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@@ -7,8 +7,11 @@ Merci aux contributeurs suivants pour leurs efforts (dans un ordre alphabétique
* A. Boyer
* M. Corboz
* M. Divià
* Y. El Hakouni
* A. Escribano
* P. Kunzli
* G. Legouic
* G. Marino Jarrin
* H. Radhwan
* I. Saroukhanian
* C. Volta
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*.pdf
*.json
*.err
*.markdown
*.html
index.md
.puppeteer.json
+3 −2
Original line number Diff line number Diff line
@@ -18,14 +18,15 @@ all: puppeteer $(PDF)
# all: puppeteer $(PDF) $(HTML) # La cible par défaut (all) exécute les cibles %.pdf

docker: docker-compose.yml
	docker-compose run slides
	docker compose run slides

docker_clean: docker-compose.yml
	docker-compose run slides clean
	docker compose run slides clean

puppeteer:
	@echo "Setting chromium to $(CHROMIUM) for puppeteer"
	@echo -e "{\n\"executablePath\":" \"$(CHROMIUM)\" ",\n\"args\": [\"--no-sandbox\"]\n}" > .puppeteer.json
	# @echo "{\n\"executablePath\":" \"$(CHROMIUM)\" ",\n\"args\": [\"--no-sandbox\"]\n}" > .puppeteer.json

index.md: gen_index.sh
	$(shell ./gen_index.sh)
Original line number Diff line number Diff line
---
title: "Introduction aux algorithmes"
date: "2023-09-19"
title: "Introduction aux algorithmes I"
date: "2025-09-16"
---

# Qu'est-ce qu'un algorithme?
@@ -79,7 +79,7 @@ booléen est_premier(nombre)

```C
booléen est_premier(nombre) // fonction
    soit i = 2;       // variable, type, assignation
    soit i = 2       // variable, type, assignation
    tant que i < nombre // boucle
        si nombre modulo i == 0 // expression typée
            retourne faux    // expression typée
+13 −14
Original line number Diff line number Diff line
---
title: "Introduction générale"
date: "2023-09-19"
date: "2025-09-16"
---

# La hotline
@@ -11,13 +11,11 @@ Paul Albuquerque paul.albuquerque@hesge.ch B410
Orestis Malaspinas     orestis.malaspinas@hesge.ch       A401
--------------------   ------------------------------    --------------------

* Utilisez le libre service (l'horaire sera fixé prochainement).
* On va intensivement utiliser *Element*, installez le et utilisez le!

* Espace de discussion [Matrix](https://matrix.to/#/!aKYVlcclmPGYXQFxAK:matrix.org?via=matrix.org), installez [element.io](https://element.io).
- Utilisez le libre service (l'horaire sera fixé prochainement).
- On va intensivement utiliser *Element*, installez le et utilisez le!
- Espace de discussion Matrix: <https://rb.gy/ku5es>, installez [element.io](https://element.io).

    ![](figs/matrix_qr.png){width=20%}
* Communauté lemmy: <https://lemmy.hepiapp.ch/c/algo>

# Cyberlearn

@@ -25,29 +23,30 @@ Tout le contenu de ce qu'on raconte se trouve sur cyberlearn:

- Algorithmes et structures de données
  - <https://cyberlearn.hes-so.ch/course/view.php?id=7276>
  - Clé d'inscription: algo_2023_24
  - Clé d'inscription: algo_2025_26

- Programmation Sequentielle en C
- Programmation quentielle en C
  - <https://cyberlearn.hes-so.ch/course/view.php?id=7282>
  - Clé d'inscription: prog_seq_2023_24
  - Clé d'inscription: prog_seq_2025_26


# Organisation du module

* Cinq cours, 20% chacun.
## Cinq cours, 20% chacun.

1. Algorithmes et structures de données (2 semestres):
    * 1er semestre:
        * bases de programmation en C jusqu'à Noël.
        * bases de programmation en C jusqu'à Noël,
        * algorithmique jusqu'à fin janvier.
    * 2e semestre:
    * 2ème semestre:
        * algorithmique.
    * Deux évaluations écrites par semestre (1er: novembre et janvier).
    * Deux évaluations écrites par semestre (1er sem.: novembre et janvier).
2. Programmation séquentielle en C (2 semestres)
    * Familiarisation avec l'environnement Linux.
    * Travaux pratiques en C.
    * Apprentissage du gestionnaire de versions: git.
    * Plusieurs exercices illustrant les concepts d'algorithmique.
    * Évaluations (4 tests machine).
3. Programmation système
3. Programmation système (semestre de printemps)

Original line number Diff line number Diff line
---
subtitle: "Algorithmique et structures de données, 2023-2024"
subtitle: "Algorithmique et structures de données, 2025-2026"
author: "P. Albuquerque (B410) et O. Malaspinas (A401), ISC, HEPIA"
institute: En partie inspirés des supports de cours de P. Albuquerque
institute: En partie inspiré des supports de cours de P. Albuquerque
lang: fr-CH
revealjs-url: /reveal.js
mathjaxurl: "https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/2.7.0/MathJax.js?config=TeX-AMS_HTML"

slides_2023/.gitignore

0 → 100644
+6 −0
Original line number Diff line number Diff line
*.pdf
*.err
*.markdown
*.html
index.md
.puppeteer.json

slides_2023/Makefile

0 → 100644
+61 −0
Original line number Diff line number Diff line
PDFOPTIONS = -t beamer
# PDFOPTIONS += -F pantable
PDFOPTIONS += -F mermaid-filter
PDFOPTIONS += --highlight-style my_highlight.theme
PDFOPTIONS += --pdf-engine xelatex
PDFOPTIONS += -V theme:metropolis
PDFOPTIONS += -V themeoptions:numbering=none -V themeoptions:progressbar=foot
PDFOPTIONS += -V fontsize=smaller
PDFOPTIONS += -V urlcolor=blue

MD=$(wildcard *.md) # Tous les fichiers .md
PDF=$(MD:%.md=%.pdf) # Pour les fichier pdf on transforme .md -> .pdf
HTML=$(MD:%.md=%.html) # Pour les fichier html on transforme .md -> .html
MARKDOWN=$(MD:%.md=%.markdown) # Pour les fichier markdown on transforme .md -> .markdown
CHROMIUM:=$(shell which chromium || which chromium-browser)

all: puppeteer $(PDF) 
# all: puppeteer $(PDF) $(HTML) # La cible par défaut (all) exécute les cibles %.pdf

docker: docker-compose.yml
	docker-compose run slides

docker_clean: docker-compose.yml
	docker-compose run slides clean

puppeteer:
	@echo "Setting chromium to $(CHROMIUM) for puppeteer"
	@echo -e "{\n\"executablePath\":" \"$(CHROMIUM)\" ",\n\"args\": [\"--no-sandbox\"]\n}" > .puppeteer.json

index.md: gen_index.sh
	$(shell ./gen_index.sh)

index.html: index.md
	pandoc -s $(OPTIONS) --css ../css/tufte-css/tufte.css -o $@ $^

markdown: $(MARKDOWN) # La markdown les cibles %.markdown

%.pdf: %.md metadata.yaml # %.pdf (chaque fichier %.md génère un fichier avec le même nom mais l'extension .pdf et la dépendance metadata.yaml)
	pandoc -s $(OPTIONS) $(PDFOPTIONS) -o $@ $^

%.markdown: %.md metadata.yaml yq
	sed '1 { /^---/ { :a N; /\n---/! ba; d} }' $< > no_header
	grep -v -F -x -f  no_header $< > header.yaml
	echo "---" > tmp.yaml
	./yq_linux_amd64 merge metadata.yaml header.yaml >> tmp.yaml
	cat tmp.yaml no_header > $@
	rm no_header header.yaml tmp.yaml

yq: # On peut même télécharger un petit programme avec notre makefile
	wget -nc https://github.com/mikefarah/yq/releases/download/3.4.1/yq_linux_amd64
	chmod "u+x" yq_linux_amd64 

deploy: all index.html
	mkdir -p algo_cours
	cp *.pdf algo_cours
	cp index.html algo_cours

clean:
	rm -rf *.html *.pdf *.markdown yq_linux_amd64* index.md .puppeteer.json algo_cours *.err

.PHONY:	clean index.md puppeteer yq

slides_2023/cours_1.md

0 → 100644
+349 −0
Original line number Diff line number Diff line
---
title: "Introduction aux algorithmes"
date: "2023-09-19"
---

# Qu'est-ce qu'un algorithme?

## Définition informelle (recette)

* des entrées (les ingrédients, le matériel utilisé) ;
* des instructions élémentaires simples (frire, flamber, etc.), dont les 
  exécutions dans un ordre précis amènent au résultat voulu ;
* un résultat : le plat préparé.

. . .

## Histoire et étymologie

- Existent depuis 4500 ans au moins (algorithme de division, crible 
  d'Eratosthène).
- Le mot algorithme est dérivé du nom du mathématicien perse
    *Muḥammad ibn Musā al-Khwārizmī*, qui a été "latinisé" comme 
    *Algoritmi*.

. . .

## Définition formelle

En partant d'un état initial et d'entrées (peut-être vides), une séquence finie 
d'instruction bien définies (ordonnées) implémentables sur un ordinateur, afin 
de résoudre typiquement une classe de problèmes ou effectuer un calcul.

# Notions de base d'algorithmique

## Variable

. . .

* Paire: identifiant - valeur (assignation);

## Séquence d'instructions / expressions

. . .

* Opérateurs (arithmétiques / booléens)
* Boucles;
* Structures de contrôle;
* Fonctions;


# Algorithme de vérification qu'un nombre est premier (1/3)

Nombre premier: nombre possédant deux diviseurs entiers distincts.

. . .

## Algorithme naïf (problème)

```C
booléen est_premier(nombre) 
    si 
        pour tout i, t.q. 1 < i < nombre 
            i ne divise pas nombre
    alors vrai
    sinon faux
```

. . .

## Pas vraiment un algorithme: pas une séquence ordonnée et bien définie

. . .

## Problème: Comment écrire ça sous une forme algorithmique?

# Algorithme de vérification qu'un nombre est premier (2/3)

## Algorithme naïf (une solution)

```C
booléen est_premier(nombre) // fonction
    soit i = 2       // variable, type, assignation
    tant que i < nombre // boucle
        si nombre modulo i == 0 // expression typée
            retourne faux    // expression typée
        i = i + 1
    retourne vrai // expression typée
```

# Algorithme de vérification qu'un nombre est premier (3/3)

## Algorithme naïf (une solution en C)

```C
bool est_premier(int nombre) {
    int i; // i est un entier
    i = 2; // assignation i à 2
    while (i < nombre) { // boucle avec condition
        if (0 == nombre % i) { // is i divise nombre
            return false; // i n'est pas premier
        }
        i = i + 1; // sinon on incrémente i
    }
    return true;
}
```

. . .

## Exercice: Comment faire plus rapide?

# Génération d'un exécutable

- Pour pouvoir être exécuté un code C doit être d'abord compilé (avec `gcc` ou `clang`).
- Pour un code `prog.c` la compilation "minimale" est

    ```bash
    $ gcc prog.c
    $ ./a.out # exécutable par défaut
    ```

- Il existe une multitude d'options de compilation:

    ```console
    $ gcc -O1 -std=c11 -Wall -Wextra -g prog.c -o prog 
    	-fsanitize=address 
    ```
    1. `-std=c11` utilisation de C11.
    2. `-Wall et -Wextra` activation des warnings.
    3. `-fsanitize=…`  contrôles d’erreurs à l’exécution (coût en performance).
    4. `-g` symboles de débogages sont gardés.
    5. `-o` défini le fichier exécutable à produire en sortie.
    6. `-O1`, `-O2`, `-O3`: activation de divers degrés d'optimisation



# La simplicité de C?

## 32 mots-clé et c'est tout

---------------- -------------- ---------------- ---------------
`auto`{.C}       `double`{.C}   `int`{.C}        `struct`{.C}   
`break`{.C}      `else`{.C}     `long`{.C}       `switch`{.C}   
`case`{.C}       `enum`{.C}     `register`{.C}   `typedef`{.C}  
`char`{.C}       `extern`{.C}   `return`{.C}     `union`{.C}    
`const`{.C}      `float`{.C}    `short`{.C}      `unsigned`{.C} 
`continue`{.C}   `for`{.C}      `signed`{.C}     `void`{.C}
`default`{.C}    `goto`{.C}     `sizeof`{.C}     `volatile`{.C}
`do`{.C}         `if`{.C}       `static`{.C}     `while`{.C}
---------------- -------------- ---------------- ---------------

# Déclaration et typage

En C lorsqu'on veut utiliser une variable (ou une constante), on doit déclarer son type

```C
const double two = 2.0; // déclaration et init.
int x;   // déclaration (instruction)
char c;  // déclaration (instruction)
x = 1;   // affectation (expression)
c = 'a'; // affectation (expression)
int y = x; // déclaration et initialisation en même temps
int a, b, c; // déclarations multiples
a = b = c = 1; // init. multiples
```

# Les variables (1/2)

## Variables et portée

- Une variable est un identifiant, qui peut être liée à une valeur (un expression).
- Une variable a une **portée** qui définit où elle est *visible* (où elle peut être accédée).
- La portée est **globale** ou **locale**.
- Une variable est **globale** est accessible à tout endroit d'un programme et doit être déclarée en dehors de toute fonction.
- Une variable est **locale** lorsqu'elle est déclarée dans un **bloc**, `{...}`{.C}.
- Une variable est dans la portée **après** avoir été déclarée.

# Les variables (2/2)

## Exemple 

