Les conteneurs Java ou Collections. Daniel Tschirhart : Programmation Java V1.34

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1 Les conteneurs Java ou Collections Daniel Tschirhart : Programmation Java V1.34

2 Type de Donnée e Abstrait (T.D.A.) Un conteneur est un Type de Donnée Abstrait (T.D.A.) (également appelé collection) destiné à contenir des objets. Il existe deux types de conteneurs : Les conteneurs séquentiels : Les vecteurs, piles, files, sacs, ensembles Les conteneurs associatifs : Les dictionnaires (map) 2

3 Conteneurs séquentielss les vecteurs (tableau), Les piles Les files Les sacs Les ensembles 3

4 Les vecteurs Dans un vecteur la donnée est directement accessible à l aide d un index appelé indice. Une implémentation directe d un vecteur peut être réalisée à l aide d un vecteur classique, mais d autre structures de données sont possibles. Un vecteur se prête mal pour l ajout ou la suppression gestion des données. Tableau T indice maximal indice minimal 4

5 Les Piles Deux opérations principales sont permises : empiler (insérer à la tête ou un sommet) et dépiler (supprimer au sommet). Sommet de pile (TOS) v3 v2 v2 v2 v1 v1 v1 v3 v3 v3 v3 v3 avant empilement après empilement et avant dépilement après dépilement 5

6 Les Files fifo Une file est comme la pile, une structure de données à accès restreint. Deux opérations principales sont permises : ajouter (insérer à la queue de la file) et suivant (obtenir l élément en tête le retirer de la file). Queue Tête v6 v2 v4 v2 v6 v2 v4 v2 v6 v2 v2 avant l'ajout de v2 dans la file après l'ajout de v2 et avant la sortie de la tête de file après la sortie de la tête de file v4 6

7 Les Sacs (bags( bags) Un TDA de type sac est une collection de données non ordonnée. Un sac peut contenir plusieurs fois la même donnée. Un sac est utilisé pour stocker des objets, l ordre dans le quel les objets sont stockés n ayant aucune importance. Ajout de V4 et V2 dans un sac 7

8 Les ensembles (set) Les ensembles sont similaires aux sac, excepté qu il ne peuvent contenir plusieurs données identiques. Ce type de collection implémente les opération sur les ensembles (union, intersection,...). 8

9 Structures de données fondamentales Daniel Tschirhart : Programmation Java V1.34 Les structures de donnée fondamentales (S.D.F.) sont la représentation concrète des types de données abstrait 9

10 Structures de données utilisées utilisées dans les T.D.A. Tableau Un tableau peut être utiliser pour implémenter directement un vecteur, une pile, une file, un sac. L accès est très rapide mais l ajout ou la suppression des données en dehors du haut du tableau est proportionnelle à la taille du tableau. 10

11 Structures de données utilisées Tableau Daniel Tschirhart : Programmation Java V1.34 Un tableau peut être utiliser pour implémenter directement un vecteur, une pile, une file, un sac. L accès est très rapide mais l ajout ou la suppression des données en dehors du haut du tableau est proportionnelle à la taille du tableau. 11

12 Liste liée Une liste liée est un ensemble d'éléments organisés séquentiellement et reliés par des lien explicites L I S T E 12

13 Liste liée e (2) La figure met en évidence les éléments suivants : Chaque nœud possède un lien, ce qui implique que le dernier nœud doit référer un nœud suivant. On convient alors d'un nœud sentinelle ou nœud factice (figure ci-dessous). Chaque nœud est repéré par un lien précédent ce qui implique que le premier nœud doit posséder un élément qui le repère. Ce nœud sera appelé entête (figure ci-dessous). De même que la fin de la liste doit spécifier un repère de fin (sentinelle). 13

14 Réorganisation d'une liste Entête L I S T E Sentinelle Entête E I S T L Sentinelle 14

15 Insertion et suppression d'un élément dans une liste liée X Entête L I S T E Sentinelle X Entête L I S T E Sentinelle 15

