データ構造とアルゴリズム

データ構造とアルゴリズム
平成20年度前期 2年生必修
水曜日３－４時限
1
授業の目標
代表的なデータの構造（配列、線形リスト、スタック、キュー、木）
、および、データの操作の基本である、並べ替え、検索等のア
ルゴリズムを学ぶことで、良いプログラムを書くための基礎を養
う
教科書：茨木俊秀，“Cによるアルゴリズムとデータ構造，”
昭晃堂，ISBN:4785631171．生協にて販売
参考書：近藤嘉雪，“定本Cプログラマのためのアルゴリズムとデータ
構造，”
ソフトバンク，ISBN:4797304952．
2
成績評価



2/3回（10回）以上の出席を満たさない場合は期末試験を受験
できない（学内履修規定）
レポート(30%)および期末試験(70%)を総合評価
レポートと試験の合計得点を100点満点に換算
 優：80点以上
 良：70点以上～80点未満
 可：60点以上～70点未満
3
授業予定
第1週
4/16
導入：データの型、データ構造
第2週
4/23
抽象データ型、計算量、ポインタと配列
第3週
5/07
リスト：配列による実現とポインタによる実現
第4週
5/14
スタックとキュー：スタックの実現、再帰、キューの実現
第5週
5/21
木構造：木と２分木、木のなぞり、木の実現
第6週
5/28
集合と辞書：集合の用語と操作、辞書とハッシュ表
第7週
6/04
順序つき集合の処理：優先度つき待ち行列、ヒープ、探索木：２分探索木
第8週
6/11
整列（１）：バブルソート、挿入ソート、選択ソート
第9週
6/25
整列（２）：バケットソート、基数ソート、ヒープソート
第10週
7/02
整列（３）：クイックソート、シェルソート
第11週
7/09
整列データの処理：整列配列の併合、２分探索
第12週
7/16
演習（ヒープソート）
第13週
7/23
分割統治法、演習（マージソート）
第14週
7/30
学期末試験
4
講義範囲
第１章アルゴリズムとその計算量
（ほぼ全部)
第２章基本的なデータ構造
（ほぼ全部）
第３章順序つき集合の処理
（ほぼ全部）
第４章整列のアルゴリズム
（4.6節を除く）
第５章アルゴリズムの設計
（5.1、5.2節）
5
オフィスアワーと連絡先

質問は、水12:00－12:50 に受付ける

居室：情報棟4階 9-409

連絡先：[email protected]

事前にメールで予約すること

メールのマナーを守る

学籍番号、氏名を明記

返信が受信できるようにする
8
データ構造とアルゴリズム
第1回
データの型、データ構造
9
「プログラミング」
1.
2.
3.
4.
5.
問題を分析し，何をするプログラムを書くか決定する．
プログラムの仕様を決める．
どのようなアルゴリズム，データ構造を使用すればよ
いかを決定する．
プログラミング言語を用いてプログラムを書く．
設計したとおりにプログラムが動作するかテストする．
（マニュアルの作成やプログラムの性能評価を行う．)
10
例：身長順の名簿が作りたい

50音順に並んでいるデータを身長順に並べ替える
プログラムを作ろう
 入力：50音順の名簿（5名分）
 出力：身長順の名簿
青木
小田
177
158
青木
佐藤
177
174
金子
佐藤
渡辺
167
174
170
渡辺
金子
小田
170
167
158
11
例：身長順の名簿が作りたい

プログラム内でデータをどう表すか？
⇒データ型，データ構造の決定
名前は文字列で
表現しよう
身長は整数型？
実数型？
青木
小田
177
158
金子
佐藤
渡辺
167
174
170
１名分のデータをま
とめて管理できると
便利だな
5名分のデータの集合
をどう表わそう？
12
例：身長順の名簿が作りたい

どういう手順で処理し，欲しい結果を求めるか？
⇒アルゴリズムの決定
アルゴリズムAは，
メモリをあまり使わないが，処
理が遅い
青木
小田
177
158
金子
佐藤
渡辺
167
174
170
アルゴリズムBは，
メモリを大量に使用するが，
処理が高速
このデータを処理するには
どの方法が適している？
13
アルゴリズム(algorithm)とは？


与えられた問題を解くための、機械的操作(命令)から
なる有限の手続き．
どのような値が入力されたときでも，有限個の命令を
実行後，必ず停止する．
（無限ループに入らない．）
14
アルゴリズムと手続き
［
※
］
操作の系列を並べたもの
有限ステップで停止するとは限らない
コンピュータにかけて実行
できるように手続きを詳細
にしたもの
⇒ プログラム(program)
［
］
必ず有限ステップで停止する
15
問題（problem）


すべてのアルゴリズムは、ある問題を解くという目的で書かれ
る
「ある正整数mが３の倍数であるかどうかを求める」
入力：正整数 m
出力：３の倍数かどうかの判定メッセージ
１つの問題は無数の問題例(problem instances)から成る。
例えば上記は、mを指定することによって定まる無数の問題
例の集合である。
17
与えられた整数m（ただしｍ≧０）が３の倍数か否か。
計算手順
Step A1：もしｍ＝０ならば Step A4 へ。
Step A2：ｍから３を減ずる。
Step A3：Step A1 へ。
Step A4：「ｍは３の倍数である」と出力する。
Step A5：計算を停止する。

ｍが3の倍数でないとき，
この手順では処理が停止しない．
18
与えられた整数ｍ（ただしｍ≧０）が３の倍数か否か。
アルゴリズム (algorithm)
Step B1：もしｍ＝０ならば Step B4 へ。
また，ｍ＜０ならば Step B6 へ。
Step B2：ｍから３を減ずる。
Step B3：Step B1 へ。
Step B4：「ｍは３の倍数である」と出力する。
Step B5：計算を停止する。
Step B6：「ｍは３の倍数ではない」と出力する。
Step B7：計算を停止する。

19
スタック（STACK）
後入れ先出しリスト
In, Out
a4
a3
a2
a1
21
待ち行列（QUEUE）
Out
先入れ先出しリスト
a1 a2 a3 a4 a5
In
22
本日の問題
問題１．スタックの身近な例を１つ挙げて説明せよ。
問題２．待ち行列の身近な例を１つ挙げて説明せよ。
問題３．構造を持つデータ群（データ構造）の身近な例を
１つ挙げて説明せよ。
23

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