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EINI-IEINI-IEinführung in die Informatik Einführung in die Informatik für Naturwissenschaftler und für Naturwissenschaftler und
Ingenieure IIngenieure I
Kapitel 9
Claudio Moraga; Gisbert Dittrich
FBI Unido
moraga@cs.uni-dortmund.de
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
Gliederung Kapitel 9Gliederung Kapitel 9
• Einfache Dateibehandlung• Beispiel: Wörter zählen
– Problem, Datenstruktur – Einfügen: Strategie + Implementierung– Alphabetisch geordnete Ausgabe: Strategie + Impl.
• Durchlaufstrategien bei Bäumen– In die Tiefe
• Inorder • Präorder • Postorder
– In die Breite
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
DateienDateien
• Einfache Dateibehandlung – (externe Dateien, Öffnen, Lesen/Schreiben,
Schließen).– Am Beispiel: Problem, die Wörter in einem
gegebenen Text zu zählen und sie mit ihrer Häufigkeit alphabetisch geordnet auszugeben.
• Zunächst: Dateien • Lies aus einer Eingabe-Datei, schreibe in eine
Ausgabe-Datei. Am elementaren Beispiel.• Programm
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
DateienDateien
• #include <fstream.h>
bindet die Bibliothek zur Dateibehandlung ein
• Bindung von Datei-Variablen (im Programm) an Dateien (im Dateisystem) beim Öffnen der Datei.
ifstream *Eingabedatei; EingabeDatei = new ifstream(EinDat);
• Benutzung von Dateien: wie Standard Ein-/Ausgabe
– ifstream: Eingabe - ofstream: Ausgabe
• Benutzung: wie cin (bzw. cout)– *Eingabedatei >> gelesen;
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
DateienDateien
• Testen: (*Eingabedatei).eof() (liefert "true" genau dann, wenn das Ende der Datei
erreicht ist; eof: end of file)!(*Eingabedatei).eof() (liefert "true" genau dann, wenn das Ende der Datei
noch nicht erreicht ist)
• Analog: ofstream *AusgabeDatei;
• Werden Dateien zum Schreiben geöffnet, so geht meist ihr vorheriger Inhalt verloren.
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
// K9-P1// Elementare Verwendung von Dateien// Vorsicht: nicht robust
#include <iostream.h>#include <fstream.h>
const int maxLen = 70;
void Einlesen(ifstream *, ofstream *);void Schreiben(char * , ofstream *);
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
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main() {ifstream *EingabeDatei;ofstream *AusgabeDatei;char EinDat[80], AusDat[80];cout << "bitte Eingabedatei angeben: "; cin >> EinDat;cout << "bitte AusgabeDatei angeben: "; cin >> AusDat;cout << "Danke" << endl;EingabeDatei = new ifstream(EinDat);AusgabeDatei = new ofstream(AusDat);Einlesen(EingabeDatei, AusgabeDatei);
cout << "fertig" << endl;}
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
void Einlesen(ifstream *ein, ofstream *aus) {char gelesen[maxLen];*ein >> gelesen;while (!(*ein).eof()) {
cout << "gelesen: " << gelesen << "\t\t\t\t";
Schreiben (gelesen, aus);*ein >> gelesen;
}}void Schreiben(char *Wort, ofstream *aus) {
if (Wort != NULL) {
*aus << Wort << endl; // Wort mit ..... //..Zeilenumbruch in die Datei schreiben.cout << "geschrieben: " << Wort << endl;
// Wort mit Zeilenumbruch ... //..auf den Bildschirm schreiben.
}} // 3Ausführen
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
Wörter zählenWörter zählen
• Problem: – zähle die Wörter in einem gegebenen Text, – gib sie mit ihrer Häufigkeit alphabetisch geordnet
aus.
• Datenstruktur: – binärer Suchbaum (--> Wörter lassen sich ordnen)– erweitert um einen Zähler.
