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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