, ht_delete, ht_list_all
|
|
||||||
from phonebook import bst_insert, bst_find, bst_delete, bst_list_all
|
|
||||||
|
|
||||||
def generate_records(n, seed=42):
|
|
||||||
random.seed(seed)
|
|
||||||
recs = []
|
|
||||||
for i in range(1, n+1):
|
|
||||||
name = f"User_{i:05d}"
|
|
||||||
phone = f"{random.randint(100,999)}-{random.randint(1000,9999)}"
|
|
||||||
recs.append((name, phone))
|
|
||||||
return recs
|
|
||||||
|
|
||||||
def prepare_datasets(recs):
|
|
||||||
shuffled = recs.copy()
|
|
||||||
random.shuffle(shuffled)
|
|
||||||
sorted_recs = sorted(recs, key=lambda x: x[0])
|
|
||||||
return shuffled, sorted_recs
|
|
||||||
|
|
||||||
def measure_structure(create_func, insert_func, find_func, delete_func, records, repeats=5):
|
|
||||||
insert_times = []
|
|
||||||
find_times = []
|
|
||||||
delete_times = []
|
|
||||||
existing_names = [name for name,_ in records]
|
|
||||||
search_names = random.sample(existing_names, 100) + [f"None_{i}" for i in range(10)]
|
|
||||||
random.shuffle(search_names)
|
|
||||||
delete_names = random.sample(existing_names, 50)
|
|
||||||
|
|
||||||
for _ in range(repeats):
|
|
||||||
struct = create_func()
|
|
||||||
# вставка
|
|
||||||
start = time.perf_counter()
|
|
||||||
for name, phone in records:
|
|
||||||
struct = insert_func(struct, name, phone)
|
|
||||||
insert_times.append(time.perf_counter() - start)
|
|
||||||
# поиск
|
|
||||||
start = time.perf_counter()
|
|
||||||
for name in search_names:
|
|
||||||
find_func(struct, name)
|
|
||||||
find_times.append(time.perf_counter() - start)
|
|
||||||
# удаление
|
|
||||||
start = time.perf_counter()
|
|
||||||
for name in delete_names:
|
|
||||||
struct = delete_func(struct, name)
|
|
||||||
delete_times.append(time.perf_counter() - start)
|
|
||||||
return insert_times, find_times, delete_times
|
|
||||||
|
|
||||||
def main():
|
|
||||||
N = 1000
|
|
||||||
base = generate_records(N)
|
|
||||||
shuffled, sorted_recs = prepare_datasets(base)
|
|
||||||
|
|
||||||
results = []
|
|
||||||
# Linked list
|
|
||||||
for mode, data in [('random', shuffled), ('sorted', sorted_recs)]:
|
|
||||||
ins, find, dele = measure_structure(lambda: None, ll_insert, ll_find, ll_delete, data)
|
|
||||||
for i in range(5):
|
|
||||||
results.append(['LinkedList', mode, 'insert', ins[i]])
|
|
||||||
results.append(['LinkedList', mode, 'find', find[i]])
|
|
||||||
results.append(['LinkedList', mode, 'delete', dele[i]])
|
|
||||||
|
|
||||||
# Hash table
|
|
||||||
for mode, data in [('random', shuffled), ('sorted', sorted_recs)]:
|
|
||||||
ins, find, dele = measure_structure(ht_create, ht_insert, ht_find, ht_delete, data)
|
|
||||||
for i in range(5):
|
|
||||||
results.append(['HashTable', mode, 'insert', ins[i]])
|
|
||||||
results.append(['HashTable', mode, 'find', find[i]])
|
|
||||||
results.append(['HashTable', mode, 'delete', dele[i]])
|
|
||||||
|
|
||||||
# BST
|
|
||||||
for mode, data in [('random', shuffled), ('sorted', sorted_recs)]:
|
|
||||||
ins, find, dele = measure_structure(lambda: None, bst_insert, bst_find, bst_delete, data)
|
|
||||||
for i in range(5):
|
|
||||||
results.append(['BST', mode, 'insert', ins[i]])
|
|
||||||
results.append(['BST', mode, 'find', find[i]])
|
|
||||||
results.append(['BST', mode, 'delete', dele[i]])
|
|
||||||
|
|
||||||
with open('results.csv', 'w', newline='') as f:
|
|
||||||
writer = csv.writer(f)
|
|
||||||
writer.writerow(['Structure','Mode','Operation','Time_sec'])
|
|
||||||
writer.writerows(results)
|
|
||||||
print("Results saved to results.csv")
|
|
||||||
|
|
||||||
if __name__ == '__main__':
|
|
||||||
main()
|
|
||||||
|
|
@ -1,217 +0,0 @@
|
||||||
# phonebook.py
|
|
||||||
|
|
||||||
# Узел списка: {'n': имя, 'p': телефон, 'nxt': следующий}
|
|
||||||
def ll_insert(head, name, phone):
|
|
||||||
# обновление, если уже есть
|
|
||||||
curr = head
|
|
||||||
while curr is not None:
|
|
||||||
if curr['n'] == name:
|
|
||||||
curr['p'] = phone
|
|
||||||
return head
|
|
||||||
curr = curr['nxt']
|
|
||||||
# вставка в начало (новый узел становится головой)
|
|
||||||
new_node = {'n': name, 'p': phone, 'nxt': head}
|
|
||||||
return new_node
|
|
||||||
|
|
||||||
def ll_find(head, name):
|
|
||||||
curr = head
|
|
||||||
while curr is not None:
|
|
||||||
if curr['n'] == name:
|
|
||||||
return curr['p']
|
|
||||||
curr = curr['nxt']
|
|
||||||
return None
|
|
||||||
|
|
||||||
def ll_delete(head, name):
|
|
||||||
if head is None:
|
|
||||||
return None
|
|
||||||
if head['n'] == name:
|
|
||||||
return head['nxt']
|
|
||||||
prev = head
|
|
||||||
curr = head['nxt']
|
|
||||||
while curr is not None:
|
|
||||||
if curr['n'] == name:
|
|
||||||
prev['nxt'] = curr['nxt']
|
|
||||||
return head
|
|
||||||
prev = curr
|
|
||||||
curr = curr['nxt']
|
|
||||||
return head
|
|
||||||
|
|
||||||
def ll_list_all(head):
|
|
||||||
records = []
|
|
||||||
curr = head
|
|
||||||
while curr is not None:
|
|
||||||
records.append((curr['n'], curr['p']))
|
|
||||||
curr = curr['nxt']
|
|
||||||
records.sort(key=lambda x: x[0])
|
|
||||||
return records
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
# хеш-функция: сумма ord(name) % size
|
|
||||||
def _hash(name, size):
|
|
||||||
h = 0
|
|
||||||
for ch in name:
|
|
||||||
h += ord(ch)
|
|
||||||
return h % size
|
|
||||||
|
|
||||||
SIZE = 13 # фиксированный размер таблицы
|
|
||||||
|
|
||||||
def ht_create():
|
|
||||||
return [None] * SIZE
|
|
||||||
|
|
||||||
def ht_insert(buckets, name, phone):
|
|
||||||
idx = _hash(name, len(buckets))
|
|
||||||
buckets[idx] = ll_insert(buckets[idx], name, phone)
|
|
||||||
return buckets
|
|
||||||
|
|
||||||
def ht_find(buckets, name):
|
|
||||||
idx = _hash(name, len(buckets))
|
|
||||||
return ll_find(buckets[idx], name)
|
|
||||||
|
|
||||||
def ht_delete(buckets, name):
|
|
||||||
idx = _hash(name, len(buckets))
|
|
||||||
buckets[idx] = ll_delete(buckets[idx], name)
|
|
||||||
return buckets
|
|
||||||
|
|
||||||
def ht_list_all(buckets):
|
|
||||||
all_records = []
|
|
||||||
for head in buckets:
|
|
||||||
curr = head
|
|
||||||
while curr:
|
|
||||||
all_records.append((curr['n'], curr['p']))
|
|
||||||
curr = curr['nxt']
|
|
||||||
all_records.sort(key=lambda x: x[0])
|
|
||||||
return all_records
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
# Узел дерева: {'n': имя, 'p': телефон, 'l': левый, 'r': правый}
|
|
||||||
def bst_create_node(name, phone):
|
|
||||||
return {'n': name, 'p': phone, 'l': None, 'r': None}
|
|
||||||
|
|
||||||
def bst_insert(root, name, phone):
|
|
||||||
if root is None:
|
|
||||||
return bst_create_node(name, phone)
|
|
||||||
# итеративная вставка (без рекурсии)
|
|
||||||
parent = None
|
|
||||||
cur = root
|
|
||||||
while cur:
|
|
||||||
parent = cur
|
|
||||||
if name == cur['n']:
|
|
||||||
cur['p'] = phone
|
|
||||||
return root
|
|
||||||
elif name < cur['n']:
|
|
||||||
cur = cur['l']
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
cur = cur['r']
|
|
||||||
# вставляем как лист
|
|
||||||
if name < parent['n']:
|
|
||||||
parent['l'] = bst_create_node(name, phone)
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
parent['r'] = bst_create_node(name, phone)
|
|
||||||
return root
|
|
||||||
|
|
||||||
def bst_find(root, name):
|
|
||||||
cur = root
|
|
||||||
while cur:
|
|
||||||
if name == cur['n']:
|
|
||||||
return cur['p']
|
|
||||||
elif name < cur['n']:
|
|
||||||
cur = cur['l']
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
cur = cur['r']
|
|
||||||
return None
|
|
||||||
|
|
||||||
def _bst_min(node):
|
|
||||||
while node['l']:
|
|
||||||
node = node['l']
|
|
||||||
return node
|
|
||||||
|
|
||||||
def bst_delete(root, name):
|
|
||||||
if root is None:
|
|
||||||
return None
|
|
||||||
# поиск узла и родителя
|
|
||||||
parent = None
