тест полной программы (Успех)

nikolaevda/experiment_results.csv

@@ -0,0 +1,19 @@
+Структура;Режим;Операция;Замер1(с);Замер2(с);Замер3(с);Замер4(с);Замер5(с);Среднее(с)
+linked_list;случайный;вставка;5.503300700000182;5.004083100000571;4.882084700000632;4.881827499999417;4.890130499999941;5.032285300000149
+linked_list;случайный;поиск;0.05034929999965243;0.04795749999993859;0.046004300000277;0.04418989999976475;0.04287860000022192;0.04627591999997094
+linked_list;случайный;удаление;0.03702340000018012;0.03709479999997711;0.03829469999982393;0.03841730000021926;0.03741160000026866;0.03764836000009382
+hash_table;случайный;вставка;0.03724729999976262;0.036700800000289746;0.03645409999990079;0.036475899999459216;0.035486800000398944;0.03647297999996226
+hash_table;случайный;поиск;0.00042500000017753337;0.00033910000001924345;0.00033829999938461697;0.0003378999999767984;0.00033820000044215703;0.00035570000000006985
+hash_table;случайный;удаление;0.00018709999949351186;0.00017469999966124306;0.0001795999996829778;0.00018339999951422215;0.00017609999940759735;0.00018017999955191044
+bst;случайный;вставка;0.04527770000004239;0.042043200000080105;0.04279800000040268;0.038970799999333394;0.03744349999942642;0.041306639999856995
+bst;случайный;поиск;0.0005276000001686043;0.0004296000006434042;0.00043430000005173497;0.00041569999939383706;0.0004365999993751757;0.00044875999992655125
+bst;случайный;удаление;0.09453469999971276;0.09244760000001406;0.10106580000046961;0.09086349999961385;0.09310050000021874;0.0944024200000058
+linked_list;отсортированный;вставка;6.237431600000491;6.1635778999998365;6.183921300000293;6.150560400000359;6.1811854999996285;6.183335340000122
+linked_list;отсортированный;поиск;0.05593550000048708;0.053237000000081025;0.05208490000040911;0.05022400000052585;0.049882199999956356;0.052272720000291886
+linked_list;отсортированный;удаление;0.04117889999997715;0.037663099999917904;0.03757399999994959;0.04252919999998994;0.03767599999991944;0.03932423999995081
+hash_table;отсортированный;вставка;0.04085130000021309;0.03589560000000347;0.03588300000046729;0.035286500000438537;0.03309669999998732;0.03620262000022194
+hash_table;отсортированный;поиск;0.00044720000005327165;0.00040470000021741726;0.0003451000002314686;0.00034250000044266926;0.0003420000002734014;0.00037630000024364564
+hash_table;отсортированный;удаление;0.0001863999996203347;0.00017409999964002054;0.00017500000012660166;0.00017459999980928842;0.00017379999917466193;0.00017677999967418144
+bst;отсортированный;вставка;18.630878699999812;18.350701800000024;18.322985300001164;18.381200199999512;18.44051959999888;18.425257119999877
+bst;отсортированный;поиск;0.16251639999973122;0.15183020000040415;0.1572033000011288;0.16128759999992326;0.16190610000012384;0.15894872000026225
+bst;отсортированный;удаление;0.09546029999910388;0.09252720000040426;0.09302340000067488;0.09245310000005702;0.09305589999894437;0.09330397999983689

nikolaevda/task1/Zadanie1.py

@@ -1,3 +1,12 @@
+import random
+import time
+import csv
+import os
+import traceback
+import sys
+
+sys.setrecursionlimit(30000)
+
 def ll_insert(head, name, phone):
     
     """
@@ -294,3 +303,347 @@ def bst_list_all(root, result=None):
         bst_list_all(root['right'], result)
     
     return result
+
+def generate_records(count=10000):
+    """
+    генерация тестовых данных
+    70% уникальных имён, 30% повторяющихся (для коллизий)
+    """
+    records = []
+    base_names = ["Алексей", "Борис", "Владимир", "Дмитрий", "Елена", 
+                  "Иван", "Мария", "Николай", "Ольга", "Павел"]
+    
+    for i in range(count):
+        if random.random() < 0.7:
+            name = f"User_{i:05d}"
+        else:
+            name = random.choice(base_names) + f"_{random.randint(1, 100)}"
+        
+        phone = f"+7-{random.randint(100,999)}-{random.randint(100,999)}-{random.randint(1000,9999)}"
+        records.append((name, phone))
+    
+    shuffled = records.copy()
+    random.shuffle(shuffled)
+    sorted_records = sorted(records, key=lambda x: x[0])