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Datenstruktur zum Zählen von WörternDatenstruktur zum Zählen von Wörtern
text
zaehler
LSohn RSohn
struct BinBaum {char text[maxLen];int zaehler;BinBaum * LSohn, *RSohn;
};
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Strategie zum EinfügenStrategie zum Einfügen
• Suchen nach einer Zeichenkette im binären Suchbaum– Zeichenkette nicht gefunden:
• neuen Knoten einfügen,
• Zähler zu 1 initialisieren
– Zeichenkette gefunden: • Zähler um 1 erhöhen
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void strcpy(char *, char *);int strcmp(char *, char *);
BinBaum * Einfuegen(BinBaum *B, char * k) {if (B == NULL) {
BinBaum *Hilf = new BinBaum;strcpy(Hilf->text, k);Hilf->zaehler = 1;
Hilf->LSohn = Hilf->RSohn = NULL;B = Hilf; Hilf = NULL;}
else {int Vergl = strcmp(B->text,k);if (Vergl < 0)
B->RSohn = Einfuegen(B->RSohn, k);else if (Vergl > 0)
B->LSohn = Einfuegen(B->LSohn, k);else if (Vergl == 0)
B->zaehler += 1;}
return B;}
Text noch nicht
gesehen
Text bekannt:einfügen,
Zählererhöhen
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Alphabetisch geordnete AusgabeAlphabetisch geordnete Ausgabe
• Behauptung:• Nachfolgender Durchlauf liefert als Resultat:
– geordnete Ausgabe
• Durchlaufstrategie:– Durchlaufe den binären Suchbaum mit Wurzel w
rekursiv wie folgt:• Durchlauf durch den linken Unterbaum von w
• Ausdruck (der Nutzinfo) der Wurzel w
• Durchlauf durch den rechten Unterbaum von w
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Beispiel (Baumdurchlauf)Beispiel (Baumdurchlauf)
4 7
6
17
18
23
26
4 6 7 17 18 23 26
4 7
17
18
23
26
6
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
BeweisBeweis
• Durch vollständige Induktion nach der Anzahl der Knoten– Der Induktionsbeginn (kein Knoten) ist erfüllt– Der Induktionsschritt:
• der linke Unterbaum wird geordnet ausgegeben (IV),
• dann wird die Wurzel ausgegeben,
• dann wird der rechte Unterbaum geordnet ausgegeben (IV).
(Die Wurzel steht bzgl. der Ordnung "in der Mitte".)
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Programmtext: Programmtext: AusdruckenAusdrucken
void KnotenDruck(BinBaum *, ofstream *); void Ausdrucken(BinBaum *K, ofstream *aus) {
if (K != NULL) {Ausdrucken(K->LSohn, aus);KnotenDruck(K, aus);Ausdrucken(K->RSohn, aus);}
}
Programm
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
AnmerkungenAnmerkungen
• Zugriff auf Ein- und Ausgabedateien wird über Zeiger auf ifstream- und ofstream-Variablen bewirkt.
• Initialisierungen– EingabeDatei = new ifstream(EinDat);– AusgabeDatei = new ofstream(AusDat);
• Varianten (Ausgabedateien als Konstante bekannt) z.B.: – ofstream *Ausgabe = new ofstream("von.aus");
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BinBaum * Einfuegen(BinBaum *, char *);BinBaum * Einlesen(ifstream *ein) {
BinBaum *bst = NULL;char gelesen[maxLen];
*ein >> gelesen;while (!(*ein).eof()) {
bst = Einfuegen(bst, gelesen);*ein >> gelesen;
}return bst;
}
Feinheiten: *ein und (*ein).eof()
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
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Analog: AusgabeAnalog: Ausgabe
void Schreiben(char *, int, ofstream *);void KnotenDruck(BinBaum *T, ofstream *aus){
Schreiben(T->text, T->zaehler, aus);}void Schreiben(char * s, int k, ofstream *aus){
*aus << k << "\t\t\t" << s << endl;}
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// K9-P2 Binärer Suchbaum//#include <iostream.h>#include <fstream.h>#include <string.h> // beinhaltet void strcpy(char *, char *); // und int strcmp(char *, char *);