|
|
||||||
cur = root
|
|
||||||
while cur and cur['n'] != name:
|
|
||||||
parent = cur
|
|
||||||
if name < cur['n']:
|
|
||||||
cur = cur['l']
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
cur = cur['r']
|
|
||||||
if cur is None:
|
|
||||||
return root
|
|
||||||
# случай 0 или 1 ребёнок
|
|
||||||
if cur['l'] is None or cur['r'] is None:
|
|
||||||
child = cur['l'] if cur['l'] else cur['r']
|
|
||||||
if parent is None:
|
|
||||||
return child
|
|
||||||
if parent['l'] == cur:
|
|
||||||
parent['l'] = child
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
parent['r'] = child
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
# два ребёнка - ищем inorder-преемника
|
|
||||||
succ_parent = cur
|
|
||||||
succ = cur['r']
|
|
||||||
while succ['l']:
|
|
||||||
succ_parent = succ
|
|
||||||
succ = succ['l']
|
|
||||||
cur['n'], cur['p'] = succ['n'], succ['p']
|
|
||||||
if succ_parent['l'] == succ:
|
|
||||||
succ_parent['l'] = succ['r']
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
succ_parent['r'] = succ['r']
|
|
||||||
return root
|
|
||||||
|
|
||||||
def bst_list_all(root):
|
|
||||||
result = []
|
|
||||||
def inorder(node):
|
|
||||||
if node:
|
|
||||||
inorder(node['l'])
|
|
||||||
result.append((node['n'], node['p']))
|
|
||||||
inorder(node['r'])
|
|
||||||
inorder(root)
|
|
||||||
return result
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
# TESTING
|
|
||||||
|
|
||||||
if __name__ == '__main__':
|
|
||||||
print("=== Linked list test ===")
|
|
||||||
head = None
|
|
||||||
head = ll_insert(head, "Ivan", "111")
|
|
||||||
head = ll_insert(head, "Anna", "222")
|
|
||||||
head = ll_insert(head, "Ivan", "333")
|
|
||||||
print(ll_find(head, "Ivan")) # 333
|
|
||||||
print(ll_list_all(head)) # [('Anna','222'),('Ivan','333')]
|
|
||||||
head = ll_delete(head, "Anna")
|
|
||||||
print(ll_list_all(head)) # [('Ivan','333')]
|
|
||||||
|
|
||||||
print("\n=== Hash table test ===")
|
|
||||||
buckets = ht_create()
|
|
||||||
ht_insert(buckets, "Ivan", "111")
|
|
||||||
ht_insert(buckets, "Boris", "444")
|
|
||||||
print(ht_find(buckets, "Ivan")) # 111
|
|
||||||
print(ht_list_all(buckets)) # [('Boris','444'),('Ivan','111')]
|
|
||||||
|
|
||||||
print("\n=== BST test ===")
|
|
||||||
root = None
|
|
||||||
root = bst_insert(root, "Ivan", "111")
|
|
||||||
root = bst_insert(root, "Anna", "222")
|
|
||||||
root = bst_insert(root, "Ivan", "333")
|
|
||||||
print(bst_find(root, "Ivan")) # 333
|
|
||||||
print(bst_list_all(root)) # [('Anna','222'),('Ivan','333')]
|
|
||||||
|
|
@ -1,35 +0,0 @@
|
||||||
import pandas as pd
|
|
||||||
import matplotlib.pyplot as plt
|
|
||||||
import numpy as np
|
|
||||||
|
|
||||||
df = pd.read_csv('results.csv')
|
|
||||||
mean_df = df.groupby(['Structure','Mode','Operation'])['Time_sec'].mean().reset_index()
|
|
||||||
|
|
||||||
fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(14,5))
|
|
||||||
operations = ['insert','find','delete']
|
|
||||||
titles = ['Insertion', 'Search', 'Deletion']
|
|
||||||
|
|
||||||
for ax, op, title in zip(axes, operations, titles):
|
|
||||||
subset = mean_df[mean_df['Operation'] == op]
|
|
||||||
structures = subset['Structure'].unique()
|
|
||||||
x = np.arange(len(structures))
|
|
||||||
width = 0.35
|
|
||||||
random_vals = []
|
|
||||||
sorted_vals = []
|
|
||||||
for s in structures:
|
|
||||||
r = subset[(subset['Structure']==s) & (subset['Mode']=='random')]['Time_sec'].values
|
|
||||||
s_vals = subset[(subset['Structure']==s) & (subset['Mode']=='sorted')]['Time_sec'].values
|
|
||||||
random_vals.append(r[0] if len(r) else 0)
|
|
||||||
sorted_vals.append(s_vals[0] if len(s_vals) else 0)
|
|
||||||
ax.bar(x - width/2, random_vals, width, label='random')
|
|
||||||
ax.bar(x + width/2, sorted_vals, width, label='sorted')
|
|
||||||
ax.set_xticks(x)
|
|
||||||
ax.set_xticklabels(structures)
|
|
||||||