```C
float max; // variable globale accessible partout
int foo() {
    // max est visible ici
    float a = max; // valide
    // par contre les varibles du main() ne sont pas visibles
}
int main() {
    // max est visible ici
    int x = 1; // x est locale à main
    {
        // x est visible ici, y pas encore
        // on peut par exemple pas faire x = y;
        int y = 2;
    } // y est détruite à la sortie du bloc
} // x est à la sortie de main

```

<!-- TODO: quiz, compile, compile pas -->
<!-- ```C
int main() {
    global = 1;
} // COMPILE PAS
```

```C
int main() {
    int global = 1;
    {
        printf("global = %d", global);
    }
} // COMPILE
```

```C
int local;

int main() {
    local = 1;
    {
        printf("local = %d", local);
    }
} // COMPILE
```

```C
#include <stdio.h>
int local = 0;

int main() {
    int local = -1;
    {
        int local = 1;
        printf("local = %d\n", local);
    }
} // COMPILE
``` -->

# Quiz: compile ou compile pas?

## [Quiz: compile ou compile pas](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=501934)

# Types de base (1/4)

## Numériques

Type                               Signification (**gcc pour x86-64**)            
---------------------------------- ---------------------------------------------
`char`{.C}, `unsigned char`{.C}    Entier signé/non-signé 8-bit
`short`{.C}, `unsigned short`{.C}  Entier signé/non-signé 16-bit
`int`{.C}, `unsigned int`{.C}      Entier signé/non-signé 32-bit
`long`{.C}, `unsigned long`{.C}    Entier signé/non-signé 64-bit
`float`{.C}                        Nombre à virgule flottante, simple précision
`double`{.C}                       Nombre à virgule flottante, double précision
---------------------------------- ---------------------------------------------

**La signification de `short`{.C}, `int`{.C}, ... dépend du compilateur et de l'architecture.**

# Types de base (2/4)

Voir `<stdint.h>` pour des représentations **portables**

Type                               Signification
---------------------------------- ---------------------------------------------
`int8_t`{.C}, `uint8_t`{.C}        Entier signé/non-signé 8-bit
`int16_t`{.C}, `uint16_t`{.C}      Entier signé/non-signé 16-bit
`int32_t`{.C}, `uint32_t`{.C}      Entier signé/non-signé 32-bit
`int64_t`{.C}, `uint64_t`{.C}      Entier signé/non-signé 64-bit
---------------------------------- ---------------------------------------------

. . .

## Prenez l'habitude d'utiliser ces types-là!

# Types de base (3/4)

## Booléens

- Le ANSI C n'offre pas de booléens.
- L'entier `0`{.C} signifie *faux*, tout le reste *vrai*.
- Depuis C99, la librairie `stdbool` met à disposition un type `bool`{.C}.
- En réalité c'est un entier:
  - $1 \Rightarrow$ `true`{.C}
  - $0 \Rightarrow$ `false`{.C}
- On peut les manipuler comme des entier (les sommer, les multiplier, ...).

# Quiz: booléens

## [Quiz: booléens](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=501922)

<!-- TODO Quiz en ligne -->
<!-- ```C
if (42) { /* vrai */ }

int x = 100;
if (x == 4) { /* faux */ }
if (x) { /* vrai */ }

int x = 100;
while (x−−) { /* répète tant que x est différent de 0 */ }

if (0) { /* faux */ }
if (i = 4) { /* vrai */ }
if (i = 0) { /* faux */ }

#include <stdbool.h>

bool x = true;
if (x) { /* vrai */ }
``` -->

# Types de base (4/4)

## Conversions

- Les conversions se font de manière:
  - Explicite:
    ```C
    int a = (int)2.8;
    double b = (double)a;
    int c = (int)(2.8+0.5);
    ```
  - Implicite:
    ```C
    int a = 2.8; // warning, si activés, avec clang
    double b = a + 0.5;
    char c = b; // pas de warning...
    int d = 'c';
    ```

# Quiz: conversions

## [Quiz: conversions](https://cyberlearn.hes-so.ch/mod/evoting/view.php?id=501925)

<!-- TODO Quiz en ligne -->
<!-- ```C
int a = (int)2.8; // 2

double b = 2.85;
int c = b + 0.5; // 3

int d = a + 0.5; // 2

bool d = 2.78; // 1
bool e = 1.0; // 1
``` -->
+338 −0
Original line number Diff line number Diff line
---
title: "Piles"
date: "2023-12-05"
---

# Rappel

## Qu'est-ce qu'une pile?

. . .

* Structure de données LIFO.

## Quelles fonctionnalités?

. . .

1. Empiler (push): ajouter un élément sur la pile.
2. Dépiler (pop): retirer l'élément du sommet de la pile et le retrouner.
3. Liste vide? (is_empty?).
4. Jeter un oeil (peek): retourner l'élément du sommet de la pile (sans le dépiler).
5. Nombre d'éléments (length).

# Structure de données (1/2)

## Struct `stack`

. . .

```C
#define MAX_CAPACITY 500
typedef struct _stack {
    int data[MAX_CAPACITY]; // les données
    int top;                // indice du sommet
} stack;
```

# Structure de données (2/2)

## Fonctions `stack`

. . .

```C
void stack_init(stack *s) {
    s->top = -1;
}
bool stack_is_empty(stack s) {
    return s.top == -1;
} 
void stack_push(stack *s, int val) {
    s->top += 1;
    s->data[s->top] = val;
}
int stack_pop(stack *s) {
    s->top -= 1;
    return s->data[s->top+1];
}
```

# La pile dynamique

## Comment modifier le code précédent pour avoir une taille dynamique?

. . .

```C
// alloue une zone mémoire de size octets
void *malloc(size_t size); 
// change la taille allouée à size octets (contiguïté garantie)
void *realloc(void *ptr, size_t size);
```

. . .

**Attention:** `malloc` sert à allouer un espace mémoire (**pas** de notion de tableau).

## Et maintenant?

. . .

```C
void stack_create(stack *s); // crée une pile avec une taille par défaut
// vérifie si la pile est pleine et réalloue si besoin
void stack_push(stack *s, int val);
// vérifie si la pile est vide/trop grande 
// et réalloue si besoin
void stack_pop(stack *s, int *ret); 
```

. . .

## Faisons l'implémentation ensemble

# Le tri à deux piles (1/3)

## Cas pratique

![Un exemple de tri à deux piles](figs/tri_piles.svg){width=70%}

# Le tri à deux piles (2/3)

## Exercice: formaliser l'algorithme

. . .

## Algorithme de tri nécessitant 2 piles (G, D)

Soit `tab` le tableau à trier:

```C
pour i de 0 à N-1
    tant que (tab[i] > que le sommet de G)
        dépiler G dans D
    tant que (tab[i] < que le sommet de D)
        dépiler de D dans G
    empiler tab[i] sur G
dépiler tout D dans G
tab est trié dans G
```

# Le tri à deux piles (3/3)

## Exercice: trier le tableau `[2, 10, 5, 20, 15]`

```C
















```

# La calculatrice (1/8)

## Vocabulaire

```C
2 + 3 = 2 3 +,
```

`2` et `3` sont les *opérandes*, `+` l'*opérateur*.

. . .

## La notation infixe

```C
2 * (3 + 2) - 4 = 6.
```

## La notation postfixe

```C
2 3 2 + * 4 - = 6.
```

## Exercice: écrire `2 * 3 * 4 + 2` en notation `postfixe`

. . .

```C
2 3 4 * * 2 + = (2 * (3 * 4)) + 2.
```

# La calculatrice (2/8)

## De infixe à post-fixe

* Une *pile* est utilisée pour stocker *opérateurs* et *parenthèses*.
* Les opérateurs on des *priorités* différentes.

```C
^   : priorité 3
* / : priorité 2
+ - : priorité 1
( ) : priorité 0 // pas un opérateur mais bon
```


# La calculatrice (3/8)

## De infixe à post-fixe: algorithme

* On lit l'expression infixe de gauche à droite.

* On examine le prochain caractère de l'expression infixe.
    * Si opérande, le placer dans l'expression du résultat.
    * Si parenthèse le mettre dans la pile (priorité 0).
    * Si opérateur, comparer sa priorité avec celui du sommet de la pile:
        * Si sa priorité est plus élevée, empiler.
        * Sinon dépiler l'opérateur de la pile dans l'expression du résultat et
          recommencer jusqu'à apparition d'un opérateur de priorité plus faible
          au sommet de la pile (ou pile vide).
    * Si parenthèse fermée, dépiler les opérateurs du sommet de la pile et les
      placer dans l'expression du résultat, jusqu'à ce qu'une parenthèse
      ouverte apparaisse au sommet, dépiler également la parenthèse.
    * Si il n'y a pas de caractère dans l'expression dépiler tous les
      opérateurs dans le résultat.

# La calculatrice (4/8)

## De infixe à post-fixe: exemple

```C
Infixe              Postfixe            Pile    Priorité
((A*B)/D-F)/(G+H)   Vide                Vide    Néant
 (A*B)/D-F)/(G+H)   Vide                (       0
  A*B)/D-F)/(G+H)   Vide                ((      0
   *B)/D-F)/(G+H)   A                   ((      0
    B)/D-F)/(G+H)   A                   ((*     2
     )/D-F)/(G+H)   AB                  ((*     2
      /D-F)/(G+H)   AB*                 (       0
       D-F)/(G+H)   AB*                 (/      2
        -F)/(G+H)   AB*D                (/      2
         F)/(G+H)   AB*D/               (-      1
          )/(G+H)   AB*D/F              (-      1
           /(G+H)   AB*D/F-             Vide    Néant
```

# La calculatrice (5/8)

## De infixe à post-fixe: exemple

```C
Infixe              Postfixe            Pile    Priorité
((A*B)/D-F)/(G+H)   Vide                Vide    Néant
--------------------------------------------------------
           /(G+H)   AB*D/F-             Vide    Néant
            (G+H)   AB*D/F-             /       2
             G+H)   AB*D/F-             /(      0
              +H)   AB*D/F-G            /(      0
               H)   AB*D/F-G            /(+     1
                )   AB*D/F-GH           /(+     1
             Vide   AB*D/F-GH+          /       2
             Vide   AB*D/F-GH+/         Vide    Néant
```

# La calculatrice (6/8)

\footnotesize

## Exercice: écrire le code et le poster sur matrix

* Quelle est la signature de la fonction?

. . .

* Une sorte de corrigé:

```C
char *infix_to_postfix(char* infix) { // init and alloc stack and postfix
    for (size_t i = 0; i < strlen(infix); ++i) {
        if (is_operand(infix[i])) { 
            // we just add operands in the new postfix string
        } else if (infix[i] == '(') { 
            // we push opening parenthesis into the stack
        } else if (infix[i] == ')') { 
            // we pop everything into the postfix
        } else if (is_operator(infix[i])) {
            // this is an operator. We add it to the postfix based 
            // on the priority of what is already in the stack and push it
        }    
    } 
    // pop all the operators from the s at the end of postfix
    // and end the postfix with `\0`
    return postfix;
} 
```


# La calculatrice (7/8)

## Évaluation d'expression postfixe: algorithme

* Chaque *opérateur* porte sur les deux opérandes qui le précèdent.
* Le *résultat d'une opération* est un nouvel *opérande* qui est remis au
  sommet de la pile.

## Exemple

```C
2 3 4 + * 5 - = ?
```

* On parcours de gauche à droite:

```C
Caractère lu        Pile opérandes
    2               2
    3               2, 3
    4               2, 3, 4
    +               2, (3 + 4)
    *               2 * 7
    5               14, 5
    -               14 - 5 = 9
```

# La calculatrice (8/8)

## Évaluation d'expression postfixe: algorithme

1. La valeur d'un opérande est *toujours* empilée.
2. L'opérateur s'applique *toujours* au 2 opérandes au sommet.
3. Le résultat est remis au sommet.

## Exercice: écrire l'algorithme en C (et poster sur matrix)

. . .

```C
bool evaluate(char *postfix, double *val) { // init stack
    for (size_t i = 0; i < strlen(postfix); ++i) {
        if (is_operand(postfix[i])) {
            stack_push(&s, postfix[i]);
        } else if (is_operator(postfix[i])) {
            double rhs = stack_pop(&s);
            double lhs = stack_pop(&s);
            stack_push(&s, op(postfix[i], lhs, rhs));
        }    
    }
    return stack_pop(&s);
}
```


+765 −0
Original line number Diff line number Diff line
---
title: "Calculatrices, liste chaînée, et files d'attente"
date: "2023-12-12"
---

# La calculatrice (Rappel)

## Écrire `2 * 3 * 4 + 2` en notation `postfixe`

. . .

```C
2 3 4 * * 2 + = (2 * (3 * 4)) + 2.
```

## Quelle structure de données utiliser pour la calculatrice?

. . .

