Este documento resume información sobre estructuras de datos lineales y no lineales como listas, colas, árboles y árboles binarios de búsqueda. Explica conceptos como nodos, raíz, hojas, niveles e inserción y eliminación de elementos. También describe los diferentes tipos de recorridos como preorden, inorden y postorden para recorrer completamente un árbol.

1. UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ.EXTENSIÓN – El Carmen.Nombre:Vanessa Liseth Peñafiel Loor.Julio Eduardo Sánchez Guerra.Semestre:4º. Ing. Sistemas.Tutor:Ing. Roció Mendoza.Materia:Estructura de datos.año lectivo:2010-2011.

2. LISTAS ABIERTASLa forma más simple de estructura dinámica es la lista abierta. En esta forma los nodos se organizan de modo que cada uno apunta al siguiente, y el último no apunta a nada, es decir, el puntero del nodo siguiente vale NULL.En las listas abiertas existe un nodo especial: el primero. Normalmente diremos que nuestra lista es un puntero a ese primer nodo y llamaremos a ese nodo la cabeza de la lista. Eso es porque mediante ese único puntero podemos acceder a toda la lista.

3. Operaciones básicas con listasCon las listas tendremos un pequeño repertorio de operaciones básicas que se pueden realizar:Añadir o insertar elementos.

4. Buscar o localizar elementos.

5. Borrar elementos.

6. Moverse a través de una lista, anterior, siguiente, primero.Cada una de estas operaciones tendrá varios casos especiales, por ejemplo, no será lo mismo insertar un nodo en una lista vacía, o al principio de una lista no vacía, o la final, o en una posición intermedia.

7. Insertar elementos en una lista abiertaInsertar un elemento en una lista vacía.Este es, evidentemente, el caso más sencillo. Partiremos de que ya tenemos el nodo a insertar y, por supuesto un puntero que apunte a él, además el puntero a la lista valdrá NULL:Lista vacíaEl proceso es muy simple, bastará con que: 1.- nodo->siguiente apunte a NULL 2.- Lista apunte a nodo.

8. INSERTAR UN ELEMENTO EN LA PRIMERA POSICIÓN DE UNA LISTA.Insertar al principioDATODATOListaPodemos considerar el caso anterior como un caso particular de éste, la única diferencia es que en el caso anterior la lista es una lista vacía, pero siempre podemos, y debemos considerar una lista vacía como una lista.nodoDATO

9. De nuevo partiremos de un nodo a insertar, con un puntero que apunte a él, y de una lista, en este caso no vacía:Insertado al principioEl proceso sigue siendo muy sencillo:1.- Hacemos que nodo->siguiente apunte a Lista. 2.- Hacemos que Lista apunte a nodo.

10. INSERTAR UN ELEMENTO EN LA ÚLTIMA POSICIÓN DE UNA LISTAEste es otro caso especial. Para este caso partiremos de una lista no vacía:Insertar al final

11. Eliminar elementos en una lista abiertaEliminar el primer nodo de una lista abiertaEliminar primer nodoEs el caso más simple. Partiremos de una lista con uno o más nodos, y usaremos un puntero auxiliar, nodo:1.-Hacemos que nodo apunte al primer elemento de la lista, es decir a Lista. 2.-Asignamos a Lista la dirección del segundo nodo de la lista: Lista->siguiente. 3.-Liberamos la memoria asignada al primer nodo, el que queremos eliminar.

12. Primer nodo eliminadoSi la lista sólo tiene un nodo, el proceso es también válido, ya que el valor de Lista->siguiente es NULL, y después de eliminar el primer nodo la lista quedará vacía, y el valor de Lista será NULL.De hecho, el proceso que se suele usar para borrar listas completas es eliminar el primer nodo hasta que la lista esté vacía.

13. ELIMINAR UN NODO CUALQUIERA DE UNA LISTA ABIERTAEn todos los demás casos, eliminar un nodo se puede hacer siempre del mismo modo.Supongamos que tenemos una lista con al menos dos elementos, y un puntero al nodo anterior al que queremos eliminar.Eliminar un nodo

14. LISTAS CIRCULARUna lista circular es una lista lineal en la que el último nodo a punta al primero.Las listas circulares evitan excepciones en la operaciones que se realicen sobre ellas. No existen casos especiales, cada nodo siempre tiene uno anterior y uno siguiente.En algunas listas circulares se añade un nodo especial de cabecera, de ese modo se evita la única excepción posible, la de que la lista esté vacía.