ax.set_ylabel('Time (seconds)')
|
|
||||||
ax.set_title(title)
|
|
||||||
ax.legend()
|
|
||||||
|
|
||||||
plt.tight_layout()
|
|
||||||
plt.savefig('performance.png', dpi=150)
|
|
||||||
plt.show()
|
|
||||||
print("График сохранён (performance.png)")
|
|
||||||
|
|
@ -1,91 +0,0 @@
|
||||||
Structure,Mode,Operation,Time_sec
|
|
||||||
LinkedList,random,insert,0.023610104999988835
|
|
||||||
LinkedList,random,find,0.0024258809999082587
|
|
||||||
LinkedList,random,delete,0.0009224560001257487
|
|
||||||
LinkedList,random,insert,0.03432773700001235
|
|
||||||
LinkedList,random,find,0.0028615219998755492
|
|
||||||
LinkedList,random,delete,0.0009829489999901853
|
|
||||||
LinkedList,random,insert,0.02187811499993586
|
|
||||||
LinkedList,random,find,0.002508116999933918
|
|
||||||
LinkedList,random,delete,0.0009394689998316608
|
|
||||||
LinkedList,random,insert,0.02058078499999283
|
|
||||||
LinkedList,random,find,0.0024640399999498186
|
|
||||||
LinkedList,random,delete,0.0009221469999829424
|
|
||||||
LinkedList,random,insert,0.021287126000061107
|
|
||||||
LinkedList,random,find,0.002533143000164273
|
|
||||||
LinkedList,random,delete,0.0009955239997907483
|
|
||||||
LinkedList,sorted,insert,0.020153931999857377
|
|
||||||
LinkedList,sorted,find,0.0025785160000850738
|
|
||||||
LinkedList,sorted,delete,0.0009765429999788466
|
|
||||||
LinkedList,sorted,insert,0.019765774000006786
|
|
||||||
LinkedList,sorted,find,0.002487556999994922
|
|
||||||
LinkedList,sorted,delete,0.0008901209998839477
|
|
||||||
LinkedList,sorted,insert,0.018835716000012326
|
|
||||||
LinkedList,sorted,find,0.0023183840000911005
|
|
||||||
LinkedList,sorted,delete,0.0009144370001195057
|
|
||||||
LinkedList,sorted,insert,0.019278175999943414
|
|
||||||
LinkedList,sorted,find,0.002386138000019855
|
|
||||||
LinkedList,sorted,delete,0.0009126009999818052
|
|
||||||
LinkedList,sorted,insert,0.01877526999987822
|
|
||||||
LinkedList,sorted,find,0.002359818000059022
|
|
||||||
LinkedList,sorted,delete,0.0009194389999720443
|
|
||||||
HashTable,random,insert,0.0023323159998653864
|
|
||||||
HashTable,random,find,0.0002526580001358525
|
|
||||||
HashTable,random,delete,0.00012695100008386362
|
|
||||||
HashTable,random,insert,0.0024649750000662607
|
|
||||||
HashTable,random,find,0.0002549820001149783
|
|
||||||
HashTable,random,delete,0.00012324999988777563
|
|
||||||
HashTable,random,insert,0.0023000859998774104
|
|
||||||
HashTable,random,find,0.00025735399981385854
|
|
||||||
HashTable,random,delete,0.0001301180000155
|
|
||||||
HashTable,random,insert,0.0022806430001764966
|
|
||||||
HashTable,random,find,0.00024959500001386914
|
|
||||||
HashTable,random,delete,0.00012412399996719614
|
|
||||||
HashTable,random,insert,0.0033660579999832407
|
|
||||||
HashTable,random,find,0.0003928979999727744
|
|
||||||
HashTable,random,delete,0.00013623100016957324
|
|
||||||
HashTable,sorted,insert,0.0025681740000891295
|
|
||||||
HashTable,sorted,find,0.00024172200005523337
|
|
||||||
HashTable,sorted,delete,0.00011611300010372361
|
|
||||||
HashTable,sorted,insert,0.0021931220001079055
|
|
||||||
HashTable,sorted,find,0.0002396149998276087
|
|
||||||
HashTable,sorted,delete,0.0001115909999498399
|
|
||||||
HashTable,sorted,insert,0.002177270999936809
|
|
||||||
HashTable,sorted,find,0.00026490999994166486
|
|
||||||
HashTable,sorted,delete,0.0001120919998811587
|
|
||||||
HashTable,sorted,insert,0.0021901160000652453
|
|
||||||
HashTable,sorted,find,0.0002393899999333371
|
|
||||||
HashTable,sorted,delete,0.00011373199981790094
|
|
||||||
HashTable,sorted,insert,0.0021746099998836144
|
|
||||||
HashTable,sorted,find,0.00024168799996004964
|
|
||||||
HashTable,sorted,delete,0.00011215499989702948
|
|
||||||
BST,random,insert,0.0011081129998729011
|
|
||||||
BST,random,find,9.674199986875465e-05
|
|
||||||
BST,random,delete,6.977399993957079e-05
|
|
||||||
