Algorithmus

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Algoritmos:

Los algoritmos son distintas formas de usar los patrones de diseño y las estructuras de datos para conseguir hacer cosas de la forma más óptima posible.

Notación O

Es la forma de decir lo rápido que funcionará el algoritmo. Un numero mayor significa que va más lento que un numero más pequeño.

O(log n) << O(n) << O (n^log n) << O (n^n)

O (log n) se logra cuando por ejemplo, tienes que recorrerte una lista para poder hacer algo y puedes hacerlo sin tener que recorrerte toda la lista. Recorrerse la lista entera es O(n). Cuando se tiene que recorrer toda la lista y volver a visitar algunos numeros pero no la lista entera, entonces es O(n ^ log n), y si por cada elemento de la lista se tiene que volver a visitar toda la lista por ejemplo para buscar si un numero es mayor o menor, entonces se dice que es O(n^n).

Es importante intentar usar el más bajo. Ordenar una lista de por ejemplo 1.000 elementos usando un algoritmo O(n^n) puede tardar horas mientras que uno O(log n) puede tardar segundos.

Recursividad

Lo hemos visto por encima al ver las funciones de pilas y colas.

Algoritmos de Busqueda

Algoritmos de Orden

 

Bäume

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Arboles

Parecido a la lista en el sentido de que se puede acceder a cualquier dato sin tener que quitarlo. Como se dijo en los nodos aqui los nodos tienen una referencia al nodo superior, y al menos dos nodos hijos (si quieremos que el arbol sea binario, aunque realmente depende de qué programa quieras hacer)

Ejemplo:

Liste

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Listas

Las listas son algo parecido a las pilas y colas mezclado con un array, pero aqui no hace falta quitar de la lista el nodo que se observa, y se puede acceder a cualquier dato, no solo a uno de un extremo. Imaginalo como un array al que se le puede cambiar dinámicamente el tamaño.

Ejemplo:

Warteschlange

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Colas

Es como la pila, pero aqui el empleado coge el papel de la parte de abajo: El primero en llegar es el primero en ser servido.

Al igual que las pilas apenas se usa actualmente, cuando se coge un dato se quita de la cola, y además cada vez que se añade un nuevo elemento se mete al final.

Ejemplo:

Stapelspeicher

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Pilas

Las pilas son una estructura que almacena nodos. En ellos se lee siempre primero el ultimo nodo en llegar. Piensa en una pila de documentos del trabajo y un empleado que solo coje la hoja de más arriba.

Realmente actualmente se usan principalmente las colas, porque en las pilas cuando se coge el dato este se quita de la pila, aunque sea para verlo.

Ejemplo:

Knoten

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Nodos

Un nodo es una clase que encapsula información. Sigue el siguiente patrón:


En Anterior y Siguiente se guarda otro nodo, la idea de los nodos es crear cadenas con ellos. Para los que sepáis este tema, sabreis que ese nodo solo se usa en un caso específico, que en casi todos solo se guarda el nodo anterior, no el siguiente.

En Dato aqui uso un „int“, pero realmente puede ser de cualquier tipo de clase o dato.

Los nodos se usan por lo menos en pilas, colas, listas y arboles (en arboles realmente se llaman hoja y pueden tener multiples referencias a otros nodos, no solo siguiente y anterior, ya que tienen por lo menos al nodo padre y a dos nodos hijos. Ya lo veremos en su categoría).

Matrizen und Arrays

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Matrices y arrays

A veces tienes que crear varias variables del mismo tipo para guardar datos parecidos. Por ejemplo, imaginate que tienes la clase huevo y la clase caja de huevos. En cada clase caja de huevos puedes tener 6 huevos. Pero… ¿Y si otra vez se tienen 12 huevos? ¿Vas a tener que modificar la clase o crear una clase abstracta de la que heredan caja6huevos y caja12huevos? Hay una solución para eso: Matrices y arrays. Fijate en esta linea de código:

int [] numeros = new int[6];

Con esto hemos creado 6 variables del tipo int, a las que se accede desde el 0 hasta el 5 así:

numeros[0] = 10;

numeros[1] = 20;

numeros[5] = 22;

Otra forma de crearlos es así:

int [] numeros = {10,20,30,40,50};

Así hemos creado un array de 5 elementos. Para acceder al primero tendremos que usar el numeros[0].