15. LISTAS ENLAZADAS.la lista enlazada es un tda que nos permite almacenar datos de una forma organizada, al igual que los vectores pero, a diferencia de estos, esta estructura es dinámica, por lo que no tenemos que saber "a priori" los elementos que puede contener. en una lista enlazada, cada elemento apunta al siguiente excepto el último que no tiene sucesor y el valor del enlace es null.

16. ESQUEMA DE UN NODO Y UNA LISTA ENLAZADA.

17. LOS OPERADORES BÁSICOS DE UNA LISTA ENLAZADA SON: Insertar:inserta un nodo con dato x en la lista, pudiendo realizarse esta inserción al principio o final de la lista o bien en orden……………………………………………

18. ELIMINAR: elimina un nodo de la lista, puede ser según la posición o por el dato. OPERADORES DE INSERCIÓN EN LISTAS ENLAZADAS.las funciones de inserción al principio de la lista, g_slist_prepend, y al final, g_slist_append, son sencillas de usar. sólo hay que pasarles como parámetros la lista donde queremos añadir el dato así como el dato a insertar y la función devuelve una lista con el nuevo dato insertado. la función g_slist_insert inserta el dato en la posición indicada.

19. OPERADORES DE ELIMINACIÓN EN LISTAS ENLAZADAS.las dos funciones expuestas para la eliminación de nodos, si bien tienen una definición prácticamente idéntica, el resultado obtenido es distinto. en el caso de g_slist_remove, se eliminará el nodo que contenga el valor data. si hay varios nodos con el mismo valor, sólo se eliminará el primero. si ningún nodo contiene ese valor, no se realiza ningún cambio en el gslist. en el caso de g_slist_remove_all, se eliminan todos los nodos de la lista que contengan el valor data y nos devuelve la nueva lista resultante de la eliminación de los nodos.

20. Una cola es un tipo especial de lista abierta en la que sólo se pueden insertar nodos en uno de los extremos de la lista y sólo se pueden eliminar nodos en el otro. Además, como sucede con las pilas, las escrituras de datos siempre son inserciones de nodos, y las lecturassiempre eliminan el nodo leído.COLASDATODATODATODATONULL.primero.Ultimo.

21. Memoria EstáticaDefinición: Colección finita, homogénea y ordenada de elementos. Finita: Porque todo arreglo tiene un límite. Homogénea: Porque todos los elementos son del mismo tipo. Ordenada: Porque se puede determinar cuál es el enésimo elemento.Un arreglo tiene dos partes: Componentes e índices ComponentesC1C2……CnÍíndicesi0i1inCOMPONENTES: Hacen referencia a los elementos que forman el arreglo.

22. ÍNDICES: Permiten referirse a los componentes del arreglo en forma individual.contptrcont339DCMemoria Dinámica.Las variables contienen valores específicos, las variables apuntador contienen direcciones de memoria de otras variables.La variable “ptrcont” contiene la dirección de memoria de la variable “cont.”

23. Las variables apuntador están asociadas a un tipo de dato. Por ej. Si el valor de cont. es entero la variable apuntador ptrcont debe ser de tipo entero.Definición de arboles"Un árbol es una estructura no lineal en la que cada nodo puede apuntar a uno o varios nodos.También se suele dar una definición recursiva: un árbol es una estructura en compuesta por un dato y varios árboles.Esto son definiciones simples. Pero las características que implican no lo son tanto.

24. IMAGEN DE ARBOLES.

25. CONCEPTOS. EN RELACIÓN CON OTROS NODOSNodo hijo: cualquiera de los nodos apuntados por uno de los nodos del árbol. En el ejemplo, 'L' y 'M' son hijos de 'G'.Nodo padre: nodo que contiene un puntero al nodo actual. En el ejemplo, el nodo 'A' es padre de 'B', 'C' y 'D‘.Nodo raíz: nodo que no tiene padre. Este es el nodo que usaremos para referirnos al árbol. En el ejemplo, ese nodo es el 'A'.

26. Nodo hoja: nodo que no tiene hijos. En el ejemplo hay varios: 'F', 'H', 'I', 'K', 'L', 'M', 'N' y 'O'.Nodo rama: aunque esta definición apenas la usaremos, estos son los nodos que no pertenecen a ninguna de las dos categorías anteriores. En el ejemplo: 'B', 'C', 'D', 'E', 'G' y 'J‘.