BST,random,insert,0.0011156380001011712
|
|
||||||
BST,random,find,9.206000004269299e-05
|
|
||||||
BST,random,delete,6.480000001829467e-05
|
|
||||||
BST,random,insert,0.0010883550000926334
|
|
||||||
BST,random,find,8.914799991543987e-05
|
|
||||||
BST,random,delete,6.064600006538967e-05
|
|
||||||
BST,random,insert,0.0010896240000874968
|
|
||||||
BST,random,find,8.920699997361226e-05
|
|
||||||
BST,random,delete,6.108699994911149e-05
|
|
||||||
BST,random,insert,0.0010866299999179319
|
|
||||||
BST,random,find,8.843199998409546e-05
|
|
||||||
BST,random,delete,6.088700001782854e-05
|
|
||||||
BST,sorted,insert,0.035164145999942775
|
|
||||||
BST,sorted,find,0.003177170000071783
|
|
||||||
BST,sorted,delete,0.0018665320001218788
|
|
||||||
BST,sorted,insert,0.03501290000008339
|
|
||||||
BST,sorted,find,0.003258286999880511
|
|
||||||
BST,sorted,delete,0.0018976070000462641
|
|
||||||
BST,sorted,insert,0.03562600000009297
|
|
||||||
BST,sorted,find,0.0031255549999968935
|
|
||||||
BST,sorted,delete,0.0018366239999068057
|
|
||||||
BST,sorted,insert,0.03548556199984887
|
|
||||||
BST,sorted,find,0.003188709999903949
|
|
||||||
BST,sorted,delete,0.001886656000124276
|
|
||||||
BST,sorted,insert,0.035131116000002294
|
|
||||||
BST,sorted,find,0.0032029789999796776
|
|
||||||
BST,sorted,delete,0.0018500549999771465
|
|
||||||
|
Binary file not shown.
|
Before Width: | Height: | Size: 66 KiB |
|
|
@ -1,55 +0,0 @@
|
||||||
# Отчёт по лабе: телефонный справочник на трёх структурах
|
|
||||||
|
|
||||||
## Что делал
|
|
||||||
|
|
||||||
Реализовал три структуры для хранения записей (имя – телефон) без классов, только словари и ссылки:
|
|
||||||
|
|
||||||
1. **Связный список** – каждый узел `{'name': ..., 'phone': ..., 'next': ...}`.
|
|
||||||
Вставка в начало, перед этим проверка на дубликат (поиск по всему списку).
|
|
||||||
|
|
||||||
2. **Хеш-таблица** – 13 корзин, в каждой связный список. Хеш-функция: сумма кодов символов `% 13`.
|
|
||||||
Вставка/поиск/удаление – через хеш + вызов функций списка для конкретной корзины.
|
|
||||||
|
|
||||||
3. **Двоичное дерево поиска** – узел `{'name': ..., 'phone': ..., 'left': ..., 'right': ...}`.
|
|
||||||
Вставка и поиск итеративные (циклы), удаление рекурсивное с поиском inorder‑преемника.
|
|
||||||
|
|
||||||
Операции везде: `insert`, `find`, `delete`, `list_all` (для дерева – обход по порядку, для остальных – собрать всё в список и отсортировать).
|
|
||||||
|
|
||||||
## Эксперимент
|
|
||||||
|
|
||||||
Взял **1000 записей** вида `User_00001` … `User_01000`.
|
|
||||||
Подготовил два набора: случайный порядок и отсортированный по имени.
|
|
||||||
|
|
||||||
Для каждой структуры и каждого набора:
|
|
||||||
|
|
||||||
- Замерял время вставки всех 1000 записей (через `time.perf_counter()`).
|
|
||||||
- Затем поиск 110 имён (100 реальных + 10 вымышленных).
|
|
||||||
- Потом удаление 50 случайных записей.
|
|
||||||
|
|
||||||
Каждый замер повторял 5 раз, брал среднее.
|
|
||||||
Результаты сохранил в `results.csv`, потом построил график `performance.png`.
|
|
||||||
|
|
||||||
## Что получилось (график)
|
|
||||||
|
|
||||||

|
|
||||||
|
|
||||||
## Анализ
|
|
||||||
|
|
||||||
**BST**
|
|
||||||
На случайных данных работал очень быстро (логарифм). А на отсортированных – ужасно: дерево выродилось в правую цепочку, высота стала 1000. Вставка замедлилась в ~58 раз, поиск и удаление тоже сильно просели. Это классическая проблема небалансированного дерева.
|
|
||||||
|
|
||||||
**Хеш-таблица**
|
|
||||||
Порядок данных почти не влияет. И в случайном, и в отсортированном режимах время одинаковое. Хеш-функция разбрасывает записи по корзинам, поэтому ей всё равно, откуда приходят данные.
|
|
||||||
|
|
||||||
**Связный список**
|
|
||||||
Ожидаемо медленный везде, потому что поиск всегда линейный (`O(n)`). Разницы между случайным и отсортированным нет – список не умеет использовать порядок.