 

Para crear un array de un objeto concreto usamos el siguiente comando:

Objeto [] array = new Objeto [10];
array[0] = new Objeto(); // aqui llamamos al constructor

Una matriz es un array de 2 dimensiones. Realmente pueden tener todas las dimensiones que se quieran hacer, pero realmente es algo poco común y que realmente usarás muy poco.
int [][] numeros = new int[10][10];

Así hemos creado una tabla de 10 x 10. Todo lo demás es igual que con el resto de arrays.

Así que ya hemos visto como trabajar con matrices y arrays. ¿Como hacemos lo del ejemplo del inicio? Aprovechando el constructor de la clase:

Huevo [] arrayHuevos;

void CajaHuevos(int cantidad){

arrayHuevos = new Huevo[cantidad];

}

Con esto podemos usar unas veces cajas de 12 huevos, otras de 6, y otras de lo que haga falta.

Command

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Command

Problema: A la hora de llamar a funciones puede que te encuentres que quieres tratarlas como objetos para poder asignar mejor los parámetros y similares.

Solución: Con este patrón puedes encapsular una función como un objeto y poder tratarlo como tal.

Fundamento:


Básicamente, por cada función que quieras convertir en objeto, haces un comando concreto. Lo que sería la función puedes ponerla en operación y los parámetros como variables de esta clase. El resto del programa solo verá comandos por el polimorfismo y puedes cambiarlos como quieras.

Ejemplo:

Chain of Responsability

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Chain of Responsability

Problema: Imaginate que un objeto llama a una función de otro objeto, y este al hacer esto llama a otro objeto, y este a otro… cada uno con distintos nombres de funciones y tal. Como hemos visto hay soluciones para esto para facilitar el trabajar con esta clase de problemas.

Solución: Vamos a usar el polimorfismo para que las clases que heredan de una puedan llamar a otras facilmente y haciendo todo más estandarizado y fácil.

Fundamento:


Un manejador tendrá referencias de otros manejadores que dependan de el. Todos los manejadores tienen la función Operación (o la que sea) y al llamarla llaman también a los objetos asociados que puedan tener que hacerlo.

Ejemplo:

Proxy

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Proxy

Problema: Imaginate una interfaz, como el facade, pero que puedas cambiar para añadir flexibilidad (solo que la fachada solo se comunica con un solo objeto en vezde con varios).

Solución: Haciendo que las clases de fachada (aqui llamadas proxy) y las que hacen el trabajo hereden del mismo interfaz, hace que puedas cambiar de clase que realiza el trabajo en tiempo real y sin problemas.

Fundamento:



Ejemplo:

Flyweight

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Flyweight

Problema: Se usa demasiada memoria en tu proyecto y buscas formas de optimizar

Solución: El flyweight reduce el impacto en memoria de tu programa al compartir un objeto entre varios otros para no tener que hacer cientos o miles de copias de este con información idéntica. Por ejemplo, imagina una simulación sobre un hormiguero. No es factible crear millones de copias de un objeto con la misma información.

Fundamento:


En el programa existe una factoría flyweight (que debería ser además singleton para poder llamarla desde cualquier sitio) que lo que hace realmente es almacenar todos los objetos flyweight que se han creado y lo que hace es que si el objeto existe, te lo devuelve. El objeto puede ser compartido o no, eso da igual, pero si en dos objetos distintos necesitas usar el mismo objeto, con el flyweight factory recibes el mismo objeto y no tienes que crearte dos objetos distintos con los mismos valores para hacer lo mismo.

Ejemplo:

Facade

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Facade

Problema: Has hecho un montón de clases para un programa con un fin, por ejemplo, hacer gráficas a partir de unas tablas. Y decides poner el código on-line para que cualquiera lo baje (o es parte de un programa mayor) y quieres que se use bien, no que la gente se ponga a crear un objeto de una clase que no funciona bien sola.

Solución: Hacemos una interfaz que simplifique al usuario todo lo que hay detrás. El usuario no tiene que saber que para hacer una gráfica usas ciertos patrones, ciertas clases y tal… El lo que quiere es saber que clase llamar, y dentro de esa clase que funciones usar, para simplemente hacer una gráfica y olvidarse.

Vamos, lo que hemos estado haciendo hasta ahora al hacer cosas privadas o publicas.

