Cursos gratis de programación en Java. TAD (Tipos abstractos de datos). Orientado a Grado, DAM y DAW. Otros cursos disponibles para Android, Swift, Base de datos, javascript, servicios y procesos...

1. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
TEMARIO DE CURSO
PROGRAMACIÓN JAVA SE
CAPÍTULO 19
T.A.D.
(TIPOS ABSTRACTOS DE DATOS)
© Iñaki Martín
Este obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

2. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
NOTA: Ante nada, decir que los TAD no son materia específica de una asignatura de programación, sino de asignaturas de
Estructuras de datos. Por ello, pertenece a los capitulos 40 en adelante, orientados hacia estas temáticas no estrictamente
JAVA.
• Abstraer consiste en centrarse sólo en la parte principal y esencial de los problemas, dejando así
a un lado todos los detalles insignificantes o menos importantes.
• Un buen ejemplo de la capacidad humana para la abstracción es la elaboración y lectura de un
mapa. Al dibujar nuestro mapa de carreteras, podemos reflejar en él los elementos principales, los
que tienen utilidad para su interpretación, como por ejemplo las autopistas, carreteras nacionales,
gasolineras, etc. Otros datos como (museos, parques) no aparecen ya que se consideran
innecesarios para nuestro tipo de mapa.
• Una gran ventaja de la abstracción es que nos permite dividir los problemas en partes
independientes y solucionar cada una por separado.
TAD - Definición
ABSTRACCION
2

3. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• En los inicios de la informática, los programadores se comunicaban con las máquinas en binario,
lo cual era un trabajo extremadamente largo y complicado.
• Al cabo de un tiempo apareció el código ensamblador, cuyos nemotécnicos facilitaron el trabajo
de los programadores al evitar que tuviesen que recordar las secuencias de unos y ceros que
formaban cada instrucción. Estos nemotécnicos constituyeron la primera escala de abstracción
de la era informática.
• Más tarde llegaron los lenguajes de alto nivel y con ellos las macroinstrucciones. Gracias a estos
lenguajes, los programadores pudieron comenzar a escribir software genérico, es decir, podían
programar sin preocuparse de la arquitectura de la máquina sobre la que iba a correr el
programa.
• En definitiva, la abstracción iba creciendo a medida que lo hacía la complejidad de los lenguajes y
de los sistemas, permitiendo el surgir de instrucciones de control, repetitivas, procedimientos y
funciones, los módulos y posteriormente los tipos abstractos de datos.
TAD - Definición
Abstraccion y programacion
3

4. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• En la programación, la abstracción puede aplicarse de dos modos distintos dando lugar a la
abstracción funcional y la abstracción de datos.
• Abstracción funcional: aparece al pensar de manera abstracta las operaciones que
necesitamos para resolver un problema. Este tipo de abstracción nos permite definir
operaciones nuevas en una aplicación que anteriormente carecía de ellas. La abstracción
funcional fue la primera en aparecer ya que es fácil de llevar a la práctica debido a que su
implementación es posible en la gran mayoría de los lenguajes de programación. Suele
corresponderse con el uso de procedimientos o funciones.
• Abstracción de datos (= Clase): surge cuando se abstrae el significado de los diferentes tipos
de datos que aparecen en nuestro problema. Este tipo de abstracción nos permite crear
nuevos tipos de datos pensando en los posibles valores que pueden tomar y en las
operaciones que los manipulan. Como cabe esperar, estas operaciones serán a su vez
abstracciones funcionales.
• La abstracción de datos es más reciente que la funcional, ya que los primeros lenguajes de
programación no ofrecían demasiadas facilidades para su uso. Los lenguajes de programación
modernos (sobre todo la POO) ofrecen herramientas y mecanismos para implementar abstracción
de datos y, por lo tanto, TAD (clases, interfaces, objetos, herencia, genéricos. . . )
TAD - Definición
Abstraccion funcional y abstraccion de datos
4

5. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• Se debe diferenciar claramente entre los datos, los tipos de datos y los tipos abstractos de datos.
• Los datos son los valores que manejamos en la resolución de un problema, tanto los valores
de entrada, como los de proceso y los de salida. Es decir, los datos son información y por lo
tanto distinguimos varios tipos de datos.
• Un tipo de dato se puede definir como un conjunto de valores y un conjunto de
operaciones definidas por esos valores. Clasificar los datos en distintos tipos aporta muchas
ventajas, como por ejemplo indicarle al compilador la cantidad de memoria que debe reservar
para cada instancia dependiendo del tipo de dato al que pertenezca.
• Los tipos de datos abstractos van más allá; son creados por el usuario, y extienden la
función de un tipo de dato ocultando la implementación de las operaciones definidas por el
usuario. Esta capacidad de ocultamiento nos permite desarrollar software reutilizable y
extensible, lo cual veremos más adelante cuando hablemos de modularidad.
TAD - Definición
Datos, tipos de datos predefinidos y tipos de datos abstractos
5

6. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• Un tipo de datos definido por el programador se denomina tipo abstracto de datos (TAD) para
distinguirlo de los tipos predefinidos de datos.
• Los tipos abstractos de datos están formados por los datos (estructuras de datos) y las
operaciones (procedimientos o funciones) que se realizan sobre esos datos.
• El conjunto de operaciones definidas sobre el TAD debe ser cerrado, es decir, sólo se debe
acceder a los datos mediante las operaciones abstractas definidas sobre ellos. La
abstracción de datos sólo permite acceder a ellos de manera controlada.
• Las estructuras de los TAD se componen de dos partes: la interfaz y la implementación.
★ en la interfaz se declaran las operaciones y los datos,
★ la implementación contiene el código fuente de las operaciones y lo mantiene oculto al
usuario.
• Las principales ventajas que nos aportan los TAD son las siguientes
1. Mejoran la conceptualización y hacen más claro y comprensible el código.
2. Hacen que el sistema sea más robusto.
3. Reducen el tiempo de compilación.
4. Permiten modificar la implementación sin que afecte al interfaz público.
5. Facilitan la extensibilidad.
TAD - Definición
TAD. Definición
6

7. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• La construcción de un TAD consta de dos fases: la especificación (formal e informal) y la
implementación.
• Especificación: Implica que las características de un TAD no deben depender de su realización
concreta, sino solamente de cómo queremos que sea su comportamiento. Puede ser informal
(lenguaje natural) o formal (algebraica)
• Para la especificación de un tipo abstracto de datos en lenguaje natural (especificación informal)
hemos de seguir el siguiente esquema:
‣ Tipo de datos: Nombre del tipo (Lista de operaciones)
‣ Valores: Descripción de los posibles valores
‣ Operaciones: Descripción de cada operación
• Primero indicaremos el nombre del TAD y citaremos todas las operaciones definidas. En el
apartado valores describiremos los posibles valores de los datos de este tipo, pero lo haremos
desde un punto de vista abstracto, sin pensar en la posible realización concreta. Finalmente en el
apartado operaciones haremos una descripción de cada una de las operaciones definidas sobre
el TAD. En la especificación informal, habitualmente hacemos referencia a conceptos con los
cuales el lector está familiarizado (como por ejemplo conceptos matemáticos).
TAD - Definición
Construir un TAD
Especificación: especificación informal
Especificación
7

8. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• La especificación formal nos permite definir conceptos de manera mucho más precisa. Para ello
utilizaremos este esquema:
‣ Tipo: Nombre del tipo de datos
‣ Sintaxis: Forma de las operaciones
‣ Semántica: Significado de las operaciones
• En el apartado sintaxis proporcionamos el tipo de datos de entrada y de salida de cada una de las
funciones definidas sobre el TAD, mientras que en semántica describiremos sus
comportamientos. Sin embargo, ésta vez lo haremos siguiendo unas normas algebraicas básicas.
TAD - Definición
Ejemplo de espedificaciones (un TAD de un Conjunto):
Especificación: especificación formal
8

9. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• En la implementación del TAD lo que hacemos es elegir la forma en que se van a representar los
distintos valores que tomarán los datos. También seleccionaremos la manera en que se realizarán
las operaciones. Para esta elección debemos tener en cuenta que todas las operaciones se
realicen de la forma más eficiente posible, aunque con la práctica veremos que la mayoría de las
veces una implementación facilita mucho algunas operaciones mientras que complica otras.
• Dada una especificación de un TAD podemos tener muchas implementaciones válidas
TAD - Definición
Implementación
• La programación modular descompone un programa en un pequeño número de abstracciones
independientes unas de otras pero fáciles de conectar entre sí.
• La programación modular sigue el criterio de ocultación de información: si no se necesita algún
tipo de información, no se debe tener acceso a ella.
• La modularidad es un aspecto muy importante en los TAD, ya que es el reflejo de la
independencia de la especificación y la implementación. Es la demostración de que un TAD
puede funcionar con diferentes implementaciones.
• Además de esto, la programación modular ofrece otras ventajas, como por ejemplo un mejor
reparto del trabajo y una detección de fallos mucho mejor.
Modularidad
9

10. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• Los tipos abstractos de datos básicos se clasifican habitualmente, atendiendo a su estructura, en
lineales y no lineales.
• Listas
★ Forma de almacenar elementos que consiste en colocarlos en una lista lineal en la que cada
elemento tiene una referencia de cual es el elemento siguiente
★ Las listas se utilizan habitualmente para guardar elementos del mismo tipo y se caracterizan
porque pueden contener un número indeterminado de elementos y porque siguen un orden
explícito.
• Colas
★ Una cola es una lista en la que los elementos se insertan por un extremo (llamado fondo) y
se suprimen por el otro (llamado frente).
★ En esta estructura de datos el primer elemento que entra es el primero en salir (FIFO). Es un
tipo de dato muy común tanto dentro de la informática como en la vida real.
• Pilas
★ Una pila es una estructura de datos en la cual todas las inserciones y las eliminaciones se
realizan por el mismo extremo, denominado cima de la pila. En una pila, el último elemento
en entrar es el primero en salir (LIFO), al contrario de lo que pasa en las colas.
TAD - Definición
TAD más habituales
TAD Lineales
10

11. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• Árboles
★ El árbol es un TAD que organiza sus elementos (nodos) de forma jerárquica. Si una rama va
del nodo a al nodo b, entonces a es el padre de b. Todos los nodos tienen un padre, excepto
el nodo principal, denominado raíz del árbol.
• Árboles binarios de búsqueda
★ El árbol binario de búsqueda es una variación del TAD árbol. Se trata de aquellos árboles
binarios (cada nodo tiene dos hijos como máximo) en los cuales todos los datos del
subárbol izquierdo son menores que los datos del nodo, y los datos del subárbol derecho son
mayores que los datos del nodo.
• Grafos
★ Si los árboles binarios representan datos entre los cuales existe una jerarquía, los grafos, sin
embargo, se utilizan para representar relaciones arbitrarias entre datos. En su
representación, cada elemento de problema forma un nodo. La relación entre nodos forma
una arista que puede ser dirigida o bidireccional (no dirigida).
• Conjuntos
★ Grupos de datos de identica naturaleza, sin orden preestablecido. Suelen implementar
algunas operaciones básicas: unión, intersección, diferencia, inserción, borrado, búsqueda...
TAD - Definición
TAD No Lineales
11

12. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• En Java un TAD consiste en una jerarquía de clases e interfaces.
• Los interfaces especifican el qué, y las clases implementan el cómo
• El interfaz no incluye constructores, ni métodos heredados de Object como toString, equals, etc.
• La descripción de lo que hace cada método del interfaz debe documentarse
‣ Ya sea en lenguaje natural usando Javadoc
‣ Ya sea en lenguaje formal usando lógica formal
TAD en JAVA
Implementar un TAD en JAVA
12

13. TemariodecursoJavaSE©IñakiMartín
19.- TAD (tipos abstractos de datos)
• Imaginemos que queremos crear un TAD para representar un numero complejo, pero que nuestro
TAD nos valga para las dos representaciones que tiene (binomio o polar)
‣ Como hay dos formas de representar complejos, el interfaz ofrece getters para ambas
representaciones
‣ Los métodos suma, resta y conj reciben como parámetro cualquier clase que implemente el
interfaz IComplejo
‣ Cuando se implemente la interfaz en clases, el uso de getters en estas deben comparar con
cualquier objeto que implemente el interfaz IComplejo (ver que el parámetro del método, y su
devolución, son objetos de la interfaz):
TAD en JAVA
interface IComplejo {
public double getReal(); // Devuelve la parte real
public double getImaginaria(); // Devuelve la parte imaginaria
public double getModulo(); // Devuelve el modulo
public double getArgumento(); // Devuelve el argumento
public IComplejo suma(IComplejo c); // Devuelve un IComplejo sumando ’c’
public IComplejo resta(IComplejo c); // Devuelve un IComplejo restando ’c’
public IComplejo conj(IComplejo c); // Devuelve un IComplejo conjugando ’c’
}
Ejemplo: definir un TAD para un numero complejo:
public IComplejo suma(IComplejo c) {
if (c == null) {
throw new IllegalArgumentException();
}
return new ComplejoCart(this.real + c.getReal(),
this.imaginaria + c.getImaginaria());
}
13