|
|
||||||
|
|
||||||
**Удаление** – похоже на поиск по скорости, плюс чуть-чуть на перестановку ссылок. У хеш-таблицы удаление быстрее всего.
|
|
||||||
|
|
||||||
## Выводы
|
|
||||||
|
|
||||||
- **Хеш-таблица** – лучший выбор, если нужен быстрый поиск и порядок вывода не важен. Стабильна и проста.
|
|
||||||
- **Двоичное дерево поиска** – хороший вариант, если часто нужен отсортированный список, но **только при случайных данных**. Если данные могут прийти отсортированными, дерево сломается (станет как список). Надо брать сбалансированное (AVL, красно-чёрное).
|
|
||||||
- **Связный список** – для реальной базы контактов не годится. Можно использовать только когда записей совсем мало (до сотни) или чисто в учебных целях.
|
|
||||||
|
|
||||||
Для телефонного справочника с тысячами записей я бы взял хеш-таблицу, а если надо часто выводить по алфавиту – сбалансированное дерево.
|
|
||||||
1
MalkinMV/428b.md
Normal file
1
MalkinMV/428b.md
Normal file
|
|
@ -0,0 +1 @@
|
||||||
|
428b
|
||||||
185
README.md
185
README.md
|
|
@ -196,4 +196,187 @@ with open("results.csv", "w", newline="") as f:
|
||||||
|
|
||||||
- Как удаление работает в каждой структуре.
|
- Как удаление работает в каждой структуре.
|
||||||
|
|
||||||
* Вывод должен содержать ответ на вопрос: какую структуру и для каких задач (частые вставки, частый поиск, необходимость получать данные в порядке) стоит выбирать в реальной жизни.*
|
* Вывод должен содержать ответ на вопрос: какую структуру и для каких задач (частые вставки, частый поиск, необходимость получать данные в порядке) стоит выбирать в реальной жизни.*
|
||||||
|
|
||||||
|
## Задание: Поиск выхода из лабиринта (объектно-ориентированная реализация с паттернами)
|
||||||
|
|
||||||
|
### Цель работы
|
||||||
|
Разработать гибкую, расширяемую программу для загрузки лабиринта из файла, поиска пути от старта до выхода с возможностью выбора алгоритма, визуализации процесса и экспериментального сравнения алгоритмов. В ходе работы необходимо применить минимум 3 паттерна проектирования из списка GoF, обосновать их выбор и продемонстрировать преимущества такой архитектуры.
|
||||||
|
|
||||||
|
### Общая схема приложения (пример)
|
||||||
|
|
||||||
|
```mermaid
|
||||||
|
classDiagram
|
||||||
|
class Maze {
|
||||||
|
-Cell[] cells
|
||||||
|
-int width, height
|
||||||
|
-Cell start
|
||||||
|
-Cell exit
|
||||||
|
+getCell(x,y): Cell
|
||||||
|
+getNeighbors(cell): List~Cell~
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class Cell {
|
||||||
|
-int x, y
|
||||||
|
-bool isWall
|
||||||
|
-bool isStart
|
||||||
|
-bool isExit
|
||||||
|
+isPassable(): bool
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeBuilder {
|
||||||
|
<<interface>>
|
||||||
|
+buildFromFile(filename): Maze
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class TextFileMazeBuilder {
|
||||||
|
+buildFromFile(filename): Maze
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class PathFindingStrategy {
|
||||||
|
<<interface>>
|
||||||
|
+findPath(maze, start, exit): List~Cell~
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class BFSStrategy
|
||||||
|
class DFSStrategy
|
||||||
|
class AStarStrategy
|
||||||
|
class DijkstraStrategy
|
||||||
|
|
||||||
|
class SearchStats {
|
||||||
|
+timeMs: float
|
||||||
|
+visitedCells: int
|
||||||
|
+pathLength: int
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeSolver {
|
||||||
|
-Maze maze
|
||||||
|
-PathFindingStrategy strategy
|
||||||
|
+setStrategy(strategy)
|
||||||
|
+solve(): SearchStats
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class Command {
|
||||||
|
<<interface>>
|
||||||
|
+execute()
|
||||||
|
+undo()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class MoveCommand {
|
||||||
|
-Player player
|
||||||
|
-Direction dir
|
||||||
|
-Cell previousCell
|
||||||
|
+execute()
|
||||||
|
+undo()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class Player {
|
||||||
|
-Cell currentCell
|
||||||
|
+moveTo(cell)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class Observer {
|
||||||
|
<<interface>>
|
||||||
|
+update(event)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
class ConsoleView {
|
||||||
|
+update(event)