+    
+    return shuffled, sorted_records
+
+
+def measure_insertion(structure_name, records):
+    """
+    замер времени вставки
+    возвращает список замеров и заполненную структуру
+    """
+    times = []
+    filled_structure = None
+    
+    for run in range(5):
+        if structure_name == "linked_list":
+            structure = None
+        elif structure_name == "hash_table":
+            structure = hash_table(2003)
+        elif structure_name == "bst":
+            structure = None
+        
+        start = time.perf_counter()
+        
+        for name, phone in records:
+            if structure_name == "linked_list":
+                structure = ll_insert(structure, name, phone)
+            elif structure_name == "hash_table":
+                ht_insert(structure, name, phone)
+            elif structure_name == "bst":
+                structure = bst_insert(structure, name, phone)
+        
+        end = time.perf_counter()
+        times.append(end - start)
+        
+        if run == 4:  # Сохраняем после последнего замера
+            filled_structure = structure
+    
+    return times, filled_structure
+
+
+def measure_search(structure_name, structure, search_names):
+    """
+    замер времени поиска
+    возвращает список замеров
+    """
+    times = []
+    
+    for run in range(5):
+        start = time.perf_counter()
+        
+        for name in search_names:
+            if structure_name == "linked_list":
+                ll_find(structure, name)
+            elif structure_name == "hash_table":
+                ht_find(structure, name)
+            elif structure_name == "bst":
+                bst_find(structure, name)
+        
+        end = time.perf_counter()
+        times.append(end - start)
+    
+    return times
+
+
+def measure_deletion(structure_name, original_structure, delete_names):
+    """
+    замер времени удаления
+    возвращает список замеров
+    """
+    times = []
+    
+    for run in range(5):
+        # создаём копию структуры
+        if structure_name == "linked_list":
+            all_records = ll_list_all(original_structure)
+            test_structure = None
+            for name, phone in all_records:
+                test_structure = ll_insert(test_structure, name, phone)
+        
+        elif structure_name == "hash_table":
+            all_records = ht_list_all(original_structure)
+            test_structure = hash_table(2003)
+            for name, phone in all_records:
+                ht_insert(test_structure, name, phone)
+        
+        elif structure_name == "bst":
+            all_records = bst_list_all(original_structure)
+            test_structure = None
+            for name, phone in all_records:
+                test_structure = bst_insert(test_structure, name, phone)
+        
+        start = time.perf_counter()
+        
+        for name in delete_names:
+            if structure_name == "linked_list":
+                test_structure = ll_delete(test_structure, name)
+            elif structure_name == "hash_table":
+                ht_delete(test_structure, name)
+            elif structure_name == "bst":
+                test_structure = bst_delete(test_structure, name)
+        
+        end = time.perf_counter()
+        times.append(end - start)
+    
+    return times
+
+print(f"Текущая рабочая директория: {os.getcwd()}")
+print(f"Путь к файлу: {os.path.abspath(__file__)}")
+
+def run_experiment():
+    """
+    запуск всех экспериментов и сохранение результатов
+    """
+    
+    current_dir = os.path.dirname(__file__)
+    docs_dir = os.path.dirname(current_dir)
+    csv_file = os.path.join(docs_dir, "experiment_results.csv")
+   
+    
+    
+    os.makedirs(docs_dir, exist_ok=True)
+    
+    print("ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ СРАВНЕНИЕ СТРУКТУР ДАННЫХ")
+    print("Телефонный справочник - 10000 записей")
+    print(f"\nРезультаты будут сохранены в: {csv_file}")
+    
+    # генерация данных
+    print("\n1. Генерация тестовых данных...")