La pile!

# La calculatrice (Rappel 2)

\footnotesize

## Quel est l'algorithme pour `infix_to_postfix`?

. . .

```C
char *infix_to_postfix(char* infix) { // init and alloc stack and postfix
    for (size_t i = 0; i < strlen(infix); ++i) {
        if (is_operand(infix[i])) { 
            // we just add operands in the new postfix string
        } else if (infix[i] == '(') { 
            // we push opening parenthesis into the stack
        } else if (infix[i] == ')') { 
            // we pop everything into the postfix
        } else if (is_operator(infix[i])) {
            // this is an operator. We add it to the postfix based 
            // on the priority of what is already in the stack and push it
        }    
    } 
    // pop all the operators from the s at the end of postfix
    // and end the postfix with `\0`
    return postfix;
} 
```


# La calculatrice (nouveautés)

## Évaluation d'expression postfixe: algorithme

* Chaque *opérateur* porte sur les deux opérandes qui le précèdent.
* Le *résultat d'une opération* est un nouvel *opérande* qui est remis au
  sommet de la pile.

## Exemple

```C
2 3 4 + * 5 - = ?
```

* On parcours de gauche à droite:

```C
Caractère lu        Pile opérandes
    2               2
    3               2, 3
    4               2, 3, 4
    +               2, (3 + 4)
    *               2 * 7
    5               14, 5
    -               14 - 5 = 9
```

# La calculatrice (nouveautés 2)

## Évaluation d'expression postfixe: algorithme

1. La valeur d'un opérande est *toujours* empilée.
2. L'opérateur s'applique *toujours* au 2 opérandes au sommet.
3. Le résultat est remis au sommet.

## Exercice: écrire l'algorithme en C (et poster sur matrix)

. . .

```C
double evaluate(char *postfix) { // init stack
    for (size_t i = 0; i < strlen(postfix); ++i) {
        if (is_operand(postfix[i])) {
            stack_push(&s, postfix[i]);
        } else if (is_operator(postfix[i])) {
            double rhs = stack_pop(&s);
            double lhs = stack_pop(&s);
            stack_push(&s, op(postfix[i], lhs, rhs));
        }    
    }
    return stack_pop(&s);
}
```



# La liste chaînée et pile (1/6)

## Structure de données

* Chaque élément de la liste contient:
    1. une valeur,
    2. un pointeur vers le prochain élément.
* La pile est un pointeur vers le premier élément.

![Un exemple de liste chaînée.](figs/Singly-linked-list.svg){width=80%}

# La liste chaînée et pile (2/6)

## Une pile-liste-chaînée

```C
typedef struct _element {
    int data;
    struct _element *next;
} element;
typedef element* stack;
```

## Fonctionnalités?

. . .

```C
void stack_create(stack *s); // *s = NULL;
void stack_destroy(stack *s);
void stack_push(stack *s, int val);
void stack_pop(stack *s, int *val);
void stack_peek(stack s, int *val);
bool stack_is_empty(stack s); // reutrn NULL == stack;
```

# La liste chaînée et pile (3/6)

## Empiler? (faire un dessin)

. . .

```C







```

## Empiler? (le code ensemble)

. . .

```C
void stack_push(stack *s, int val) {
    element *elem = malloc(sizeof(*elem));
    elem->data = val;
    elem->next = *s;
    *s = elem;
}
```

# La liste chaînée et pile (4/6)

## Jeter un oeil? (faire un dessin)

. . .

```C







```

## Jeter un oeil? (le code ensemble)

. . .

```C
void stack_peek(stack s, int *val) {
    *val = s->data;
}
```

# La liste chaînée et pile (5/6)

## Dépiler? (faire un dessin)

. . .

```C







```

## Dépiler? (le code ensemble)

. . .

```C
void stack_pop(stack *s, int *val) {
    stack_peek(*s, val);
    element *tmp = *s;
    *s = (*s)->next;
    free(tmp);
}
```

# La liste chaînée et pile (6/6)

## Détruire? (faire un dessin)

. . .

```C







```

## Détruire? (le code ensemble)

. . .

```C
void stack_destroy(stack *s) {
    while (!stack_is_empty(*s)) {
        int val; 
        stack_pop(s, &val);
    }
}
```


# La file d'attente (1/N)

* Structure de données abstraite permettant le stockage d'éléments.
* *FIFO*: First In First Out, ou première entrée première sortie.
* Analogue de la vie "réelle"":
    * File à un guichet,
    * Serveur d'impressions,
    * Mémoire tampon, ...

## Fonctionnalités
 
 . . .

* Enfiler: ajouter un élément à la fin de la file.
* Défiler: extraire un élément au devant de la file.
* Tester si la file est vide.

. . .

* Lire l'élément de la fin de la file.
* Lire l'élément du devant de la file.
* Créer une liste vide.
* Détruire une liste vide.

# La file d'attente (2/N)

\footnotesize

## Implémentation possible

* La structure file, contient un pointeur vers la tête et un vers le début de la file.
* Entre les deux, les éléments sont stockés dans une liste chaînée.

![Illustration d'une file d'attente.](figs/fig_queue_representation.png){width=80%}

## Structure de données en C?

. . .

```C
typedef struct _element {  // Elément de liste
   int data;
   struct _element* next;
} element;
typedef struct _queue {    // File d'attente:
   element* head;  //    tête de file d'attente
   element* tail;  //    queue de file d'attente
} queue;
```

# Fonctionnalités d'une file d'attente

## Creation et consultations

. . .

```C
void queue_init(queue *fa); // head = tail = NULL
bool queue_is_empty(queue fa); // fa.head == fa.tail == NULL
int queue_tail(queue fa); // return fa.tail->data
int queue_head(queue fa); // return fa.head->data
```

## Manipulations et destruction

. . .

```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val);
// adds an element before the tail
int queue_dequeue(queue *fa);
// removes the head and returns stored value
void queue_destroy(queue *fa);
// dequeues everything into oblivion
```

# Enfilage

## Deux cas différents:

1. La file est vide (faire un dessin):

. . .

![Insertion dans une file d'attente vide.](./figs/fig_empty_queue_insert.png){width=40%}

2. La file n'est pas vide (faire un dessin):

. . .

![Insertion dans une file d'attente non-vide.](./figs/fig_non_empty_queue_insert.png){width=70%}

# Enfilage

## Live (implémentation)

. . .

```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val) {
    element* elmt = malloc(sizeof(*elmt));
    elmt->data = val;
    elmt->next = NULL;
    if (queue_is_empty(*fa)) {
        fa->head = elmt;
        fa->tail = elmt;
    } else {
        fa->tail->next = elmt;
        fa->tail = elmt;
    }
}
```

# Défilage

## Trois cas différents

1. La file a plus d'un élément (faire un dessin):

. . .

![Extraction d'une file d'attente](./figs/fig_queue_extract.png){width=80%}

2. La file un seul élément (faire un dessin):

. . .

![Extraction d'une file d'attente de longueur 1.](./figs/fig_queue_extract_one.svg){width=25%}


3. La file est vide (problème)

# Défilage

## Live (implémentation)

. . .

```C
int queue_dequeue(queue *fa) {
    element* elmt = fa->head;
    int val = elmt->data;
    fa->head = fa->head->next;
    free(elmt);
    if (NULL == fa->head) {
        fa->tail = NULL;
    }
    return val;
}
```

. . .

## Problème avec cette implémentation?

# Destruction

## Comment on faire la désallocation?

. . .

On défile jusqu'à ce que la file soit vide!

# Complexité

## Quelle sont les complexité de:

* Enfiler?

. . .

* Défiler?

. . .

* Détruire?

. . .

* Est vide?


# Implémentation alternative

## Comment implémenter la file autrement?

. . .

* Données stockées dans un tableau;
* Tableau de taille connue à la compilation ou pas (réallouable);
* `tail` seraient les indices du tableau;
* `capacity` seraient la capacité maximale;
* On *enfile* "au bout" du tableau, au défile au début (indice `0`).

. . .

## Structure de données

```C
typedef struct _queue {
    int *data;
    int tail, capacity;
} queue;
```

# File basée sur un tableau

* Initialisation?

. . .

```C




```

* Est vide?

. . .

```C




```


* Enfiler?

. . .

```C




```

* Défiler?

. . .

```C




```

# Complexité

## Quelle sont les complexités de:

* Initialisation?

. . .

```C




```

* Est vide?

. . .

```C

```


* Enfiler?

. . .

```C




```

* Défiler?

. . .

```C




```

# Une file plus efficace

## Comment faire une file plus efficace?

* Où est-ce que ça coince?

. . .

* Défiler est particulièrement lent $\mathcal{O}(N)$.

## Solution?

. . .

* Utiliser un indice séparé pour `head`.

```C
typedef struct _queue {
    int *data;
    int head, tail, capacity;
} queue;
```

# Une file plus efficace (implémentation)

## Enfilage

\footnotesize

```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val) {
    if ((fa->head == 0 && fa->tail == fa->capacity-1) ||
            (fa->tail == (fa->head-1) % (fa->capacity-1))) {
        return; // queue is full
    }
    if (fa->head == -1) { // queue was empty
        fa->head = fa->tail = 0;
        fa->data[fa->tail] = val;
    } else if (fa->tail == fa->capacity-1 && fa->head != 0) {
        // the tail reached the end of the array
        fa->tail = 0;
        fa->data[fa->tail] = val;
    } else {
        // nothing particular
        fa->tail += 1;
        fa->data[fa->tail] = val;
    }
}
```

# Une file plus efficace (implémentation)

## Défilage

```C
void queue_dequeue(queue *fa, int *val) {
    if (queue_is_empty(*fa)) {
        return; // queue is empty
    }
    *val = fa->data[fa->head];
    if (fa->head == fa->tail) { // that was the last element
        fa->head = fa->tail = -1;
    } else if (fa->head == fa->capacity-1) {
        fa->head = 0;
    } else {
        fa->head += 1;
    }
}
```


# Les listes triées

Une liste chaînée triée est:

* une liste chaînée
* dont les éléments sont insérés dans l'ordre.

![Exemple de liste triée.](./figs/sorted_list_example.svg)

. . .

* L'insertion est faite telle que l'ordre est maintenu.

## Quelle structure de données?

```C





```

# Les listes triées

## Quel but?

* Permet de retrouver rapidement un élément.
* Utile pour la recherche de plus court chemin dans des graphes.
* Ordonnancement de processus par degré de priorité.

## Comment?

* Les implémentations les plus efficaces se basent sur les tableaux.
* Possibles aussi avec des listes chaînées.

# Les listes triées

\footnotesize

## Quelle structure de données dans notre cas?


Une liste chaînée bien sûr (oui c'est pour vous entraîner)!

```C
typedef struct _element { // chaque élément
    int data;
    struct _element *next;
} element;
typedef element* sorted_list; // la liste
```

## Fonctionnalités

```C
// insertion de val
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val);
// la liste est-elle vide?
bool is_empty(sorted_list list); // list == NULL
// extraction de val (il disparaît)
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val); 
 // rechercher un élément et le retourner
element* sorted_list_search(sorted_list list, int val);
```

# L'insertion

## Trois cas

1. La liste est vide.

. . .

![Insertion dans une liste vide, `list == NULL`.](figs/sorted_list_insert_one.svg){width=30%}

. . .

```C
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
    if (sorted_list_is_empty(list)) {
        list = malloc(sizeof(*list));
        list->data = val;
        list->next = NULL;
        return list;
    }
}
```

# L'insertion

2. L'insertion se fait en première position.

. . .

![Insertion en tête de liste, `list->data >=
val`.](figs/sorted_list_insert_first.svg){width=80%}

. . .

```C
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
    if (list->data >= val) {
        element *tmp = malloc(sizeof(*tmp));
        tmp->data = val;
        tmp->next = list;
        list = tmp;
        return list;
    }
}
```

# L'insertion

3. L'insertion se fait sur une autre position que la première.

. . .

![Insertion sur une autre position, list->data <
val.](figs/sorted_list_insert_any.svg){width=70%}

. . .

\footnotesize

```C
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
    element *tmp = malloc(sizeof(*tmp));
    tmp->data = val;
    element *crt = list;
    while (NULL != crt->next && val > crt->next->data) {
        crt = crt->next;
    }
    tmp->next = crt->next;
    crt->next = tmp;
    return list;
}
```

+776 −0
Original line number Diff line number Diff line
---
title: "Files d'attente, listes triées, et listes doublement chaînées"
date: "2023-12-19"
---

# La file d'attente (1/N)

* Structure de données abstraite permettant le stockage d'éléments.
* *FIFO*: First In First Out, ou première entrée première sortie.
* Analogue de la vie "réelle"":
    * File à un guichet,
    * Serveur d'impressions,
    * Mémoire tampon, ...

## Fonctionnalités
 
 . . .

* Enfiler: ajouter un élément à la fin de la file.
* Défiler: extraire un élément au devant de la file.
* Tester si la file est vide.

. . .

* Lire l'élément de la fin de la file.
* Lire l'élément du devant de la file.
* Créer une liste vide.
* Détruire une liste.