27. IMÁGENES DE NODOS:

28. Orden: es el número potencial de hijos que puede tener cada elemento de árbol. De este modo, diremos que un árbol en el que cada nodo puede apuntar a otros dos es de orden dos, si puede apuntar a tres será de orden tres, etc.:Grado: el número de hijos que tiene el elemento con más hijos dentro del árbol. En el árbol del ejemplo, el grado es tres, ya que tanto 'A' como 'D' tienen tres hijos, y no existen elementos con más de tres hijos.Nivel: se define para cada elemento del árbol como la distancia a la raíz, medida en nodos. El nivel de la raíz es cero y el de sus hijos uno. Así sucesivamente. En el ejemplo, el nodo 'D' tiene nivel 1, el nodo 'G' tiene nivel 2, y el nodo 'N', nivel 3.

29. Altura: la altura de un árbol se define como el nivel del nodo de mayor nivel. Como cada nodo de un árbol puede considerarse a su vez como la raíz de un árbol, también podemos hablar de altura de ramas. El árbol del ejemplo tiene altura 3, la rama 'B' tiene altura 2, la rama 'G' tiene altura 1, la 'H' cero, etc.:

30. Declaración del tipo de datoIremos ya declarando el tipo de dato que representará un árbol AVL. Esto nos ayudará a formalizar las cosas y nos permitirá en el correr de este documento ir definiendo las operaciones sobre el tipo de dato abstracto. El lenguaje a utilizar será C. Fue elegido tan sólo por gustos personales del autor de este documento. Sin embargo se tratará de usar sólo aquellas características de C que puedan ser fácilmente implementadas en la mayoría de los lenguajes estructurados como Pascal, Modula-2, etc.

31. Los árboles de orden dos son bastante especiales, de hecho les dedicaremos varios capítulos. Estos árboles se conocen también como árboles binarios.Frecuentemente, aunque tampoco es estrictamente necesario, para hacer más fácil moverse a través del árbol, añadiremos un puntero a cada nodo que apunte al nodo padre. De este modo podremos avanzar en dirección a la raíz, y no sólo hacia las hojas

32. Al igual que hicimos con las listas que hemos visto hasta ahora, declaramos un tipo tipoNodo para declarar nodos, y un tipo pNodo para es el tipo para declarar punteros a un nodo.Árbol es el tipo para declarar árboles de orden ORDEN.

33. El movimiento a través de árboles, salvo que implementemos punteros al nodo padre, será siempre partiendo del nodo raíz hacia un nodo hoja. Cada vez que lleguemos a un nuevo nodo podremos optar por cualquiera de los nodos a los que apunta para avanzar al siguiente nodo.

34. Tipo de RecorridoEl modo evidente de moverse a través de lasramas de un árbol es siguiendo los punteros, del mismo modo en que nos movíamos a través de las listas.Esos recorridos dependen en gran medida del tipo y propósito del árbol, pero hay ciertos recorridos que usaremos frecuentemente. Se trata de aquellos recorridos que incluyen todo el árbol.Hay tres formas de recorrer un árbol completo, y las tres se suelen implementar mediante recursividad. En los tres casos se sigue siempre a partir de cada nodo todas las ramas una por una.Supongamos que tenemos un árbol de orden tres, y queremos recorrerlo por completo.Partiremos del nodo raíz:

35. PREORDENEn este tipode recorrido se realiza cierta acción (quizás simplemente imprimir por pantalla el valor de la clave de ese nodo) sobre el nodo actual y posteriormente se trata el subárbol izquierdo ycuando se haya concluido, el subárbol derecho. En el árbol de la figura elrecorrido en pre orden sería: D-C-H-J-A-E-M-G-K-I-F-B-

36. Recorrido pre orden-Raíz-Sub árbol izquierdo-Sub árbol derecho

37. INORDEN.En este caso se trata primero el subárbol izquierdo, después el nodo actual y por último el subárbol derecho. En un ABBeste recorrido daría los valores de clave ordenados de menor a mayor. En el árbol de la figura el recorrido en inorden sería:H-J-C-E-A-M-D-K-I-G-