+    shuffled_records, sorted_records = generate_records(10000)
+    print(f"Сгенерировано 10000 записей")
+    print(f"Уникальных имён: {len(set([r[0] for r in shuffled_records]))}")
+    
+    # подготовка имён для поиска и удаления
+    random.seed(42)
+    existing_names = [shuffled_records[i][0] for i in random.sample(range(10000), 100)]
+    nonexisting_names = [f"NotExist_{i}" for i in range(10)]
+    search_names = existing_names + nonexisting_names
+    delete_names = [shuffled_records[i][0] for i in random.sample(range(10000), 50)]
+    
+    results = [["Структура", "Режим", "Операция", 
+                "Замер1(с)", "Замер2(с)", "Замер3(с)", "Замер4(с)", "Замер5(с)", 
+                "Среднее(с)"]]
+    
+    # тестирование для каждого режима
+    for mode_name, records in [("случайный", shuffled_records), 
+                                ("отсортированный", sorted_records)]:
+        
+        print(f"\n2. Тестирование режима: {mode_name}")
+        
+        
+        for struct_name in ["linked_list", "hash_table", "bst"]:
+            print(f"\n   {struct_name.upper()}:")
+            
+            # вставка
+            print("Вставка 10000 записей...")
+            insert_times, filled_struct = measure_insertion(struct_name, records)
+            avg_insert = sum(insert_times) / 5
+            print(f"Время: {avg_insert:.4f} сек (среднее)")
+            
+            # поиск
+            print("Поиск 110 записей (100 существующих + 10 которых нет)...")
+            search_times = measure_search(struct_name, filled_struct, search_names)
+            avg_search = sum(search_times) / 5
+            print(f"Время: {avg_search:.4f} сек (среднее)")
+            
+            # удаление
+            print("Удаление 50 случайных записей...")
+            delete_times = measure_deletion(struct_name, filled_struct, delete_names)
+            avg_delete = sum(delete_times) / 5
+            print(f"Время: {avg_delete:.4f} сек (среднее)")
+            
+            # сохраняем результаты
+            results.append([struct_name, mode_name, "вставка"] + insert_times + [avg_insert])
+            results.append([struct_name, mode_name, "поиск"] + search_times + [avg_search])
+            results.append([struct_name, mode_name, "удаление"] + delete_times + [avg_delete])
+    
+    # сохранение CSV
+    print("\n3. Сохранение результатов...")
+    try:
+        with open(csv_file, "w", newline="", encoding="utf-8-sig") as f:
+            writer = csv.writer(f, delimiter=';')
+            writer.writerows(results)
+        print(f"Результаты сохранены в: {csv_file}")
+    except Exception as e:
+        print(f"Ошибка сохранения: {e}")
+    
+    # вывод табл.
+    print("СВОДНАЯ ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ")
+    print(f"{'Структура':<15} {'Режим':<12} {'Операция':<10} {'Среднее время (сек)':<20}")
+    
+    for row in results[1:]:
+        struct, mode, op, t1, t2, t3, t4, t5, avg = row
+        print(f"{struct:<15} {mode:<12} {op:<10} {avg:<20.6f}")
+    
+    return results
+
+def create_report_table(results):
+    """Создание сводной таблицы"""
+
+    print("СВОДНАЯ ТАБЛИЦА (среднее время в секундах)")
+
+    print(f"{'Структура':<12} {'Режим':<12} {'Вставка':<12} {'Поиск':<12} {'Удаление':<12}")
+
+    summary = {}
+    for row in results[1:]:
+        struct, mode, op, _, _, _, _, _, avg = row
+        key = (struct, mode)
+        if key not in summary:
+            summary[key] = {}
+        summary[key][op] = avg
+    
+    names = {'linked_list': 'LinkedList', 'hash_table': 'HashTable', 'bst': 'BST'}
+    for (struct, mode), ops in summary.items():
+        print(f"{names[struct]:<12} {mode:<12} {ops.get('вставка', 0):<12.6f} {ops.get('поиск', 0):<12.6f} {ops.get('удаление', 0):<12.6f}")
+
+
+def print_analysis():
+    """вывод краткого анализа"""
+  
+    print("АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ")