const int maxLen = 70;
struct BinBaum {
char text[maxLen];int zaehler;BinBaum * LSohn, *RSohn;
};// 1
Bibliothek für die DateibehandlungBibliothek für die Dateibehandlung
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// Funktionsprototypen
BinBaum * Einlesen(ifstream *);BinBaum * Einfuegen(BinBaum *, char *);void Ausdrucken(BinBaum *, ofstream *);void KnotenDruck(BinBaum *, ofstream *);void Schreiben(char * , int , ofstream *);
// 2
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main() {BinBaum *BST;ifstream *EingabeDatei;ofstream *AusgabeDatei;char EinDat[80], AusDat[80];
cout << "bitte Eingabedatei angeben: "; cin >> EinDat;cout << "bitte AusgabeDatei angeben: "; cin >> AusDat;cout << "Danke" << endl;EingabeDatei = new ifstream(EinDat);AusgabeDatei = new ofstream(AusDat);
BST = Einlesen(EingabeDatei);Ausdrucken(BST, AusgabeDatei);
cout << "fertig" << endl;} // 3
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
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BinBaum * Einlesen(ifstream *ein) {
BinBaum *bst = NULL; char gelesen[maxLen];
*ein >> gelesen;while (!(*ein).eof()) {
bst = Einfuegen(bst, gelesen);*ein >> gelesen;
};return bst;
}
// 4
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
BinBaum * Einfuegen(BinBaum *B, char * k) {if (B == NULL) {
BinBaum *Hilf = new BinBaum;strcpy(Hilf->text, k);Hilf->zaehler = 1;
Hilf->LSohn = Hilf->RSohn = NULL;B = Hilf; Hilf = NULL;}
else {int Vergl = strcmp(B->text,k);if (Vergl < 0) B->RSohn = Einfuegen(B->RSohn, k);else if (Vergl > 0) B->LSohn = Einfuegen(B->LSohn, k);else if (Vergl == 0) B->zaehler += 1;}
return B;}// 5
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Kap 9: Durchlaufstrategien Vorl “EINI-I"
09.01.2001
void Ausdrucken(BinBaum *K, ofstream *aus) {if (K != NULL) {
Ausdrucken(K->LSohn, aus);KnotenDruck(K, aus);Ausdrucken(K->RSohn, aus);}
}
void KnotenDruck(BinBaum *T, ofstream *aus){Schreiben(T->text, T->zaehler, aus);
}
void Schreiben(char * s, int k, ofstream *aus){*aus << k << "\t\t\t" << s << endl;
} // 6
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Durchlauf durch BäumeDurchlauf durch Bäume
4 7
6
17
18
23
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Diese Art des Durchlaufs heißt Inorder-Durchlauf.
w
BLinks BRechtsInorder ( )
Inorder(Wurzel BLinks)
Druck(w)
Inorder(Wurzel BRechts)
=
4 6 7 17 18 23 26
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w
BLinks BRechtsPräorder( ) Präorder(Wurzel BLinks)
Druck(w)
Präorder(Wurzel BRechts)
=
17 6 4 7 23 18 2617
6
4 7
23
18 26
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w
BLinks BRechts
Postorder( )Postorder(Wurzel BLinks)
Druck(w)
Postorder(Wurzel BRechts)=
4 7
6
18 26
23
174 7 6 18 26 23 17
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DurchlaufstrategienDurchlaufstrategien
• Strategie bei allen drei Durchlaufarten heißt Tiefensuche:
Es wird zunächst in die Tiefe und nicht in die Breite gegangen.
• Alternative: Breitensuche Trage den Baum "schichtenweise" ab.
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Beispiel BreitensucheBeispiel Breitensuche
6 23
4 7 18 26
17
17 6 23 4 7 18 26
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09.01.2001
Idee zur ImplementationIdee zur Implementation
Verwalte die Knoten in einer "Warteschlange"
• ein Knoten wird gedruckt
• seine Söhne werden in die Warteschlange eingefügt
bis die Warteschlange leer ist
Initialisierung der Warteschlange mit der Wurzel des Baums.
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09.01.2001
BeispielBeispiel
17 6 23 4 7 18 26
17
6 23
4 7 18 26