Хэл Фултон - Программирование на языке Ruby

В главе 9 мы продолжим изучение высокоуровневых структур данных. Не все они входят в ядро Ruby или в стандартные библиотеки. Речь пойдет о множествах, стеках, очередях, деревьях и графах.

Есть, конечно, более сложные и интересные структуры данных, чем массивы и хэши. Некоторые из тех, с которыми мы познакомимся в этой главе, имеют прямую или косвенную поддержку в Ruby, другие приходится программировать самостоятельно. К счастью, Ruby упрощает создание нестандартных структур данных.

Математические множества можно, как мы видели, моделировать с помощью массивов. Но в последних версиях Ruby есть также класс Set, который хорошо поддерживает эту структуру.

Стеки и очереди — две весьма распространенные в информатике структуры данных. В первом издании этой книги им было уделено чрезмерно много внимания. Для тех, кого интересуют общие вопросы, я оставил кое-какой материал; для остальных есть немало великолепных книг по структурам данных и алгоритмам.

Деревья полезны для сортировки, поиска и просто представления иерархических данных. Мы рассмотрим двоичные деревья и сделаем несколько замечаний о деревьях более высокой степени.

Граф — это обобщение понятия дерева. Граф представляет собой множество вершин, соединенных ребрами, причем с каждым ребром может быть связан вес или направление. Они полезны для решения многих задач, в том числе при анализе сетей и организации знаний.

Но самыми простыми структурами являются множества. С них мы и начнем.

Мы уже видели, что некоторые методы класса Arrayпозволяют использовать массивы для представления математических множеств. Однако для написания более строгого и компактного кода в Ruby есть также класс Set, который скрывает от программиста большую часть деталей реализации.

Чтобы получить в свое распоряжение класс Set, достаточно написать:

require 'set'

При этом также добавляется метод to_setв модуль Enumerable, так что любой перечисляемый объект становится возможно преобразовать в множество.

Создать новое множество нетрудно. Метод []работает почти так же, как для хэшей. Метод newпринимает в качестве необязательных параметров перечисляемый объект и блок. Если блок задан, то он выступает в роли «препроцессора» для списка (подобно операции map).

s1 = Set[3,4,5] # В математике обозначается {3,4,5}.

arr = [3,4,5]

s2 = Set.new(arr) # То же самое.

s3 = Set.new(arr) {|x| x.to_s } # Множество строк, а не чисел.

Для объединения множеств служит метод union(синонимы |и +):

x = Set[1,2,3]

y = Set[3,4,5]

а = x.union(y) # Set[1,2,3,4,5]

b = x | y # То же самое.

с = x + y # То же самое.

Пересечение множеств вычисляется методом intersection(синоним &):

x = Set[1,2,3]

y = Set[3,4,5]

а = x.intersection(y) # Set[3]

b = x & y # То же самое.

Унарный минус обозначает разность множеств; мы обсуждали эту операцию в разделе 8.1.9.

diff = Set[1,2,3] - Set[3,4,5] # Set[1,2]

Принадлежность элемента множеству проверяют методы member?или include?, как для массивов. Напомним, что порядок операндов противоположен принятому в математике.

Set[1,2,3].include?(2) # true

Set[1,2,3].include?(4) # false

Set[1,2,3].member?(4) # false

Чтобы проверить, является ли множество пустым, мы вызываем метод empty?, как и в случае с массивами. Метод clearочищать множество, то есть удаляет из него все элементы.

s = Set[1,2,3,4,5,6]

s.empty? # false

s.clear

s.empty? # true

Можно проверить, является ли одно множество подмножеством, собственным подмножеством или надмножеством другого.

x = Set[3,4,5]

y = Set[3,4]

x.subset?(y) # false

y.subset?(x) # true

y.proper_subset?(x) # true

x.subset?(x) # true

x.proper_subset?(x) # false

x.superset?(y) # true

Метод add(синоним <<) добавляет в множество один элемент и обычно возвращает его в качестве значения. Метод add?возвращает nil, если такой элемент уже присутствовал в множестве. Метод merge полезен, если надо добавить сразу несколько элементов. Все они, конечно, могут изменить состояние вызывающего объекта. Метод replaceработает так же, как в случае со строкой или массивом.