# La file d'attente (2/N)

\footnotesize

## Implémentation possible

* La structure file, contient un pointeur vers la tête et un vers le début de la file.
* Entre les deux, les éléments sont stockés dans une liste chaînée.

![Illustration d'une file d'attente.](figs/fig_queue_representation.png){width=80%}

## Structure de données en C?

. . .

```C
typedef struct _element {  // Elément de liste
   int data;
   struct _element* next;
} element;
typedef struct _queue {    // File d'attente:
   element* head;  //    tête de file d'attente
   element* tail;  //    queue de file d'attente
} queue;
```

# Fonctionnalités d'une file d'attente

## Creation et consultations

. . .

```C
void queue_init(queue *fa); // head = tail = NULL
bool queue_is_empty(queue fa); // fa.head == fa.tail == NULL
int queue_tail(queue fa); // return fa.tail->data
int queue_head(queue fa); // return fa.head->data
```

## Manipulations et destruction

. . .

```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val);
// adds an element before the tail
int queue_dequeue(queue *fa);
// removes the head and returns stored value
void queue_destroy(queue *fa);
// dequeues everything into oblivion
```

# Enfilage

## Deux cas différents:

1. La file est vide (faire un dessin):

. . .

![Insertion dans une file d'attente vide.](./figs/fig_empty_queue_insert.png){width=40%}

2. La file n'est pas vide (faire un dessin):

. . .

![Insertion dans une file d'attente non-vide.](./figs/fig_non_empty_queue_insert.png){width=70%}

# Enfilage

## Live (implémentation)

. . .

```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val) {
    element* elmt = malloc(sizeof(*elmt));
    elmt->data = val;
    elmt->next = NULL;
    if (queue_is_empty(*fa)) {
        fa->head = elmt;
    } else {
        fa->tail->next = elmt;  
    }
    fa->tail = elmt;
}
```

# Défilage

## Deux cas différents

1. La file a plus d'un élément (faire un dessin):

. . .

![Extraction d'une file d'attente](./figs/fig_queue_extract.png){width=80%}

2. La file un seul élément (faire un dessin):

. . .

![Extraction d'une file d'attente de longueur 1.](./figs/fig_queue_extract_one.svg){width=25%}


3. La file est vide (problème)

# Défilage

## Live (implémentation)

. . .

```C
int queue_dequeue(queue *fa) {
    element* elmt = fa->head;
    int val = elmt->data;
    fa->head = fa->head->next;
    free(elmt);
    if (NULL == fa->head) {
        fa->tail = NULL;
    }
    return val;
}
```

. . .

## Problème avec cette implémentation?

# Destruction

## Comment on faire la désallocation?

. . .

On défile jusqu'à ce que la file soit vide!

# Complexité

## Quelle sont les complexité de:

* Enfiler?

. . .

* Défiler?

. . .

* Détruire?

. . .

* Est vide?

# Implémentation alternative

## Comment implémenter la file autrement?

. . .

* Données stockées dans un tableau;
* Tableau de taille connue à la compilation ou pas (réallouable);
* `tail` seraient les indices du tableau;
* `capacity` seraient la capacité maximale;
* On *enfile* "au bout" du tableau, au défile au début (indice `0`).

. . .

## Structure de données

```C
typedef struct _queue {
    int *data;
    int tail, capacity;
} queue;
```

# File basée sur un tableau

* Initialisation?

. . .

```C




```

* Est vide?

. . .

```C




```


* Enfiler?

. . .

```C




```

* Défiler?

. . .

```C




```

# Complexité

## Quelle sont les complexités de:

* Initialisation?

. . .

```C




```

* Est vide?

. . .

```C

```


* Enfiler?

. . .

```C




```

* Défiler?

. . .

```C




```

# Une file plus efficace

## Comment faire une file plus efficace?

* Où est-ce que ça coince?

. . .

* Défiler est particulièrement lent $\mathcal{O}(N)$.

## Solution?

. . .

* Utiliser un indice séparé pour `head`.

```C
typedef struct _queue {
    int *data;
    int head, tail, capacity;
} queue;
```

# Une file plus efficace (implémentation)

## Enfilage

\footnotesize

```C
void queue_enqueue(queue *fa, int val) {
    if ((fa->head == 0 && fa->tail == fa->capacity-1) ||
            (fa->tail == fa->head-1)) {
        return; // queue is full
    }
    if (fa->head == -1) { // queue was empty
        fa->head = fa->tail = 0;
        fa->data[fa->tail] = val;
    } else if (fa->tail == fa->capacity-1 && fa->head != 0) {
        // the tail reached the end of the array
        fa->tail = 0;
        fa->data[fa->tail] = val;
    } else {
        // nothing particular
        fa->tail += 1;
        fa->data[fa->tail] = val;      
    }
}
```

# Une file plus efficace (implémentation)

## Défilage

```C
void queue_dequeue(queue *fa, int *val) {
    if (queue_is_empty(*fa)) {
        return; // queue is empty
    }
    *val = fa->data[fa->head];
    if (fa->head == fa->tail) { // that was the last element
        fa->head = fa->tail = -1;
    } else if (fa->head == fa->capacity-1) {
        fa->head = 0;
    } else {
        fa->head += 1;
    }
}
```


# Les listes triées

Une liste chaînée triée est:

* une liste chaînée
* dont les éléments sont insérés dans l'ordre.

![Exemple de liste triée.](./figs/sorted_list_example.svg)

. . .

* L'insertion est faite telle que l'ordre est maintenu.

## Quelle structure de données?

```C





```

# Les listes triées

## Quel but?

* Permet de retrouver rapidement un élément.
* Utile pour la recherche de plus court chemin dans des graphes.
* Ordonnancement de processus par degré de priorité.

## Comment?

* Les implémentations les plus efficaces se basent sur les tableaux.
* Possibles aussi avec des listes chaînées.

# Les listes triées

\footnotesize

## Quelle structure de données dans notre cas?


Une liste chaînée bien sûr (oui c'est pour vous entraîner)!

```C
typedef struct _element { // chaque élément
    int data;
    struct _element *next;
} element;
typedef element* sorted_list; // la liste
```

## Fonctionnalités

```C
// insertion de val
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val);
// la liste est-elle vide?
bool is_empty(sorted_list list); // list == NULL
// extraction de val (il disparaît)
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val); 
 // rechercher un élément et le retourner
element* sorted_list_search(sorted_list list, int val);
```

# L'insertion

## Trois cas

1. La liste est vide.

. . .

![Insertion dans une liste vide, `list == NULL`.](figs/sorted_list_insert_one.svg){width=30%}

. . .

```C
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
    if (sorted_list_is_empty(list)) {
        list = malloc(sizeof(*list));
        list->data = val;
        list->next = NULL;
        return list;
    }
}
```

# L'insertion

2. L'insertion se fait en première position.

. . .

![Insertion en tête de liste, `list->data >= val`.](figs/sorted_list_insert_first.svg){width=80%}

. . .

```C
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
    if (list->data >= val) {
        element *tmp = malloc(sizeof(*tmp));
        tmp->data = val;
        tmp->next = list;
        list = tmp;
        return list;
    }
}
```

# L'insertion

3. L'insertion se fait sur une autre position que la première.

. . .

![Insertion sur une autre position, list->data < val.](figs/sorted_list_insert_any.svg){width=70%}

. . .

\footnotesize

```C
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val) {
    element *tmp = malloc(sizeof(*tmp));
    tmp->data = val;
    element *crt = list;
    while (NULL != crt->next && val > crt->next->data) {
        crt = crt->next;
    }
    tmp->next = crt->next;
    crt->next = tmp;
    return list;
}
```


# L'extraction

## Trois cas

1. L'élément à extraire n'est **pas** le premier élément de la liste

. . .

![Extraction d'un élément qui n'est pas le premier.](figs/sorted_list_extract_any.svg){width=70%}

. . .

\scriptsize

```C
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
    element *prec = *crt = list; // needed to glue elements together
    while (NULL != crt && val > crt->data) {
	   prec = crt;
	   crt = crt->next;
	}
    if (NULL != crt && prec != crt && crt->data == val) { // glue things together
        prec->next = crt->next;
        free(crt);
    }
    return list;
}
```


# L'extraction

2. L'élément à extraire est le premier élément de la liste

. . .

![Extraction d'un élément qui est le premier.](figs/sorted_list_extract_first.svg){width=70%}

. . .

\footnotesize

```C
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
    element *prec = *crt = list; // needed to glue elements together
    while (NULL != crt && val > crt->data) {
	   prec = crt;
	   crt = crt->next;
	}
    if (NULL != crt && crt->data == val && prec == crt) { // glue things together
        list = list->next;
        free(crt);
    }
    return list;
}
```

# L'extraction

3. L'élément à extraire n'est **pas** dans la liste.
    * La liste est vide.
    * La valeur est plus grande que le dernier élément de la liste.
    * La valeur est plus petite que la valeur de `crt`.

. . .

On retourne la liste inchangée.

. . .

\footnotesize

```C
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
    element *prec = *crt = list; // needed to glue elements together
    while (NULL != crt && val > crt->data) {
	   prec = crt;
	   crt = crt->next;
	}
    if (NULL == crt || crt->data != val) { // val not present
        return list;
    }
}
```

# La recherche



```C
element* sorted_list_search(sorted_list list, int val);
```

* Retourne `NULL` si la valeur n'est pas présente (ou la liste vide).
* Retourne un pointeur vers l'élément si la valeur est présente.

. . .

```C
element* sorted_list_search(sorted_list list, int val) {
    // search for element smaller than val
    element* pos = sorted_list_position(list, val); 
    if (NULL == pos && val == list->data) {
        return list; // first element contains val
    } else if (NULL != pos && NULL != pos->next && val == pos->next->data) {
        return pos->next; // non-first element contains val
    } else {
        return NULL; // well... val's not here
    }
}
```

# La recherche

## La fonction `sorted_list_position`

```C
element* sorted_list_position(sorted_list list, int val);
```

![Trois exemples de retour de la fonction `sorted_list_position()`.](figs/sorted_list_position.svg)

# La recherche

## Exercice: implémenter

```C
element* sorted_list_position(sorted_list list, int val);
```

. . .

```C
element* sorted_list_position(sorted_list list, int val) {
    element* pos = list;
    if (sorted_list_is_empty(list) || val <= list->data) {
        pos = NULL;
    } else {
        while (NULL != pos->next && val > pos->next->data) {
            pos = pos->next;
        }
    }
    return pos;
}
```

# Complexité de la liste chaînée triée

## L'insertion?

. . .

$$
\mathcal{O}(N).
$$

## L'extraction?

. . .

$$
\mathcal{O}(N).
$$

## La recherche?

. . .

$$
\mathcal{O}(N).
$$


# Liste doublement chaînée

## Application: navigateur ou éditeur de texte

* Avec une liste chaînée:
    * Comment implémenter les fonctions `back` et `forward` d'un navigateur?
    * Comment implémenter les fonctions `undo` et `redo` d'un éditeur de texte?

. . .

Pas possible.

## Solution?

. . .

* Garder un pointeur supplémentaire sur l'élément précédent et pas seulement le
  suivant.

. . .

* Cette structure de donnée est la **liste doublement chaînée** ou **doubly
  linked list**.

# Liste doublement chaînée

## Exercices

* Partir du dessin suivant et par **groupe de 5**

![Un schéma de liste doublement chaînée d'entiers.](figs/doubly_linked_list.svg)

1. Écrire les structures de données pour représenter la liste doublement
   chaînée dont le type sera `dll` (pour
   `doubly_linked_list`)

# Liste doublement chaînée

2. Écrire les fonctionnalités de création et consultation

```C 
// crée la liste doublement chaînée
dll dll_create();
// retourne la valeur à la position actuelle dans la liste
int dll_value(dll list);
// la liste est-elle vide?
bool dll_is_empty(dll list);
// Est-ce que pos est le 1er élément?
bool dll_is_head(dll list);
// Est-ce que pos est le dernier élément?
bool dll_is_tail(dll list);
// data est-elle dans la liste?
bool dll_is_present(dll list, int data);
// affiche la liste
void dll_print(dll list);
```

# Liste doublement chaînée

3. Écrire les fonctionnalités de manipulation 

```C 
// déplace pos au début de la liste
dll dll_move_to_head(dll list);
// déplace pos à la position suivante dans la liste
dll dll_next(dll list);
// déplace pos à la position précédente dans la liste
dll dll_prev(dll list);
```

# Liste doublement chaînée

4. Écrire les fonctionnalités d'insertion

```C
// insertion de data dans l'élément après pos
dll dll_insert_after(dll list, int data);
// insertion de data en tête de liste
dll dll_push(dll list, int data);
```

5. Écrire les fonctionnalités d'extraction

```C
// extraction de la valeur se trouvant dans l'élément pos
// l'élément pos est libéré
int dll_extract(dll *list);
// extrait la donnée en tête de liste
int dll_pop(dll *list);
// vide la liste
void dll_destroy(dll *list);
```
+940 −0
Original line number Diff line number Diff line
---
title: "Listes triées, listes doublement chaînées, et tables de hachage"
date: "2024-01-09"
---

# Rappel

\Huge Listes triées

# Rappel: liste triées (1/3)

## Qu'est-ce qu'une liste triée?

. . .