+ 
+    print("""
+1. Влияние порядка данных на BST:
+   - На случайных данных: быстро O(log n)
+   - На отсортированных: деградация до O(n) (дерево вырождается в список)
+
+2. Хеш-таблица не чувствительна к порядку:
+   - Хеш-функция случайно распределяет данные по bucket'ам
+   - Порядок вставки не влияет на время операций
+
+3. Связный список всегда медленен при поиске:
+   - Поиск требует последовательного прохода O(n)
+   - Нет индексов или сортировки для ускорения
+
+4. Сравнение удаления:
+   - Связный список: O(n) — нужен поиск элемента
+   - Хеш-таблица: O(1) — прямой доступ по индексу
+   - BST: O(log n) в среднем, O(n) на отсортированных
+
+5. Рекомендация для реальных задач:
+   - Хеш-таблица: частый поиск, словари, кэши
+   - BST (сбалансированный): нужны отсортированные данные
+   - Связный список: маленькие объёмы, очереди/стеки
+   - Для телефонного справочника ЛУЧШЕ: ХЕШ-ТАБЛИЦА
+""")
+    
+def create_graphs(results):
+    """Построение столбчатых диаграмм"""
+    import matplotlib.pyplot as plt
+    import numpy as np
+    
+    data = {}
+    for row in results[1:]:
+        struct = row[0]
+        mode = row[1]
+        op = row[2]
+        avg = row[8]
+        
+        if struct not in data:
+            data[struct] = {}
+        if mode not in data[struct]:
+            data[struct][mode] = {}
+        data[struct][mode][op] = avg
+    
+    # Настройки
+    struct_names = {'linked_list': 'LinkedList', 'hash_table': 'HashTable', 'bst': 'BST'}
+    colors = {'linked_list': '#3498db', 'hash_table': '#2ecc71', 'bst': '#e74c3c'}
+    modes = ['случайный', 'отсортированный']
+    operations = ['вставка', 'поиск', 'удаление']
+    op_titles = ['Вставка (10000 записей)', 'Поиск (110 запросов)', 'Удаление (50 записей)']
+    
+    fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(14, 5))
+    fig.suptitle('Сравнение производительности структур данных', fontsize=14, fontweight='bold')
+    
+    for idx, (op, title) in enumerate(zip(operations, op_titles)):
+        ax = axes[idx]
+        x = np.arange(len(modes))
+        width = 0.25
+        multiplier = 0
+        
+        for struct in ['linked_list', 'hash_table', 'bst']:
+            values = [data[struct][mode][op] for mode in modes]
+            bars = ax.bar(x + multiplier * width, values, width, 
+                         label=struct_names[struct], color=colors[struct])
+            
+            for bar, val in zip(bars, values):
+                if val < 0.001:
+                    ax.text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, bar.get_height(),
+                           f'{val:.6f}', ha='center', va='bottom', fontsize=7)
+                elif val < 0.01:
+                    ax.text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, bar.get_height(),
+                           f'{val:.5f}', ha='center', va='bottom', fontsize=7)
+                else:
+                    ax.text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, bar.get_height(),
+                           f'{val:.3f}', ha='center', va='bottom', fontsize=8)
+            multiplier += 1
+        
+        ax.set_title(title)
+        ax.set_ylabel('Время (сек)')
+        ax.set_yscale('log')
+        ax.set_ylim(1e-5, 10)
+        ax.set_xticks(x + width)
+        ax.set_xticklabels(['Случайный', 'Отсортированный'])
+        ax.legend()
+        ax.grid(True, alpha=0.3, axis='y')
+    
+    plt.tight_layout()
+    
+    current_dir = os.path.dirname(__file__)
+    docs_dir = os.path.dirname(current_dir)
+    path = os.path.join(docs_dir, 'graphs.png')
+    plt.savefig(path, dpi=150)
+    plt.close()
+    print(f"\nГрафики сохранены: {path}")
+    return path 
+
+if __name__ == "__main__":
+    results = run_experiment()
+    create_report_table(results)
+    create_graphs(results)
+    print_analysis()
+  
+    print("ЭКСПЕРИМЕНТ ВЫПОЛНЕН ПОЛНОСТЬЮ!")