38. RECORRIDO INORDEN-Sub árbol izquierdo-Raíz-Sub árbol derecho

39. POSORDEN.En este caso se trata primero el subárbol izquierdo,despuésel derecho y por último el nodo actual. En el árbol de lafigura el recorrido en postordensería:J-H-E-M-A-C-I-K-B-L-F-G-D

40. RECORRIDO POSTORDEN-Sub árbol izquierdo-Sub árbol derecho-Raíz

41. ARBOL BINARIO DE BUSQUEDAUn árbol binario de búsqueda es un tipo particular de árbol binario que presenta una estructura de datos en forma de árbol usada en informática.Un árbol binario de búsqueda (ABB) es un árbol binario definido de la siguiente forma:Todo árbol vacío es un árbol binario de búsqueda.El interés de los árboles binarios de búsqueda (ABB) radica en que su recorrido en inorden proporciona los elementos ordenados de forma ascendente y en que la búsqueda de algún elemento suele ser muy eficiente.

42. DESCRIPCION.Un árbol binario no vacío, de raíz R, es un árbol binario de búsqueda si:• En caso de tener subárbol izquierdo, la raíz R debe ser mayor que el valor máximo almacenado en el subárbol izquierdo, y que el subárbol izquierdo sea un árbol binario de búsqueda.• En caso de tener subárbol derecho, la raíz R debe ser menor que el valor mínimo almacenado en el subárbol derecho, y que el subárbol derecho sea un árbol binario de búsqueda.

44. INSERCION.La inserción es similar a la búsqueda y se puede dar una solución tanto iterativa como recursiva. Si tenemos inicialmente como parámetro un árbol vacío se crea un nuevo nodo como único contenido el elemento a insertar. Si no lo está, se comprueba si el elemento dado es menor que la raíz del árbol inicial con lo que se inserta en el subárbol izquierdo y si es mayor se inserta en el subárbol derecho. De esta forma las inserciones se hacen en las hojas.

46. BORRADO.La operación de borrado no es tan sencilla como las de búsqueda e inserción. Existen varios casos a tener en consideración:BORRAR UN NODO SIN HIJOS Ó NODO HOJA: simplemente se borra y se establece a nulo el apuntador de su padre.

48. Borrar un nodo con un subárbol hijo: se borra el nodo y se asigna su subárbol hijo como subárbol de su padre. En el siguiente ejemplo lo veremos:

50. Borrar un nodo con dos subárboles hijo: la solución está en reemplazar el valor del nodo por el de su predecesor o por el de su sucesor en inorden y posteriormente borrar este nodo. Su predecesor en inorden será el nodo más a la derecha de su subárbol izquierdo (mayor nodo del subárbol izquierdo), y su sucesor el nodo más a la izquierda de su subárbol derecho (menor nodo del subárbol derecho). En la siguiente figura se muestra cómo existe la posibilidad de realizar cualquiera de ambos reemplazos:

52. Árboles equilibrados avl.Un árbol AVL (llamado así por las iníciales de sus inventores: Adelson-Velskii y Landis) es un árbol binario de búsqueda en el que para cada nodo, las alturas de sus subárboles izquierdo y derecho no difieren en más de 1.No se trata de árboles perfectamente equilibrados, pero sí son lo suficientemente equilibrados como para que su comportamiento sea lo bastante bueno como para usarlos donde los ABB no garantizan tiempos de búsqueda óptimos.El algoritmo para mantener un árbol AVL equilibrado se basa en reequilibrados locales, de modo que no es necesario explorar todo el árbol después de cada inserción o borrado.

54. FACTOR DE EQUILIBRIO.Cada nodo, además de la información que se pretende almacenar, debe tener los dos Cada nodo, además de la información que se pretende almacenar, debe tener los dos punteros a los árboles derecho e izquierdo, igual que los árboles binarios de búsqueda (ABB), y además el dato que controla el factor de equilibrio.El factor de equilibrio es la diferencia entre las alturas del árbol derecho y el izquierdo:FE = altura subárbol derecho - altura subárbol izquierdo; Por definición, para un árbol AVL, este valor debe ser -1, 0 ó 1. Si el factor de equilibrio de un nodo es:0 -> el nodo está equilibrado y sus subárboles tienen exactamente la misma altura. 1 -> el nodo está equilibrado y su subárbol derecho es un nivel más alto. -1 -> el nodo está equilibrado y su subárbol izquierdo es un nivel más alto. Si el factor de equilibrio Fe≥2 o Fe≤-2 es necesario reequilibrar

55. OPERACIONES.Las operaciones básicas de un árbol AVL implican generalmente el realizar los mismos algoritmos que serían realizados en un árbol binario de búsqueda desequilibrado, pero precedido o seguido por una o más de las llamadas "rotaciones AVL.