* une liste,
* dont les éléments sont insérés dans l'ordre.

## Structure de donnée?

. . .

```C
typedef struct _element { // chaque élément
    int data;
    struct _element *next;
} element;
typedef element* sorted_list; // la liste
```

# Rappel: liste triées (2/3)

## Fonctionnalités?

. . .

```C
// insertion de val
sorted_list sorted_list_push(sorted_list list, int val);
// la liste est-elle vide?
bool is_empty(sorted_list list); // list == NULL
// extraction de val (il disparaît)
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val); 
 // rechercher un élément et le retourner
element* sorted_list_search(sorted_list list, int val);
```

# Rappel: liste triées (3/3)

## L'insertion: 3 cas

1. La liste est vide.

. . .

2. L'insertion se fait "avant" le premier élément.

. . .

3. L'insertion se fait après la tête de la liste.

. . .

# L'extraction

## Trois cas

1. L'élément à extraire n'est **pas** le premier élément de la liste

. . .

![Extraction d'un élément qui n'est pas le premier.](figs/sorted_list_extract_any.svg){width=70%}

. . .

\scriptsize

```C
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
    element *prec = *crt = list; // needed to glue elements together
    while (NULL != crt && val > crt->data) {
	   prec = crt;
	   crt = crt->next;
	}
    if (NULL != crt && prec != crt && crt->data == val) { // glue things together
        prec->next = crt->next;
        free(crt);
    }
    return list;
}
```


# L'extraction

2. L'élément à extraire est le premier élément de la liste

. . .

![Extraction d'un élément qui est le premier.](figs/sorted_list_extract_first.svg){width=70%}

. . .

\footnotesize

```C
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
    element *prec = *crt = list; // needed to glue elements together
    while (NULL != crt && val > crt->data) {
	   prec = crt;
	   crt = crt->next;
	}
    // glue things together
    if (NULL != crt && crt->data == val && prec == crt) {
        list = list->next;
        free(crt);
    }
    return list;
}
```

# L'extraction

3. L'élément à extraire n'est **pas** dans la liste.
    * La liste est vide.
    * La valeur est plus grande que le dernier élément de la liste.
    * La valeur est plus petite que la valeur de `crt`.

. . .

On retourne la liste inchangée.

. . .

\footnotesize

```C
sorted_list sorted_list_extract(sorted_list list, int val) {
    element *prec = *crt = list; // needed to glue elements together
    while (NULL != crt && val > crt->data) {
	   prec = crt;
	   crt = crt->next;
	}
    if (NULL == crt || crt->data != val) { // val not present
        return list;
    }
}
```

# La recherche



```C
element* sorted_list_search(sorted_list list, int val);
```

* Retourne `NULL` si la valeur n'est pas présente (ou la liste vide).
* Retourne un pointeur vers l'élément si la valeur est présente.

. . .

```C
element* sorted_list_search(sorted_list list, int val) {
    // search for element smaller than val
    element* pos = sorted_list_position(list, val); 
    if (NULL == pos && val == list->data) {
        return list; // first element contains val
    } else if (NULL != pos && NULL != pos->next 
        && val == pos->next->data) 
    {
        return pos->next; // non-first element contains val
    } else {
        return NULL; // well... val's not here
    }
}
```

# La recherche

## La fonction `sorted_list_position`

```C
element* sorted_list_position(sorted_list list, int val);
```

![Trois exemples de retour de la fonction `sorted_list_position()`.](figs/sorted_list_position.svg)

# La recherche

## Exercice: implémenter

```C
element* sorted_list_position(sorted_list list, int val);
```

. . .

```C
element* sorted_list_position(sorted_list list, int val) {
    element* pos = list;
    if (sorted_list_is_empty(list) || val <= list->data) {
        pos = NULL;
    } else {
        while (NULL != pos->next && val > pos->next->data) {
            pos = pos->next;
        }
    }
    return pos;
}
```

# Complexité de la liste chaînée triée

## L'insertion?

. . .

$$
\mathcal{O}(N).
$$

## L'extraction?

. . .

$$
\mathcal{O}(N).
$$

## La recherche?

. . .

$$
\mathcal{O}(N).
$$


# Liste doublement chaînée

## Application: navigateur ou éditeur de texte

* Avec une liste chaînée:
    * Comment implémenter les fonctions `back` et `forward` d'un navigateur?
    * Comment implémenter les fonctions `undo` et `redo` d'un éditeur de texte?

. . .

Pas possible.

## Solution?

. . .

* Garder un pointeur supplémentaire sur l'élément précédent et pas seulement le
  suivant.

. . .

* Cette structure de donnée est la **liste doublement chaînée** ou **doubly
  linked list**.

# Liste doublement chaînée

\Huge Liste doublement chaînée

# Liste doublement chaînée

## Exercices

* Partir du dessin suivant et par **groupe de 5**

![Un schéma de liste doublement chaînée d'entiers.](figs/doubly_linked_list.svg)

1. Écrire les structures de données pour représenter la liste doublement
   chaînée dont le type sera `dll` (pour
   `doubly_linked_list`)

# Liste doublement chaînée

2. Écrire les fonctionnalités de création et consultation

```C 
// crée la liste doublement chaînée
dll dll_create();
// retourne la valeur à la position actuelle dans la liste
int dll_value(dll list);
// la liste est-elle vide?
bool dll_is_empty(dll list);
// Est-ce que pos est le 1er élément?
bool dll_is_head(dll list);
// Est-ce que pos est le dernier élément?
bool dll_is_tail(dll list);
// data est-elle dans la liste?
bool dll_is_present(dll list, int data);
// affiche la liste
void dll_print(dll list);
```

# Liste doublement chaînée

3. Écrire les fonctionnalités de manipulation 

```C 
// déplace pos au début de la liste
dll dll_move_to_head(dll list);
// déplace pos à la position suivante dans la liste
dll dll_next(dll list);
// déplace pos à la position précédente dans la liste
dll dll_prev(dll list);
```

# Liste doublement chaînée

4. Écrire les fonctionnalités d'insertion

```C
// insertion de data dans l'élément après pos
dll dll_insert_after(dll list, int data);
// insertion de data en tête de liste
dll dll_push(dll list, int data);
```

5. Écrire les fonctionnalités d'extraction

```C
// extraction de la valeur se trouvant dans l'élément pos
// l'élément pos est libéré
int dll_extract(dll *list);
// extrait la donnée en tête de liste
int dll_pop(dll *list);
// vide la liste
void dll_destroy(dll *list);
```

# Les tables de hachage

\Huge Les tables de hachage

# Tableau vs Table

## Tableau

* Chaque élément (ou valeur) est lié à un indice (la case du tableau).

```C 
annuaire tab[2] = {
    "+41 22 123 45 67", "+41 22 234 56 78", ...
};
tab[1] == "+41 22 123 45 67";
```

## Table

* Chaque élément (ou valeur) est lié à une clé.

```C 
annuaire tab = {
//  Clé   ,    Valeur
    "Paul",    "+41 22 123 45 67",
    "Orestis", "+41 22 234 56 78",
};
tab["Paul"]    == "+41 22 123 45 67";
tab["Orestis"] == "+41 22 234 56 78";
```

# Table

## Définition

Structure de données abstraite où chaque *valeur* (ou élément) est associée à une *clé* (ou
argument).

On parle de paires *clé-valeur* (*key-value pairs*).

## Donnez des exemples de telles paires

. . .

* Annuaire (nom-téléphone),
* Catalogue (objet-prix),
* Table de valeur fonctions (nombre-nombre),
* Index (nombre-page)
* ...

# Table

## Opérations principales sur les tables

* Insertion d'élément (`insert(clé, valeur)`{.C}), insère la paire `clé-valeur`
* Consultation (`get(clé)`{.C}), retourne la `valeur` correspondant à `clé`
* Suppression (`remove(clé)`{.C}), supprime la paire `clé-valeur`

## Structure de données / implémentation

Efficacité dépend de différents paramètres:

* taille (nombre de clé-valeurs maximal),
* fréquence d'utilisation (insertion, consultation, suppression),
* données triées/non-triées,
* ...

# Consultation séquentielle (`sequential_get`)

## Séquentielle

* table représentée par un (petit) tableau ou liste chaînée,
* types: `key_t` et `value_t` quelconques, et `key_value_t`

    ```C
    typedef struct {
        key_t key;
        value_t value;
    } key_value_t;
    ```
* on recherche l'existence de la clé séquentiellement dans le tableau, on
  retourne la valeur.

# Consultation séquentielle (`sequential_get`)

## Implémentation? Une idée?

. . .

```C
bool sequential_get(int n, key_value_t table[n], key_t key, 
    value_t *value) 
{
    int pos = n - 1;
    while (pos >= 0) {
        if (key ==  table[pos].key) {
            *value = table[pos].value;
            return true;
        }
        pos--;
    }
    return false;
}
```

. . .

## Inconvénient?

# Consultation séquentielle (`sequential_get`)

## Exercice: implémenter la même fonction avec une liste chaînée

Poster le résultat sur matrix.

# Consultation dichotomique (`binary_get`)

## Dichotomique

* table représentée par un (petit) tableau trié par les clés,
* types: `key_t` et `value_t` quelconques, et `key_value_t`
* on recherche l'existence de la clé par dichotomie dans le tableau, on
  retourne la valeur,
* les clés possèdent la notion d'ordre (`<, >, =` sont définis).

# Consultation dichotomique (`binary_get`)

\footnotesize

## Implémentation? Une idée?

. . .

```C
bool binary_get1(int n, value_key_t table[n], key_t key, value_t *value) {
    int top = n - 1, bottom = 0;
    while (top > bottom) { 
        int middle = (top + bottom) / 2;
        if (key > table[middle].key) {
            bottom  = middle+1;
        } else {
            top = middle;
        }
    }
    if (key == table[top].key) {
        *value = table[top].value;
        return true;
    } else {
        return false;
    }
} 
```

# Consultation dichotomique (`binary_get`)

\footnotesize

## Autre implémentation

```C
bool binary_get2(int n, key_value_t table[n], key_t key, value_t *value) {
    int top = n - 1, bottom = 0;
    while (true) { 
        int middle = (top + bottom) / 2;
        if (key > table[middle].key) {
            bottom  = middle + 1;
        } else if (key < table[middle].key) {
            top = middle;
        } else {
            *value = table[middle].value;
            return true;
        }
        if (top < bottom) {
             break;
        }
    }
    return false;
}
```

## Quelle est la différence avec le code précédent?

# Transformation de clé (hashing)

## Problématique: Numéro AVS (13 chiffres)

* Format: 106.3123.8492.13

    ```
    Numéro AVS    | Nom
    0000000000000 | -------
    ...           | ...
    1063123849213 | Paul
    ...           | ...
    3066713878328 | Orestis
    ...           | ...
    9999999999999 | -------
    ```

## Quelle est la clé? Quelle est la valeur?

. . .

* Clé: Numéro AVS, Valeur: Nom.

## Nombre de clés? Nombre de citoyens? Rapport?

. . .

* $10^{13}$ clés, $10^7$ citoyens, $10^{-5}$ ($10^{-3}\%$ de la table est
  occupée) $\Rightarrow$ *inefficace*.
* Pire: $10^{13}$ entrées ne rentre pas dans la mémoire d'un
  ordinateur.

# Transformation de clé (hashing)

## Problématique 2: Identificateurs d'un programme

* Format: 8 caractères (simplification)

    ```
    Identificateur | Adresse
    aaaaaaaa       | -------
    ...            | ...
    resultat       | 3aeff
    compteur       | 4fedc
    ...            | ...
    zzzzzzzz       | -------
    ```

## Quelle est la clé? Quelle est la valeur?

. . .

* Clé: Identificateur, Valeur: Adresse.

## Nombre de clés? Nombre d'identificateur d'un programme? Rapport?

. . .

* $26^{8}\sim 2\cdot 10^{11}$ clés, $2000$ identificateurs, $10^{-8}$ ($10^{-6}\%$ de la table est
  occupée) $\Rightarrow$ *un peu inefficace*.

# Fonctions de transformation de clé (hash functions)

* La table est représentée avec un tableau.
* La taille du tableau est beaucoup plus petit que le nombre de clés.
* On produit un indice du tableau à partir d'une clé:
$$
h(key) = n,\quad n\in\mathbb{N}.
$$
En français: on transforme `key` en nombre entier qui sera l'indice dans le
tableau correspondant à `key`.

## La fonction de hash

* La taille du domaine des clés est beaucoup plus grand que le domaine des
  indices.
* Plusieurs indices peuvent correspondre à la **même clé**:
    * Il faut traiter les **collisions**.
* L'ensemble des indices doit être plus petit ou égal à la taille de la table.

## Une bonne fonction de hash

* Distribue uniformément les clés sur l'ensemble des indices.

# Fonctions de transformation de clés: exemples

## Méthode par troncature

\begin{align*}
&h: [0,9999]\rightarrow [0,9]\\
&h(key)=\mbox{troisième chiffre du nombre.}
\end{align*}

```
Key  | Index
0003 | 0
1123 | 2 \
1234 | 3  |-> collision.
1224 | 2 / 
1264 | 6 
```

## Quelle est la taille de la table?

. . .