16 Listes doublement liées Ce type de liste permet d atteindre avec la même efficacité, la tête de liste et la fin de liste. 16

17 Les arbres binaires Un arbre est une liste liée où chaque nœud pointe en avant sur plusieurs nœuds. La racine de l'arbre est le premier nœud. Un sous-arbre est constitué d'un nœud est de tous les nœuds en dessous de lui. Le nœud terminal (feuille) est un nœud sans descendant. Un nœud donné a un parent (le nœud au-dessus de lui) sauf si c'est la racine, peut avoir des frères (les nœuds issus d'un même parent) ou des descendants (nœuds qu'il pointe directement). Les arbres binaires sont utilisés par le conteneur TreeMap 17

18 Exemple d'arbre binaire 18

19 Tables à adressage dispersé (hastable) Les tables à adressage dispersé (table de hachages) sont utilisés dans java pour accélérer (considérablement) le recherche d un élément dans un conteneur non trié. Exemple : sans hachage la recherche d un élément dans un conteneur séquentiel nécessite en moyenne de parcourir taille/2 éléments (taille = nombre d éléments dans le conteneur). 19

20 Constitution d'une table de hachage La table de hachage est constituée d un tableau de listes chaînées Chaque emplacement de tableau est appelé seau 20

21 Fonctionnement d'une table de hachage Pour trouver la place d un élément dans le tableau (numéro du seau) on calcule son code de hachage puis on le réduit par le modulo du nombre total de seaux. Exemple : code de hachage calculé= 345 avec 100 seaux, l objet est placé dans le seau 45 (345:100=45) avec un peu de chance le seau sera vide, sinon (collision de hachage) il faut parcourir la liste comportant tous les éléments du seau pour déterminer si l objet en fait partie. En utilisant des codes de hachage distribués aléatoirement et avec un nombre de seaux suffisamment grand (+50% de la taille de collection) il suffit en général d effectuer uniquement quelques comparaisons 21

22 Le choix d'un conteneur Le choix d'un conteneur doit être adapté au problème à traiter : L'accès à un objets doit t'il être direct ou peut-il être séquentiel? Le conteneur doit-il être triés? L'ordre d'insertion ou d'extraction a-t-il une importance? Doit on insérer ou supprimer un objet au milieu d'une collection? Un objet peut t-il être dupliqué à l'intérieur d'une collection? 22

23 Les collections séquentielles s dans Java Collection List Set ArrayList Vector LinkedList SortedList HashSet Stack TreeSet 23

24 Parcourir les collections Tous les conteneurs sauf Stack, sont parcourus de la même manière à l'aide d'un itérateur. Un iterateur est un objet permettant de faire l'abstraction de la structure de donnée fondamentale sous jacente du conteneur. Ainsi les conteneurs Vector, ArrayList, LinkedList incorporent tous un objet de type Iterator. Principales méthodes d'un itérateur Java 24

25 Exemple de parcours d'une liste à l aide d un d itérateur List<Complex> l = new LinkedList<Complex>(); l.add(new Complex(3,5)); Iterator<Complex> it = l.iterator(); while (it.hasnext()) System.out.println(it.next()); 25

26 Boucle foreach Java 5 possède une nouvelle construction for (foreach) simplifiant le parcours d une collection. Ici l1 est un objet de type String for (String s : l1) System.out.println(s); 26

27 Suppression d un d élément dans une collection Pour supprimer un élément du conteneur il faut l'avoir lu auparavant : it.next(); it.remove(); it.remove(); // faux it.next(); // correct it.remove(); it.next(); it.remove(); 27