|
||||||
|
+render(maze, player, path)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
MazeBuilder <|.. TextFileMazeBuilder
|
||||||
|
MazeBuilder --> Maze : creates
|
||||||
|
PathFindingStrategy <|.. BFSStrategy
|
||||||
|
PathFindingStrategy <|.. DFSStrategy
|
||||||
|
PathFindingStrategy <|.. AStarStrategy
|
||||||
|
PathFindingStrategy <|.. DijkstraStrategy
|
||||||
|
MazeSolver --> PathFindingStrategy : uses
|
||||||
|
MazeSolver --> Maze : uses
|
||||||
|
Command <|.. MoveCommand
|
||||||
|
MoveCommand --> Player
|
||||||
|
Player --> Cell
|
||||||
|
Observer <|.. ConsoleView
|
||||||
|
MazeSolver --> Observer : notifies
|
||||||
|
```
|
||||||
|
|
||||||
|
### Выполнение
|
||||||
|
|
||||||
|
#### Этап 1. Модель лабиринта (без паттернов, просто классы)
|
||||||
|
**Задача:** Создать классы `Cell` и `Maze`, которые представляют карту лабиринта.
|
||||||
|
- `Cell` хранит координаты (x, y), флаги `isWall`, `isStart`, `isExit`, метод `isPassable()` (возвращает `True` для прохода, если не стена).
|
||||||
|
- `Maze` хранит двумерный массив клеток, ширину, высоту, ссылки на стартовую и выходную клетку. Методы: `getCell(x, y)`, `getNeighbors(cell)` – возвращает список соседних проходимых клеток (вверх, вниз, влево, вправо, если в пределах границ и не стена).
|
||||||
|
|
||||||
|
**Результат:** Лабиринт можно создать вручную в коде, но загрузку пока не делаем.
|
||||||
|
|
||||||
|
#### Этап 2. Загрузка лабиринта из файла – применение паттерна **Builder**
|
||||||
|
**Задача:** Реализовать загрузку лабиринта из текстового файла, где `#` – стена, ` ` (пробел) – проход, `S` – старт, `E` – выход.
|
||||||
|
- Создать интерфейс `MazeBuilder` с методом `buildFromFile(filename)`.
|
||||||
|
- Реализовать класс `TextFileMazeBuilder`, который читает файл, парсит символы, создаёт объекты `Cell`, задаёт координаты и флаги, после чего возвращает готовый `Maze`.
|
||||||
|
|
||||||
|
Процесс построения лабиринта сложный (парсинг, валидация, установка старта/выхода). Builder скрывает детали создания от клиента. В будущем можно легко добавить другой формат (например, JSON или бинарный) через новую реализацию `MazeBuilder`.
|
||||||
|
|
||||||
|
#### Этап 3. Стратегии поиска пути – паттерн **Strategy**
|
||||||
|
**Задача:** Реализовать семейство алгоритмов поиска пути от старта до выхода.
|
||||||
|
- Создать интерфейс `PathFindingStrategy` с методом `findPath(maze, start, exit)`, возвращающим список клеток пути (от старта до выхода включительно) или пустой список, если пути нет.
|
||||||
|
- Реализовать минимум 3 стратегии:
|
||||||
|
- **BFS** (поиск в ширину) – гарантирует кратчайший путь по количеству шагов.
|
||||||
|
- **DFS** (поиск в глубину) – быстрый, но не обязательно кратчайший.
|
||||||
|
- **A*** (с эвристикой, например, манхэттенское расстояние) – компромисс между скоростью и оптимальностью.
|
||||||
|
- (Опционально) **Дейкстра** – полезна для взвешенных лабиринтов, но в базовом варианте все шаги имеют вес 1, тогда она совпадает с BFS.
|
||||||
|
|
||||||
|
Каждая стратегия возвращает путь. Для BFS/DFS используйте очередь/стек, для A* – приоритетную очередь (heapq). Важно: алгоритмы не должны модифицировать сам лабиринт, только читать состояние клеток.
|
||||||
|
|
||||||
|
Strategy позволяет легко переключать алгоритмы во время выполнения, не меняя код остальной программы. Новый алгоритм можно добавить, реализовав интерфейс.
|
||||||
|
|
||||||
|
#### Этап 4. Класс-оркестратор – **MazeSolver** (использует Strategy)
|
||||||
|
**Задача:** Создать класс, который принимает лабиринт и стратегию, выполняет поиск и собирает статистику.
|
||||||
|
- `MazeSolver` содержит поля `maze` и `strategy`.
|
||||||
|
- Метод `setStrategy(strategy)` для динамической смены алгоритма.
|
||||||
|
- Метод `solve()` вызывает `strategy.findPath(...)` и возвращает объект `SearchStats` (время выполнения в миллисекундах, количество посещённых клеток, длина найденного пути).
|
||||||
|
- Для замера времени используйте `time.perf_counter()` до и после вызова стратегии.
|
||||||
|
|
||||||
|
#### Этап 5. Визуализация и пошаговое управление – паттерны **Observer** и **Command** (по желанию)
|
||||||
|
**5.1. Наблюдатель (Observer)** – обновление консольного интерфейса.
|
||||||
|
- Создать интерфейс `Observer` с методом `update(event)`, где `event` может быть строкой или объектом с типом события (`"path_found"`, `"move"`, `"maze_loaded"`).
|
||||||
|
- Реализовать класс `ConsoleView`, который отображает лабиринт, текущее положение игрока (если реализован пошаговый режим) и найденный путь. Метод `render(maze, player_position, path)` рисует карту в консоли.
