Хэл Фултон - Программирование на языке Ruby

В немецком городе Кенигсберг был остров посередине реки. С двумя берегами остров связывало семь мостов. Горожане хотели знать, можно ли обойти город так, чтобы побывать на каждом мосту ровно один раз и вернуться в исходную точку. В 1735 году Эйлер доказал, что это невозможно. Эта классическая задача стала первой проблемой теории графов.

Как часто бывает в жизни, решение кажется простым, когда оно найдено. Оказалось, что для существования в графе эйлерова цикла необходимо и достаточно, чтобы все вершины имели четную степень. Вот короткий код, проверяющий выполнение этого свойства:

class Graph

def euler_circuit?

return false if !connected?

for i in 0..@max

return false if degreed) % 2 != 0

end

true

end

end

mygraph = Graph.new([1,0],[0,3],[2,1],[3,1],[3,2])

flag1 = mygraph.euler_circuit? # false

mygraph.remove 1,3

flag2 = mygraph.euler_circuit? # true

Эйлеров путь и эйлеров цикл — разные вещи. Слово «цикл» подразумевает, что нужно вернуться в исходную точку. А наличие пути предполагает, что нужно лишь посетить каждую вершину ровно один раз. В следующем фрагменте демонстрируется это различие:

class Graph

def euler_path?

return false if !connected?

odd=0

each_vertex do |x|

if degree(x) % 2 == 1

odd += 1

end

end

odd <= 2

end

end

mygraph = Graph.new([0,1],[1,2],[1,3],[2,3],[3,0])

flag1 = mygraph.euler_circuit? # false

flag2 = mygraph.euler_path? # true

В сообществе пользователей Ruby известно несколько таких инструментов. Они в большинстве своем имеют ограниченную функциональность и предназначены для работы с ориентированными или неориентированными графами. Поищите эти инструменты в архиве RAA (http://raa.ruby-lang.org) или на сайте Rubyforge (http://rubyforge.org). Называются они как-то вроде RubyGraph, RGraph, GraphR и по большей части еще не достигли зрелости.

Если вас интересует великолепный пакет GraphViz, который умеет представлять сложные графы в виде изображений или программ на языке Postscript, то к нему есть по меньшей мере два работоспособных интерфейса. Есть даже элемент управления GnomeGraphWidget, который, если верить документации, «можно использовать в приложениях Ruby Gnome для генерирования, визуализации и манипулирования графами». Мы его, впрочем, не изучали; пока еще не вышла даже официальная альфа-версия.

Короче говоря, потребность в подобных инструментах может возникнуть. В таком случае я призываю вас написать собственный инструмент или присоединиться к какому-нибудь существующему проекту. Если работать с графами станет достаточно просто, то мы еще будем недоумевать, как раньше могли без них обходиться!..

Мы познакомились с классом Set в Ruby, а также с несколькими примерами «доморощенных» структур данных. Мы видели, как можно создавать сложные структуры данных путем наследования существующему классу или ограниченного делегирования, когда экземпляр существующего класса инкапсулируется в новой структуре. Также были рассмотрены изобретательные способы хранения данных, применения различных структур данных и создания итераторов для обхода таких структур.

Мы уделили внимание стекам и очередям и способам их использования для решения задач. Кроме того, окинули беглым взглядом деревья и графы.

В следующей главе мы снова займемся манипулированием данными. Но если до сих пор нас интересовало хранение объектов в основной памяти, то теперь мы обратимся к вспомогательной памяти, то есть файлам (и вводу/выводу в общем), базам данных и устойчивым объектам.

Вычислительные машины хороши для вычислений. В этой тавтологии больше смысла, чем кажется на первый взгляд. Если бы программа только потребляла процессорное время да изредка обращалась к оперативной памяти, жизнь была бы куда проще.

Но от компьютера, занятого исключительно собой, мало толку. Рано или поздно придется получать информацию извне и отправлять ее во внешний мир, и вот тут-то жизнь перестает казаться медом.

Есть несколько факторов, затрудняющих ввод/вывод. Во-первых, ввод и вывод - совершенно разные вещи, но обычно мы мысленно объединяем их. Во-вторых, операции ввода/вывода столь же разнообразны, как и мир насекомых.

История знает такие устройства, как магнитные барабаны, перфоленты, магнитные ленты, перфокарты и телетайпы. Некоторые имели механические детали, другие были электромагнитными от начала и до конца. Одни позволяли только считывать информацию, другие — только записывать, а третьи умели делать и то и другое. Часть записывающих устройств позволяла стирать данные, другая — нет. Одни были принципиально последовательными, другие допускали произвольный доступ. На иных устройствах информация хранилась постоянно, другие были энергозависимыми. Некоторые требовали человеческого вмешательства, другие — нет. Есть устройства символьного и блочного ввода/вывода. На некоторых блочных устройствах можно хранить только блоки постоянной длины, другие допускают и переменную длину блока. Одни устройства надо периодически опрашивать, другие управляются прерываниями. Прерывания можно реализовать аппаратно, программно или смешанным образом. Есть буферизованный и небуферизованный ввод/вывод. Бывает ввод/вывод с отображением на память и канальный, а с появлением таких операционных систем, как UNIX, мы узнали об устройствах ввода/вывода, отображаемых на элементы файловой системы. Программировать ввод/вывод доводилось на машинном языке, на языке ассемблера и на языках высокого уровня. В некоторые языки механизм ввода/вывода жестко встроен, другие вообще не включают ввод/вывод в спецификацию языка. Приходилось выполнять ввод/вывод с помощью подходящего драйвера или уровня абстракции и без оного.