28 Interface List Cette interface déclare les méthodes que doit implémenter ArrayList, Vector, LinkedList 28

29 Vector, ArrayList, LinkedList Ces conteneurs sont des tableaux dynamiques (leur taille augmente automatiquement). Ils sont bien adaptés pour manipuler les données situés à un indice quelconque sauf au début ou à la fin de la liste auquel cas il faut leur préférer la liste liée LinkedList. Toutes ces classes dérivent de l'interface List. 29

30 Classe Vector Tableau qui s'agrandi automatiquement. La classe est dite synchronisée : l'accès d'un objet de type Vector peut être effectué de façon concurrente. Exemple d'utilisation : List<Complex> l = new Vector<Complex>(); l.add(new Complex(3, 4)); 30

31 Classe ArrayList Liste implémentés à l'aide d'un tableau. La classe n'est pas synchronisée. Exemple d'utilisation : List<Complex> l = new ArrayList<Complex>(); l.add(new Complex(3, 4)); 31

32 Classe LinkedList Liste implémentés à l'aide d'une liste liée. La classe n'est pas synchronisée. Exemple d'utilisation : List<Complex> l = new LinkedList<Complex>(); l.add(new Complex(3, 4)); 32

33 Exemple complet import java.util.*; public class TestListe1 { public static void main(string[] args) { List<String> l1 = new ArrayList<String>(); l1.add("-l3-"); l1.add("-l2-"); l1.add("-l1-"); l1.add("-l0-"); // Afficher la liste System.out.println(l1); // Parcourir la liste for (Iterator<String> it = l1.iterator(); it.hasnext(); ) System.out.println(it.next()); // Trier la liste Collections.sort(l1); System.out.println(l1); // Parcourir la liste avec foreach for (String s : l1) System.out.println(s); //Supprimer le deuxième élément; Iterator<String> it = l1.iterator(); it.next(); it.next(); it.remove(); System.out.println(l1); } } 33

34 Exemple List Liste : exemple 2 34

35 Exemple List2 Liste : exemple 3 On veut insérer, dans l exemple ci-dessus, si un élément en tête de liste. On ne peut pas le faire à l aide de la méthode générale add de l'interface list, mais avec la méthode addfirst de la classe LinkedList Justification : addfirst n est pas présente dans l interface List parce que cette opération est très coûteuse pour les structures de données de type vecteur. Pour utiliser addfirst il faut créer directement un objet du type LinkedList. En affichant la liste on obtient 35

36 Exemple Vector Classe Vector : exemple 4 36

37 Classe Stack Une pile est un conteneur séquentiel. Les piles java utilisent une SDF vecteur 37

38 Ensembles HashSet, TreeSet HashSet et TreeSet implémentent l interface Set HashSet utilise une table d adressage dispersée, alors que TreeSet utilise un arbre binaire. L accès aux éléments d un ensemble ne se fait pas à l aide d un indice et une seule occurrence de donnée est autorisée dans l ensemble. 38

39 Méthodes disponibles dans l interface Set Daniel Tschirhart : Programmation Java V

40 Exemples utilisant l interface l Set 40

41 Conteneurs associatifs Les données sont organisées par paires : clé + donnée. Map<String, String> m = new TreeMap<String, String>(); m.put("lajoie", " "); "Lajoie" est la clé, " " la donnée. La clé ou index sert à retrouver la donnée associée. 41

42 Hiérarchie des classes des conteneurs associatifs 42

43 Classe MAP (Interface) 43

44 Classe TreeMap Un dictionnaire TreeMap trie les clés. Exemple : annuaire téléphonique utilisant un TreeMap 44

45 Manipulation d un d TreeMap Un TreeMap ne permet pas de récupérer les clés individuellement (index). Il faut utiliser un ensemble Set On récupère une clé -> s puis on récupère la donnée associée à la clé que l'on l'utilise pour indexer le dictionnaire 45

46 Classe HashMap Ne trie pas les clés mais offre un accès 20% plus rapide que le conteneur précédent. On peut reprendre intégralement les exemples précédents en remplaçant TreeMap par HashMap 46