|
||||||
|
- `MazeSolver` (или отдельный контроллер) может иметь список наблюдателей и уведомлять их при изменении состояния.
|
||||||
|
|
||||||
|
**5.2. Команда (Command)** – для пошагового перемещения игрока по найденному пути (или ручного управления).
|
||||||
|
- Создать интерфейс `Command` с методами `execute()` и `undo()`.
|
||||||
|
- Реализовать `MoveCommand`, который принимает игрока (`Player`), направление и изменяет его позицию, сохраняя предыдущую для отмены.
|
||||||
|
- Создать класс `Player`, хранящий текущую клетку.
|
||||||
|
- Консольное меню позволяет вводить команды (W/A/S/D), выполнять `MoveCommand`, при необходимости отменять последний ход (Ctrl+Z). Это опционально, но очень наглядно демонстрирует паттерн.
|
||||||
|
|
||||||
|
*Observer можно реализовать только для вывода сообщений о начале/конце поиска, а Command – для демонстрации undo при ручном исследовании лабиринта.*
|
||||||
|
|
||||||
|
#### Этап 6. Экспериментальная часть (аналогично заданию со структурами данных)
|
||||||
|
**Задача:** Сравнить эффективность реализованных стратегий на лабиринтах разной сложности.
|
||||||
|
1. **Подготовка тестовых лабиринтов:**
|
||||||
|
- Маленький (10×10) с простым путём.
|
||||||
|
- Средний (50×50) с тупиками.
|
||||||
|
- Большой (100×100) с запутанной структурой.
|
||||||
|
- «Пустой» лабиринт (без стен) – для демонстрации максимальной производительности.
|
||||||
|
- «Без выхода» – чтобы проверить обработку отсутствия пути.
|
||||||
|
2. **Замеры:**
|
||||||
|
- Для каждого лабиринта и каждой стратегии запустить `solve()` 5–10 раз, усреднить время, количество посещённых клеток, длину пути.
|
||||||
|
- Записать результаты в CSV: `лабиринт,стратегия,время_мс,посещено_клеток,длина_пути`.
|
||||||
|
3. **Анализ:**
|
||||||
|
- Построить графики для каждого лабиринта.
|
||||||
|
- Проанализировать и написать выводы по итогам (эффективность того или иного алгоритма в разных случаях).
|
||||||
|
|
||||||
|
4. **Дополнительное задание:** Реализовать взвешенные клетки (например, болото – вес 3, песок – вес 2, асфальт – вес 1) и сравнить Дейкстру с A* на взвешенном графе.
|
||||||
|
|
||||||
|
#### Этап 7. Отчёт
|
||||||
|
**Структура отчёта:**
|
||||||
|
1. Описание задачи и выбранных паттернов (с диаграммой классов из Mermaid).
|
||||||
|
2. Листинги ключевых классов (можно выборочно) или ссылка на репозиторий.
|
||||||
|
3. Результаты экспериментов (таблицы, графики).
|
||||||
|
4. Анализ эффективности алгоритмов и применимости паттернов.
|
||||||
|
5. Выводы: как ООП и паттерны помогли сделать код гибким и расширяемым. Что было бы сложно изменить без них.
|
||||||
|
|
||||||
|
### Советы
|
||||||
|
- Для A* самая простая эвристика: `abs(x1 - x2) + abs(y1 - y2)`.
|
||||||
|
- При поиске пути надо хранить предшественников (`parent` для каждой посещённой клетки), чтобы восстановить путь.
|
||||||
|
- Для BFS/DFS используй `deque` (очередь) и `list` (стек).
|
||||||
|
- Визуализацию в консоли можно сделать с помощью `os.system('cls' if os.name == 'nt' else 'clear')` для перерисовки.
|
||||||
|
|
|
||||||
0
Smirnovvs/428.txt
Normal file
0
Smirnovvs/428.txt
Normal file
0
VarnakovAA/429.md
Normal file
0
VarnakovAA/429.md
Normal file
0
dyachenkoas/428
Normal file
0
dyachenkoas/428
Normal file
0
kalinovskiymi/428
Normal file
0
kalinovskiymi/428
Normal file
6
osipovamd/428.md
Normal file
6
osipovamd/428.md
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,6 @@
|
||||||
|
{\rtf1\ansi\ansicpg1251\cocoartf2869
|
||||||
|
\cocoatextscaling0\cocoaplatform0{\fonttbl}
|
||||||
|
{\colortbl;\red255\green255\blue255;}
|
||||||
|
{\*\expandedcolortbl;;}
|
||||||
|
\paperw11900\paperh16840\margl1440\margr1440\vieww11520\viewh8400\viewkind0
|
||||||
|
}
|
||||||
1
victorovaas/429
Normal file
1
victorovaas/429
Normal file
|
|
@ -0,0 +1 @@
|
||||||
|
<EFBFBD>¥¦¨¬ ¢כ¢®₪ ×®¬ ₪ ם×א (ECHO) ¢×«מח¥.
|
||||||
Loading…
Reference in New Issue
Block a user