56. Rotación.Rotaciones simples de nodosLos reequilibrados se realizan mediante rotaciones, en el siguiente punto veremos cada caso, ahora vamos a ver las cuatro posibles rotaciones que podemos aplicar.Rotación simple a la derecha (SD).

58. el árbol resultante queda así.

59. Rotación simple a la izquierda (SI).Se trata del caso simétrico del anterior.Así empieza la rotación y así termina.

60. Si la inserción se produce en el hijo derecho del hijoROTACIÓN DOBLE A LA DERECHA.

61. ROTACIÓN DOBLE A LA IZQUIERDA

62. INSERCIÓN.La inserción en un árbol de AVL puede ser realizada insertando el valor dado en el árbol como si fuera un árbol de búsqueda binario desequilibrado y después retrocediendo hacia la raíz, rotando sobre cualquier nodo que pueda haberse desequilibrado durante la inserción.Proceso de inserción:1.buscar hasta encontrar la posición de inserción o modificación (proceso idéntico a inserción en árbol binario de búsqueda) 2.insertar el nuevo nodo con factor de equilibrio “equilibrado” 3.desandar el camino de búsqueda, verificando el equilibrio de los nodos, y re-equilibrando si es necesario

64. Balance delÁrbolEl inconveniente que presentan estos árboles, es que al realizar modificaciones sobre él (insertar o borrar) podemos perder el equilibrio, por lo que tendremos que proceder al equilibrado del árbol mediante rotaciones.

65. OperacionesLos árboles AVL comparten las mismas operaciones básicas que el ABB,pero precedido o seguido por una o más de las llamadas "rotaciones AVL".

66. InserciónPuesto que las inserciones involucran a un único nodo nuevo, los desequilibrios siempre significan que en uno (o mas) de los nodos del árbol se produce una diferencia de altura entre su subárbol izquierdo y su subárbol derecho que es 2 o −2. Así pues, después de insertar en el árbol, la detección del desequilibrio es fácil, basta con examinar el campo balance. Si el balance es −2, es que hemos insertado un nuevo nodo en el subárbol izquierdo, y si es 2, la inserción tuvo lugar en el subárbol derecho.

67. Factor de BalanceLos nodos tienen un Factor de Balance (FB) que está entre –1 y 1.FB=Altura del subárbol derecho – Altura del subárbol izquierdoFB = 0 alturas de subárbols iguales.

68. FB =1 subárbol derecho más grande que izquierdo.

69. FB = -1 subárbol izquierdo más grande que derecho Para realizar la inserción, se realiza igual que en un árbol binario y después se verifica el balanceo.

70. Ejemplo21213313403313101825402610182526262726Al agregar el valor 27 el árbol se DESBALANCEÓ (el Factor de Balanceo para el nodo con el valor 25 ahora es 2). Se requiere una ROTACIÓN.Al agregar el valor 26 el árbol cumple con las reglas de un AVL (el Factor de Balanceo de todos los nodos es 0, 1 ó –1) .

71. RotacionesEl reequilibrado se produce de abajo hacia arriba sobre los nodos en los que se produce el desequilibrio. Pueden darse dos casos: rotación simple o rotación doble; a su vez ambos casos pueden ser hacia la derecha o hacia la izquierda.

72. 1) Rotaciones simple a la IzquierdaRaíz5SubeABajaPívot3BRealizar la rotación a la izquierda2CDNODO PIVOTE: Es el nodo ancestro más cercano del nodo recién insertado cuyo Factor de Balanceo es diferente de cero.

73. 1) Rotaciones simple a la Izquierda352Árbol balanceadoACBD

74. 2) Rotaciones simple a la derechaRaíz3BajaPívotA5SubeB7CDRealizar la rotación a la derecha

75. 2) Rotaciones simple a la derecha537Árbol balanceadoABCD

76. 3) Rotaciones doble a la Izquierda5ARaízBaja3Pívot2 Rotaciones simplesB4SubeCD

77. 3) Rotaciones doble a la IzquierdaRaíz5BajaASubePívot4D3CB