C'est bien dix oui.

# Fonctions de transformation de clés: exemples

## Méthode par découpage

Taille de l'index: 3 chiffres.

```
key = 321 991 24 ->  321
                     991
                    + 24
                    ----
                    1336 -> index = 336
```

## Devinez l'algorithme?

. . .

On part de la gauche:

1. On découpe la clé en tranche de longueur égale à celle de l'index.
2. On somme les nombres obtenus.
3. On tronque à la longueur de l'index.

# Fonctions de transformation de clés: exemples

## Méthode multiplicative

Taille de l'index: 2 chiffres.

```
key = 5486 -> key^2 = 30096196 -> index = 96
```

On prend le carré de la clé et on garde les chiffres du milieu du résultat.

# Fonctions de transformation de clés: exemples

## Méthode par division modulo

Taille de l'index: `N` chiffres.

```
h(key) = key % N.
```

## Quelle doit être la taille de la table?

. . .

Oui comme vous le pensiez au moins `N`.

# Traitement des collisions

## La collision

```
key1 != key2, h(key1) == h(key2)
```

## Traitement (une idée?)

. . .

* La première clé occupe la place prévue dans le tableau.
* La deuxième (troisième, etc.) est placée ailleurs de façon **déterministe**.

Dans ce qui suit la taille de la table est `table_size`.

# La méthode séquentielle

\footnotesize

## Comment ça marche?

* Quand l'index est déjà occupé on regarde sur la position suivante, jusqu'à en
  trouver une libre.

```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
   index = (index + 1) % table_size; // attention à pas dépasser
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```

## Problème?

. . .

* Regroupement d'éléments (clustering).

# Méthode linéaire

\footnotesize

## Comment ça marche?

* Comme la méthode séquentielle mais on "saute" de `k`.

```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
   index = (index + k) % table_size; // attention à pas dépasser
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```

## Quelle valeur de `k` éviter?

. . .

* Une valeur où  `table_size` est multiple de `k`.

Cette méthode répartit mieux les regroupements au travers de la table.

# Méthode du double hashing

\footnotesize

## Comment ça marche?

* Comme la méthode linéaire, mais `k = h2(key)` (variable).

```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
   index = (index + h2(k)) % table_size; // attention à pas dépasser
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```

## Quelle propriété doit avoir `h2`?

## Exemple

```C
h2(key) = (table_size - 2) - key % (table_size -2)
```

# Méthode pseudo-aléatoire

\footnotesize

## Comment ça marche?

* Comme la méthode linéaire mais on génère `k` pseudo-aléatoirement.

    ```C
    index = h(key);
    while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
        index = (index + random_number) % table_size;
    }
    table[index].key = key;
    table[index].state = OCCUPIED;
    ```

## Comment s'assurer qu'on va bien retrouver la bonne clé?

. . .

* Le germe (seed) de la séquence pseudo-aléatoire doit être le même.
* Le germe à choisir est l'index retourné par `h(key)`.

    ```C
    srand(h(key));
    while {
        random_number = rand();
    }
    ```

# Méthode quadratique

* La fonction des indices de collision est de degré 2.
* Soit $J_0=h(key)$, les indices de collision se construisent comme:

    ```C 
    J_i = J_0 + i^2 % table_size, i > 0,
    J_0 = 100, J_1 = 101, J_2 = 104, J_3 = 109, ...
    ```

## Problème possible?

. . .

* Calculer le carré peut-être "lent".
* En fait on peut ruser un peu.

# Méthode quadratique

\footnotesize

```C 
J_i = J_0 + i^2 % table_size, i > 0,
J_0 = 100
          \
           d_0 = 1 
          /        \
J_1 = 101           Delta = 2
          \        /
           d_1 = 3
          /        \
J_2 = 104           Delta = 2
          \        /
           d_2 = 5
          /        \
J_3 = 109           Delta = 2
          \        /
           d_3 = 7
          /        
J_4 = 116
--------------------------------------
J_{i+1} = J_i + d_i,
d_{i+1} = d_i + Delta, d_0 = 1, i > 0.
```

# Méthode de chaînage

## Comment ça marche?

* Chaque index de la table contient un pointeur vers une liste chaînée
  contenant les paires clés-valeurs.

## Un petit dessin

```











```

# Méthode de chaînage

## Exemple

On hash avec la fonction `h(key) = key % 11` (`key` est le numéro de la lettre
de l'alphabet)

```
 U  | N | E | X | E | M | P | L | E | D | E | T | A | B | L | E
 10 | 3 | 5 | 2 | 5 | 2 | 5 | 1 | 5 | 4 | 5 | 9 | 1 | 2 | 1 | 5
```

## Comment on représente ça? (à vous)

. . .

![La méthode de chaînage](figs/fig_hash.png){width=80%}

# Méthode de chaînage

Avantages:

* Si les clés sont grandes l'économie de place est importante (les places vides
  sont `NULL`).
* La gestion des collisions est conceptuellement simple.
* Pas de problème de regroupement (clustering).

# Exercice 1

* Construire une table à partir de la liste de clés suivante:
    ```
    R, E, C, O, U, P, A, N, T
    ```

* On suppose que la table est initialement vide, de taille $n = 13$.
* Utiliser la fonction $h1(k)= k \mod 13$ où k est la $k$-ème lettre de l'alphabet et un traitement séquentiel des collisions.

# Exercice 2

* Reprendre l'exercice 1 et utiliser la technique de double hachage pour traiter
  les collisions avec

\begin{align*}
h_1(k)&=k\mod 13,\\
h_2(k)&=1+(k\mod 11).
\end{align*}
* La fonction de hachage est donc $h(k)=(h(k)+h_2(k)) \% 13$ en cas de
  collision.


# Exercice 3

* Stocker les numéros de téléphones internes d'une entreprise suivants dans un
tableau de 10 positions.
* Les numéros sont compris entre 100 et 299.
* Soit $N$ le numéro de téléphone, la fonction de hachage est
$$
h(N)=N\mod 10.
$$
* La fonction de gestion des collisions est
$$
C_1(N,i)=(h(N)+3\cdot i)\mod 10.
$$
* Placer 145, 167, 110, 175, 210, 215 (mettre son état à occupé).
* Supprimer 175 (rechercher 175, et mettre son état à supprimé).
* Rechercher 35.
* Les cases ni supprimées, ni occupées sont vides.
* Expliquer se qui se passe si on utilise?
$$
C_1(N,i)=(h(N)+5\cdot i)\mod 10.
$$
+574 −0
Original line number Diff line number Diff line
---
title: "Tables de hachage"
date: "2024-02-20"
---

# Les tables de hachage

\Huge Les tables de hachage

# Tableau vs Table

## Tableau

* Chaque élément (ou valeur) est lié à un indice (la case du tableau).

```C 
annuaire tab[2] = {
    "+41 22 123 45 67", "+41 22 234 56 78", ...
};
tab[1] == "+41 22 123 45 67";
```

## Table

* Chaque élément (ou valeur) est lié à une clé.

```C 
annuaire tab = {
//  Clé   ,    Valeur
    "Paul",    "+41 22 123 45 67",
    "Orestis", "+41 22 234 56 78",
};
tab["Paul"]    == "+41 22 123 45 67";
tab["Orestis"] == "+41 22 234 56 78";
```

# Table

## Définition

Structure de données abstraite où chaque *valeur* (ou élément) est associée à une *clé* (ou
argument).

On parle de paires *clé-valeur* (*key-value pairs*).

## Donnez des exemples de telles paires

. . .

* Annuaire (nom-téléphone),
* Catalogue (objet-prix),
* Table de valeur fonctions (nombre-nombre),
* Index (nombre-page)
* ...

# Table

## Opérations principales sur les tables

* Insertion d'élément (`insert(clé, valeur)`{.C}), insère la paire `clé-valeur`
* Consultation (`get(clé)`{.C}), retourne la `valeur` correspondant à `clé`
* Suppression (`remove(clé)`{.C}), supprime la paire `clé-valeur`

## Structure de données / implémentation

Efficacité dépend de différents paramètres:

* taille (nombre de clé-valeurs maximal),
* fréquence d'utilisation (insertion, consultation, suppression),
* données triées/non-triées,
* ...

# Consultation séquentielle (`sequential_get`)

## Séquentielle

* table représentée par un (petit) tableau ou liste chaînée,
* types: `key_t` et `value_t` quelconques, et `key_value_t`

    ```C
    typedef struct {
        key_t key;
        value_t value;
    } key_value_t;
    ```
* on recherche l'existence de la clé séquentiellement dans le tableau, on
  retourne la valeur.

# Consultation séquentielle (`sequential_get`)

## Implémentation? Une idée?

. . .

```C
bool sequential_get(int n, key_value_t table[n], key_t key, 
    value_t *value) 
{
    int pos = n - 1;
    while (pos >= 0) {
        if (key ==  table[pos].key) {
            *value = table[pos].value;
            return true;
        }
        pos--;
    }
    return false;
}
```

. . .

## Inconvénient?

# Consultation séquentielle (`sequential_get`)

## Exercice: implémenter la même fonction avec une liste chaînée

Poster le résultat sur matrix.

# Consultation dichotomique (`binary_get`)

## Dichotomique

* table représentée par un (petit) tableau trié par les clés,
* types: `key_t` et `value_t` quelconques, et `key_value_t`
* on recherche l'existence de la clé par dichotomie dans le tableau, on
  retourne la valeur,
* les clés possèdent la notion d'ordre (`<, >, =` sont définis).

# Consultation dichotomique (`binary_get`)

\footnotesize

## Implémentation? Une idée?

. . .

```C
bool binary_get1(int n, key_value_t table[n], key_t key, value_t *value) {
    int top = n - 1, bottom = 0;
    while (top > bottom) { 
        int middle = (top + bottom) / 2;
        if (key > table[middle].key) {
            bottom  = middle+1;
        } else {
            top = middle;
        }
    }
    if (key == table[top].key) {
        *value = table[top].value;
        return true;
    } else {
        return false;
    }
} 
```

# Consultation dichotomique (`binary_get`)

\footnotesize

## Autre implémentation

```C
bool binary_get2(int n, key_value_t table[n], key_t key, value_t *value) {
    int top = n - 1, bottom = 0;
    while (true) { 
        int middle = (top + bottom) / 2;
        if (key > table[middle].key) {
            bottom  = middle + 1;
        } else if (key < table[middle].key) {
            top = middle;
        } else {
            *value = table[middle].value;
            return true;
        }
        if (top < bottom) {
             break;
        }
    }
    return false;
}
```

## Quelle est la différence avec le code précédent?

# Transformation de clé (hashing)

## Problématique: Numéro AVS (13 chiffres)

* Format: 106.3123.8492.13

    ```
    Numéro AVS    | Nom
    0000000000000 | -------
    ...           | ...
    1063123849213 | Paul
    ...           | ...
    3066713878328 | Orestis
    ...           | ...
    9999999999999 | -------
    ```

## Quelle est la clé? Quelle est la valeur?

. . .

* Clé: Numéro AVS, Valeur: Nom.

## Nombre de clés? Nombre de citoyens? Rapport?

. . .

* $10^{13}$ clés, $10^7$ citoyens, $10^{-5}$ ($10^{-3}\%$ de la table est
  occupée) $\Rightarrow$ *inefficace*.
* Pire: $10^{13}$ entrées ne rentre pas dans la mémoire d'un
  ordinateur.

# Transformation de clé (hashing)

## Problématique 2: Identificateurs d'un programme

* Format: 8 caractères (simplification)

    ```
    Identificateur | Adresse
    aaaaaaaa       | -------
    ...            | ...
    resultat       | 3aeff
    compteur       | 4fedc
    ...            | ...
    zzzzzzzz       | -------
    ```

## Quelle est la clé? Quelle est la valeur?

. . .

* Clé: Identificateur, Valeur: Adresse.

## Nombre de clés? Nombre d'identificateur d'un programme? Rapport?

. . .

* $26^{8}\sim 2\cdot 10^{11}$ clés, $2000$ identificateurs, $10^{-8}$ ($10^{-6}\%$ de la table est
  occupée) $\Rightarrow$ *un peu inefficace*.

# Fonctions de transformation de clé (hash functions)

* La table est représentée avec un tableau.
* La taille du tableau est beaucoup plus petit que le nombre de clés.
* On produit un indice du tableau à partir d'une clé:
$$
h(key) = n,\quad n\in\mathbb{N}.
$$
En français: on transforme `key` en nombre entier qui sera l'indice dans le
tableau correspondant à `key`.

## La fonction de hash

* La taille du domaine des clés est beaucoup plus grand que le domaine des
  indices.
* Plusieurs indices peuvent correspondre à la **même clé**:
    * Il faut traiter les **collisions**.
* L'ensemble des indices doit être plus petit ou égal à la taille de la table.

## Une bonne fonction de hash

* Distribue uniformément les clés sur l'ensemble des indices.

# Fonctions de transformation de clés: exemples

## Méthode par troncature

\begin{align*}
&h: [0,9999]\rightarrow [0,9]\\
&h(key)=\mbox{troisième chiffre du nombre.}
\end{align*}

```
Key  | Index
0003 | 0
1123 | 2 \
1234 | 3  |-> collision.
1224 | 2 / 
1264 | 6 
```

## Quelle est la taille de la table?

. . .

C'est bien dix oui.

# Fonctions de transformation de clés: exemples

## Méthode par découpage

Taille de l'index: 3 chiffres.

```
key = 321 991 24 ->  321
                     991
                    + 24
                    ----
                    1336 -> index = 336
```

## Devinez l'algorithme?

. . .

On part de la gauche:

1. On découpe la clé en tranche de longueur égale à celle de l'index.
2. On somme les nombres obtenus.
3. On tronque à la longueur de l'index.

# Fonctions de transformation de clés: exemples

## Méthode multiplicative

Taille de l'index: 2 chiffres.

```
key = 5486 -> key^2 = 30096196 -> index = 96
```

On prend le carré de la clé et on garde les chiffres du milieu du résultat.

# Fonctions de transformation de clés: exemples

## Méthode par division modulo

Taille de l'index: `N` chiffres.

```
h(key) = key % N.
```

## Quelle doit être la taille de la table?

. . .

Oui comme vous le pensiez au moins `N`.

# Traitement des collisions

## La collision

```
key1 != key2, h(key1) == h(key2)
```

## Traitement (une idée?)

. . .

* La première clé occupe la place prévue dans le tableau.
* La deuxième (troisième, etc.) est placée ailleurs de façon **déterministe**.

Dans ce qui suit la taille de la table est `table_size`.

# La méthode séquentielle

\footnotesize

## Comment ça marche?

* Quand l'index est déjà occupé on regarde sur la position suivante, jusqu'à en
  trouver une libre.

```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
   index = (index + 1) % table_size; // attention à pas dépasser
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```

## Problème?

. . .

* Regroupement d'éléments (clustering).

# Méthode linéaire

\footnotesize

## Comment ça marche?

* Comme la méthode séquentielle mais on "saute" de `k`.

```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
   index = (index + k) % table_size; // attention à pas dépasser
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```

## Quelle valeur de `k` éviter?

. . .

* Une valeur où  `table_size` est multiple de `k`.

Cette méthode répartit mieux les regroupements au travers de la table.

# Méthode du double hashing

\footnotesize

## Comment ça marche?

* Comme la méthode linéaire, mais `k = h2(key)` (variable).

```C
index = h(key);
while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
   index = (index + h2(k)) % table_size; // attention à pas dépasser
}
table[index].key = key;
table[index].state = OCCUPIED;
```

## Quelle propriété doit avoir `h2`?

## Exemple

```C
h2(key) = (table_size - 2) - key % (table_size -2)
```

# Méthode pseudo-aléatoire

\footnotesize

## Comment ça marche?

* Comme la méthode linéaire mais on génère `k` pseudo-aléatoirement.

    ```C
    index = h(key);
    while (table[index].state == OCCUPIED && table[index].key != key) {
        index = (index + random_number) % table_size;
    }
    table[index].key = key;
    table[index].state = OCCUPIED;
    ```

## Comment s'assurer qu'on va bien retrouver la bonne clé?

. . .

* Le germe (seed) de la séquence pseudo-aléatoire doit être le même.
* Le germe à choisir est l'index retourné par `h(key)`.

    ```C
    srand(h(key));
    while {
        random_number = rand();
    }
    ```

# Méthode quadratique

* La fonction des indices de collision est de degré 2.
* Soit $J_0=h(key)$, les indices de collision se construisent comme:

    ```C 
    J_i = J_0 + i^2 % table_size, i > 0,
    J_0 = 100, J_1 = 101, J_2 = 104, J_3 = 109, ...
    ```

## Problème possible?

. . .

* Calculer le carré peut-être "lent".
* En fait on peut ruser un peu.

# Méthode quadratique

\footnotesize

```C 
J_i = J_0 + i^2 % table_size, i > 0,
J_0 = 100
          \
           d_0 = 1 
          /        \
J_1 = 101           Delta = 2
          \        /
           d_1 = 3
          /        \
J_2 = 104           Delta = 2
          \        /
           d_2 = 5
          /        \
J_3 = 109           Delta = 2
          \        /
           d_3 = 7
          /        
J_4 = 116
--------------------------------------
J_{i+1} = J_i + d_i,
d_{i+1} = d_i + Delta, d_0 = 1, i > 0.
```

# Méthode de chaînage

## Comment ça marche?

* Chaque index de la table contient un pointeur vers une liste chaînée
  contenant les paires clés-valeurs.

## Un petit dessin

```











```

# Méthode de chaînage

## Exemple

On hash avec la fonction `h(key) = key % 11` (`key` est le numéro de la lettre
de l'alphabet)

```
 U  | N | E | X | E | M | P | L | E | D | E | T | A | B | L | E
 10 | 3 | 5 | 2 | 5 | 2 | 5 | 1 | 5 | 4 | 5 | 9 | 1 | 2 | 1 | 5
```

## Comment on représente ça? (à vous)

. . .

![La méthode de chaînage](figs/fig_hash.png){width=80%}

# Méthode de chaînage

Avantages:

* Si les clés sont grandes l'économie de place est importante (les places vides
  sont `NULL`).
* La gestion des collisions est conceptuellement simple.
* Pas de problème de regroupement (clustering).

# Exercice 1

* Construire une table à partir de la liste de clés suivante:
    ```
    R, E, C, O, U, P, A, N, T
    ```

* On suppose que la table est initialement vide, de taille $n = 13$.
* Utiliser la fonction $h1(k)= k \mod 13$ où k est la $k$-ème lettre de l'alphabet et un traitement séquentiel des collisions.
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+933 −0
Original line number Diff line number Diff line
---
title: "Arbres"
date: "2024-03-05"
---

# Les arbres

{\Huge Les arbres}

# Les arbres: définition

"Un arbre est un graphe acyclique orienté possédant une unique racine, et tel que tous les nœuds sauf la racine ont un unique parent."

. . .

**Santé!**

## Plus sérieusement

* Ensemble de **nœuds** et d'**arêtes** (graphe),
* Les arêtes relient les nœuds entre eux, mais pas n'importe comment: chaque
  nœud a au plus un **parent**,
* Le seul nœud sans parent est la **racine**,
* Chaque nœud a un nombre fini d'**enfants**,
* La hiérarchie des nœuds rend les arêtes **orientées** (parent -> enfants), et empêche les
  **cycles** (acyclique, orienté).
* La **feuille** ou **nœud terminal** est un nœud sans enfants,
* Le **niveau** est 1 à la racine et **niveau+1** pour les enfants,
* Le **degré** d'un nœud est le nombre de enfants du nœud.

. . .

* Chaque nœud est un arbre en lui même.
* La **récursivité** sera très utile!


# Arbre ou pas arbre?

::: columns

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
    1-->2;
    1-->3;
    3-->2;
    3-->4;
    3-->5;
```
::::

. . .

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
    1-->2;
    1-->3;
    3-->4;
    3-->5;
    3-->6;
```
::::

:::

# Arbre ou pas arbre?

::: columns

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
    1-->2;
    1-->3;
    3-->4;
    3-->5;
    3-->6;
    6-->7;
    7-->3;
```
::::

. . .

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=300 loc=figs/}
graph TD;
    1;
```
::::

:::

# Arbre ou pas arbre?

::: columns

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
    1---2;
    1---3;
    3---4;
    3---5;
```
::::

. . .

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=300 loc=figs/}
graph BT;
    1-->2;
    1-->3;
    3-->4;
    3-->5;
    3-->6;
```
::::

:::

# Degré et niveau

* Illustration du degré (nombre d'enfants) et du niveau (profondeur)

::: columns

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
    1[degré 2]-->2[degré 0];
    1-->3[degré 3];
    3-->4[degré 0];
    3-->5[degré 0];
    3-->6[degré 0];
```
::::

. . .

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=300 loc=figs/}
graph TD;
    1[niveau 1]-->2[niveau 2];
    1-->3[niveau 2];
    3-->4[niveau 3];
    3-->5[niveau 3];
    3-->6[niveau 3];
```
::::

:::

* Les nœuds de degré 0, sont des feuilles.

# Application: recherche rapide

## Pouvez vous construire un arbre pour résoudre le nombre secret?

 . . .

* Le nombre secret ou la recherche dichotomique (nombre entre 0 et 10).

::: columns

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph LR;
    5-->|<|2;
    5-->|>|7;
    7-->|>|8;
    7-->|<|6;
    8-->|>|9;
    9-->|>|10;
    2-->|<|1;
    2-->|>|3;
    3-->|>|4;
    1-->|<|0;
```
::::

:::: column

**Question:** Quelle est la complexité pour trouver un nombre?

::::

:::

# Autres représentation

* Botanique
* **Exercice:** Ajouter les degrés/niveaux et feuilles

```{.mermaid width=250 format=pdf loc=figs/}
graph TD;
    A-->B;
    A-->C;
    B-->D;
    B-->E;
    B-->F;
    F-->I;
    F-->J;
    C-->G;
    C-->H;
    H-->K;
```

# Autres représentation

* Ensembliste

::: columns

:::: column
```{.mermaid width=300 format=pdf loc=figs/}
graph TD;
    A-->B;
    A-->C;
    B-->D;
    B-->E;
    B-->F;
    F-->I;
    F-->J;
    C-->G;
    C-->H;
    H-->K;
```
::::

. . .

:::: column
![](figs/ensemble.svg)
::::

:::

# Autres représentation

* Liste

::: columns

:::: column
```{.mermaid width=400 format=pdf loc=figs/}
graph TD;
    A-->B;
    A-->C;
    B-->D;
    B-->E;
    B-->F;
    F-->I;
    F-->J;
    C-->G;
    C-->H;
    H-->K;
```
::::

. . .

:::: column
```
(A 
    (B 
        (D) 
        (E) 
        (F 
            (I) 
            (J)
        )
    ) 
    (C
        (G) 
        (H 
            (K)
        )
    )
)
```
::::

:::

# Autres représentation

* Par niveau

::: columns

:::: column
```{.mermaid width=400 format=pdf loc=figs/}
graph TD;
    A-->B;
    A-->C;
    B-->D;
    B-->E;
    B-->F;
    F-->I;
    F-->J;
    C-->G;
    C-->H;
    H-->K;
```
::::

. . .

:::: column
```
1       2       3       4
-------------------------
A       
        B       
                D 
                E 
                F           
                        I
                        J
        C       
                G
                H
                        K
```
::::

:::

# L'arbre binaire

* Structure de données abstraite,
* Chaque nœud a au plus deux enfants: gauche et droite,
* Chaque enfants est un arbre.

## Comment représenteriez vous une telle structure?

. . .

```C
<R, G, D>
    R: racine
    G: sous-arbre gauche
    D: sous-arbre droite
```

## Comment cela s'écrirait en C?

. . .

```C
typedef struct _node {
    contenu info;
    struct _node *left, *right;
} node;
typedef node *tree;
```

# L'arbre binaire

## Que se passerait-il avec 

```C
typedef struct _node {
    int info;
    struct _node left, right;
} node;
```

* On ne sait pas quelle est la taille de node, on ne peut pas l'allouer!

## Interface minimale

* Qu'y mettriez vous?

. . .

```C 
NULL              -> arbre (vide)
<n, arbre, arbre> -> arbre
visiter(arbre)    -> nœud (la racine de l'arbre)
gauche(arbre)     -> arbre (sous-arbre de gauche)
droite(arbre)     -> arbre (sous-arbre de droite)
```

* Les autres opérations (insertion, parcours, etc) dépendent de ce qu'on stocke
  dans l'arbre.

# Exemple d'arbre binaire

* Représentez `(c - a * b) * (d + e / f)` à l'aide d'un arbre binaire (matrix)

. . .

::: columns

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
    A[*]-->B[-];
    B-->C[c];
    B-->D[*];
    D-->E[a];
    D-->F[b];
    A-->G[+];
    G-->H[d];
    G-->I["/"];
    I-->J[e];
    I-->K[f];
```
::::


:::: column

## Remarques

* L'arbre est **hétérogène**: le genre d'info est pas le même sur chaque nœud
  (opérateur, opérande).
    * Les feuilles contiennent les opérandes.
    * Les nœuds internes contiennent les opérateurs.

::::

:::

# Parcours d'arbres binaires

* Appliquer une opération à tous les nœuds de l'arbre,
* Nécessité de **parcourir** l'arbre,
* Utiliser uniquement l'interface: visiter, gauche,
  droite.

## Une idée de comment parcourir cet arbre?

* 3 parcours (R: Racine, G: sous-arbre gauche, D: sous-arbre droit):


::: columns

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
    A[*]-->B[-];
    B-->C[c];
    B-->D[*];
    D-->E[a];
    D-->F[b];
    A-->G[+];
    G-->H[d];
    G-->I["/"];
    I-->J[e];
    I-->K[f];
```
::::

:::: column

1. Parcours **préfixe** (R, G, D),
2. Parcours **infixe** (G, R, D),
3. Parcours **postfixe** (G, D, R).

::::

:::

# Le parcours infixe (G, R, D)

* Gauche, Racine, Droite:
    1. On descend dans l'arbre de gauche tant qu'il est pas vide,
    2. On visite la racine du sous arbre,
    3. On descend dans le sous-arbre de droite (s'il est pas vide),
    4. On recommence.

. . .

## Incompréhensible?

* La récursivité c'est la vie.
    
```
parcours_infixe(arbre a)
    si est_pas_vide(gauche(a))
       parcours_infixe(gauche(a))
    visiter(A)
    si est_pas_vide(droite(A))
       parcours_infixe(droite(A))
```

# Graphiquement (dessinons)

::: columns

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
    A[*]-->B[-];
    B-->C[c];
    B-->D[*];
    D-->E[a];
    D-->F[b];
    A-->G[+];
    G-->H[d];
    G-->I["/"];
    I-->J[e];
    I-->K[f];
```
::::

:::: column

```
parcours_infixe(arbre a)
    si est_pas_vide(gauche(a))
       parcours_infixe(gauche(a))
    visiter(A)
    si est_pas_vide(droite(A))
       parcours_infixe(droite(A))
```

::::

:::


# Graphiquement (`mermaid` c'est super)

::: columns

:::: column
```{.mermaid format=pdf width=400 loc=figs/}
graph TD;
    A[*]-->B[-];
    A[*]-.->|1|B[-];
    B-->C[c];
    B-.->|2|C[c];
    C-.->|3|B;
    B-->D[*];
    B-.->|4|D;
    D-->E[a];
    D-.->|5|E;
    E-.->|6|D;
    D-->F[b];
    D-.->|7|F;
    F-.->|8|A;
    A-->G[+];
    A-.->|9|G;
    G-->H[d];
    G-.->|10|H;
    H-.->|11|G;
    G-->I["/"];
    G-.->|12|I;
    I-->J[e];
    I-.->|13|J;
    J-.->|14|I;
    I-->K[f];
    I-.->|15|K;
```
::::

:::: column

```
parcours_infixe(arbre a)
    si est_pas_vide(gauche(a))
       parcours_infixe(gauche(a))
    visiter(A)
    si est_pas_vide(droite(A))
       parcours_infixe(droite(A))
```

## Remarque 

Le nœud est visité à la **remontée**.

## Résultat

```
c - a * b * d + e / f
```

::::

:::

# Et en C?

## Live code

\footnotesize

. . .

```C
typedef int data;
typedef struct _node {
    data info;
    struct _node* left;
    struct _node* right;
} node;
typedef node* tree_t;
void tree_print(tree_t tree, int n) {
    if (NULL != tree) {
        tree_print(tree->left, n+1);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            printf(" ");
        }
        printf("%d\n", tree->info);
        tree_print(tree->right, n+1);
    }
}
```

# Question

## Avez-vous compris le fonctionnement?

. . .

## Vous en êtes sûr·e·s?

. . .

## OK, alors deux exercices:

1. Écrire le pseudo-code pour le parcours R, G, D (matrix).
2. Écrire le pseudo-code pour la parcours G, D, R (matrix),

## Rappel

```
parcours_infixe(arbre a)
    si est_pas_vide(gauche(a))
       parcours_infixe(gauche(a))
    visiter(a)
    si est_pas_vide(droite(a))
       parcours_infixe(droite(a))
```

# Correction

\footnotesize

* Les deux parcours sont des modifications **triviales**[^2] de l'algorithme
  infixe.

## Le parcours postfixe

```python
parcours_postfixe(arbre a)
    si est_pas_vide(gauche(a))
       parcours_postfixe(gauche(a))
    si est_pas_vide(droite(a))
       parcours_postfixe(droite(a))
    visiter(a)
```

## Le parcours préfixe

```python
parcours_préfixe(arbre a)
    visiter(a)
    si est_pas_vide(gauche(a))
        parcours_préfixe(gauche(a))
    si est_pas_vide(droite(a))
        parcours_préfixe(droite(a))
```

. . .

**Attention:** L'implémentation de ces fonctions en C sont **à faire** en
exercice (inspirez vous de ce qu'on a fait avant)!

# Exercice: parcours

## Comment imprimer l'arbre ci-dessous?

```
                        f
                /
                        e
        +
                d
*
                c
        -
                        b
                *
                        a
```

. . .

## Bravo vous avez trouvé! 

* Il s'agissait du parcours D, R, G.

# Implémentation

## Vous avez 5 min pour implémenter cette fonction et la poster sur matrix!

. . .

```C 
void pretty_print(tree_t tree, int n) {
    if (NULL != tree) {
        pretty_print(tree->right, n+1);
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            printf(" ");
        }
        printf("%d\n", tree->info);
        pretty_print(tree->left, n+1);
    }
}
```

# Exercice supplémentaire (sans corrigé)

Écrire le code de la fonction 

```C
int depth(tree_t t);
```

qui retourne la profondeur maximale d'un arbre.

Indice: la profondeur à chaque niveau peut-être calculée à partir du niveau des
sous-arbres de gauche et de droite.

# La recherche dans un arbre binaire

* Les arbres binaires peuvent retrouver une information très rapidement.
* À quelle complexité? À quelle condition?

. . .

## Condition

* Le contenu de l'arbre est **ordonné** (il y a une relation d'ordre (`<`, `>`
  entre les éléments).

## Complexité

* La profondeur de l'arbre (ou le $\mathcal{O}(\log_2(N))$)

. . .

## Exemple: les arbres lexicographiques

* Chaque nœud contient une information de type ordonné, la **clé**,
* Par construction, pour chaque nœud $N$:
    * Toutes clé du sous-arbre à gauche de $N$ sont inférieurs à la clé de $N$.
    * Toutes clé du sous-arbre à droite de $N$ sont inférieurs à la clé de $N$.

# Algorithme de recherche

* Retourner le nœud si la clé est trouvée dans l'arbre.

```python
arbre recherche(clé, arbre)
    tante_que est_non_vide(arbre)
        si clé < clé(arbre)
            arbre = gauche(arbre)
        sinon si clé > clé(arbre)
            arbre = droite(arbre)
        sinon
            retourne arbre
    retourne NULL
```

# Algorithme de recherche, implémentation (live)

\footnotesize

. . .

```C 
typedef int key_t;
typedef struct _node {
    key_t key;
    struct _node* left;
    struct _node* right;
} node;
typedef node* tree_t;
tree_t search(key_t key, tree_t tree) {
    tree_t current = tree;
    while (NULL != current) {
        if (current->key > X) {
            current = current->gauche;
        } else if (current->key < X){
            current = current->droite;
        } else {
            return current;
        }
    }
    return NULL;
}
```

# Exercice (5-10min)

Écrire le code de la fonction

```C 
int tree_size(tree_t tree);
```

qui retourne le nombre total de nœuds d'un arbre et poster le résultat sur
matrix.

Indication: la taille, est 1 + le nombre de nœuds du sous-arbre de gauche
additionné au nombre de nœuds dans le sous-arbre de droite.

. . .

```C
int arbre_size(tree_t tree) {
    if (NULL == tree) {
        return 0;
    } else {   
        return 1 + tree_size(tree->left) 
            + tree_size(tree->right);
    }
}
```

# L'insertion dans un arbre binaire

* C'est bien joli de pouvoir faire des parcours, recherches, mais si on peut
  pas construire l'arbre....

## Pour un arbre lexicographique

* Rechercher la position dans l'arbre où insérer.
* Créer un nœud avec la clé et le rattacher à l'arbre.

# Exemple d'insertions

* Clés uniques pour simplifier.
* Insertion de 5, 15, 10, 25, 2, -5, 12, 14, 11.
* Rappel:
    * Plus petit que la clé courante => gauche,
    * Plus grand que la clé courante => droite.
* Faisons le dessins ensemble

```









```

## Exercice (3min, puis matrix)

* Dessiner l'arbre en insérant 20, 30, 60, 40, 10, 15, 25, -5 


# Pseudo-code d'insertion (1/2)

* Deux parties:
    * Recherche le parent où se passe l'insertion.
    * Ajout de l'enfant dans l'arbre.

## Recherche du parent

```
arbre position(arbre, clé)
    si est_non_vide(arbre)
        si clé < clé(arbre)
            suivant = gauche(arbre)
        sinon
            suivant = droite(arbre)
        tant que clé(arbre) != clé && est_non_vide(suivant)
            arbre = suivant
            si clé < clé(arbre)
                suivant = gauche(arbre)
            sinon
                suivant = droite(arbre)
            
    retourne arbre
```

# Pseudo-code d'insertion (2/2)

* Deux parties:
    * Recherche de la position.
    * Ajout dans l'arbre.

## Ajout de l'enfant

```
ajout(arbre, clé)
    si est_vide(arbre)
        arbre = nœud(clé)
    sinon
        si clé < clé(arbre)
            gauche(arbre) = nœud(clé)
        sinon si clé > clé(arbre)
            droite(arbre) = nœud(clé)
        sinon
            retourne
```

# Code d'insertion en C

## Recherche du parent (ensemble)

. . .

```C
tree_t position(tree_t tree, key_t key) {
    tree_t current = tree;
    if (NULL != current) {
        tree_t subtree = key > current->key ? current->right :
        current->left;
        while (key != current->key && NULL != subtree) {
            current = subtree;
            subtree = key > current->key ? current->right :
            current->left;
        }
    }
    return current;
}
```

[^2]: Copyright cours de mathématiques pendant trop d'années.
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Original line number Diff line number Diff line
@@ -206,7 +206,7 @@ while (sum < 10) {
}
do {
    sum += 10;
} while (sum < 100)
} while (sum < 100);
```

# Structures de contrôle: `for`{.C}
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Original line number Diff line number Diff line
@@ -289,7 +289,7 @@ pour i de 1 à SIZE - 1
int index = 0;
float min = tab[0];
for (int i = 1; i < SIZE; ++i) {
    if min > tab[i] {
    if (min > tab[i]) {
        min = tab[i];
        index = i;
    }

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version: "3.3"
services:
    slides:
        image:  omalaspinas/pandoc:latest
        user: 1000:1000
        container_name: slides
        volumes:
            - ./:/data
        entrypoint: ["make"]
        working_dir: /data
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Original line number Diff line number Diff line
CC:=clang
CFLAGS:=-Wall -Wextra -pedantic -g -fsanitize=address,undefined
LDFLAGS:=-fsanitize=address,undefined

main: main.o hm.o
	$(CC) main.o hm.o -o main $(LDFLAGS)

main.o: main.c hm.h
	$(CC) -c main.c -o main.o $(CFLAGS)

hm.o: hm.c hm.h
	$(CC) -c hm.c -o hm.o $(CFLAGS)

clean:
	rm -f *.o main
 No newline at end of file
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Original line number Diff line number Diff line
#include <string.h>
#include "hm.h"

static size_t hash(char *key, size_t table_capacity) {
    size_t h = 0;
    for (size_t i = 0; i < strlen(key); ++i) {
        h = (h + key[i] * 43) % table_capacity;
    }
    return h;
}

void hm_init(hm_t *hm, size_t table_capacity) {
    hm->table = malloc(sizeof(*(hm->table)) * table_capacity);
    hm->table_capacity = table_capacity;
    hm->table_length = 0;
    for (size_t i = 0; i < hm->table_capacity; ++i) {
        hm->table[i].state = EMPTY;
    }
}

void hm_destroy(hm_t *hm) {
    free(hm->table);
    hm->table = NULL;
    hm->table_capacity = 0;
    hm->table_length = 0;
}

void hm_insert(hm_t *hm, char *key, char *value) {
    if (hm->table_capacity == hm->table_length) {
        return;
    }
    size_t index = hash(key, hm->table_capacity);
    while(hm->table[index].state == OCCUPIED && (0 != strcmp(key, hm->table[index].key))) {
        index = (index + 1) % hm->table_capacity;
    }
    if (hm->table[index].state != OCCUPIED) {
        hm->table_length += 1;
        strcpy(hm->table[index].key, key);
        hm->table[index].state = OCCUPIED;
    }
    strcpy(hm->table[index].value, value);
}

void hm_remove(hm_t *hm, char *key) {
    if (0 == hm->table_length) {
        return;
    }
    size_t index = hash(key, hm->table_capacity);
    while (hm->table[index].state == EMPTY && 
        (0 != strcmp(key, hm->table[index].key))) {
        index = (index + 1) % hm->table_capacity;
    }
    if (0 == strcmp(key, hm->table[index].key)) {
        hm->table[index].state = DELETED;
        hm->table[index].key[0] = '\0';
        hm->table_length -= 1;
    }
}
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Original line number Diff line number Diff line
#ifndef HM_H
#define HM_H

#include <stdlib.h>

#define MAX_SIZE 80

typedef enum _state_t { EMPTY, OCCUPIED, DELETED } state_t;

typedef struct _entry_t {
    char key[MAX_SIZE];
    char value[MAX_SIZE];
    state_t state;
} entry_t;

typedef struct _hm_t {
    entry_t *table;
    size_t table_capacity;
    size_t table_length;
} hm_t;

void hm_init(hm_t *hm, size_t table_capacity);
void hm_destroy(hm_t *hm);

void hm_insert(hm_t *hm, char *key, char *value);
void hm_remove(hm_t *hm, char *key);

#endif