Fundamento:


El objeto que haga de Facade sirve de interfaz para usar un sistema. Por ejemplo, para hacer una calculadora las funciones del facade serían sumar, restar, multiplicar, dividir, exponencial… Y al usuario le da igual lo que haya detras, solo sabe que llama a la función, mete dos numeros, y recibe otro.

Ejemplo:

Decorator

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Decorator

Problema: Vale, tenemos familias de objetos organizados con el Composite. Pero… ¿Y si lo que quiero es dinámicamente (en mitad de la ejecución) cambiar el comportamiento de un objeto?

Solución: Así es como sale este patrón, que no es más que hacer abstracto al composite para que así se pueda sustituir cualquier miembro de la familia en tiempo de ejecución sin problemas.

Fundamento:



Existe la interfaz Componente. Cada objeto que hereda de él es o bien un componente concreto o bien un decorador. Y si es un decorador significa que puede en un momento dado ejecutar la funcion „operacion“ de un decorador concreto, mientras que 5 minutos mas tarde se ha cambiado el decorador y el programa no tiene porque saberlo, llama a la misma función pero el programa hace otra cosa.

Ejemplo:

Composite

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Composite

Problema: Tienes una familia de objetos y buscas una buena forma de organizarlos.

Solución: Con este patron organizas objetos complejos a partir de unir simples de forma recursiva pero al usar la abstracción haces que todos tengan una interfaz común, lo cual es bueno para saber como usar a esa familia de objetos.

Fundamento:


Tenemos la interfaz Componente. Todos los objetos que heredan de esto son o bien composite si tienen más objetos „colgando de el“ (con la operación añadir) o hojas si no tienen hijos. Realmente esto acaba teniendo estructura de arbol (mira el siguiente capitulo sobre estructuras de datos para saber mas)

Ejemplo: Vamos a hacer una pequeña agenda telefónica de personas pero con un giro. En cada persona estarán colgadas las personas a las que conozca. Las personas serán composites y cada persona tendrá una serie de personas colgando de él (y puede haber repeticiones, haciendo que una persona enlace a quien la conoció y que puedas entrar en un bucle, el que pueda haber bucles hará que no automaticemos la busqueda, aunque si quieres intentarlo tendrás que hacer un control que detecte que lleva 3-4 veces saltando entre los mismos. Por ejemplo, prueba a añadir un booleano que diga si el objeto ha sido ya mostrado)

Bridge

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Bridge

Problema: Tienes una abstracción (una generalización, una clase que hereda de otra y tal). Y quieres modificarla reduciendo al mínimo las modificaciones en el resto del código, solo en la abstracción o su implementación.

Solución: La solución es algo parecida a lo anterior. Si separamos de una clase su implementación, hacemos que en el resto del programa se use la clase sin problemas ,y a la hora de modificar se use solo la clase que sea, pero no el resto.

Fundamento:


Ejemplo:

Adaptator

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Adaptador

Problema: Tienes una o varias clase que llama/usa funciones de otras clases. Si modificas estas clases usadas (nombre de función, qué devuelve…), entonces tienes que buscar y cambiar a lo largo de todo el código para dejarlo todo bien.

Solución: Crear una clase abstracta llamada „adaptador“ con una función llamada solicitud. Al resto del programa le dará igual como funcionen las clases que especifiquen esto, puesto que solo llamará a la función request. Luego esta función usará las clases que sean y pedirá los datos que sean, pero solo reduce las modificiaciones a dos clases y no a todo el programa.

Fundamento:



Ejemplo:

Singleton

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Singleton

Problema: ¿Quieres hacer un objeto que sea único, que no pueda haber copia de él, y que lo puedas llamar y usar desde cualquier parte del programa? Entonces necesitas un Singleton.

Solución: El singleton es una clase que realmente no la creas, pides una instancia de él. Al hacerlo, si no existía el objeto, este se crea a sí mismo y se asegura que las proximas veces que pidas una instancia de él solo venga él. Y al ser static puedes llamar a la instancia en cualquier sitio del programa. ¿Algunos usos útiles? Para hacer informes del programa. Haces una clase que incorpore las funciones y variables del singleton, y haces que por cada fallo o cosa a registrar, se llame a esta clase para que lo registre. Así desde cualquier parte del programa se puede escribir una linea de texto en el archivo final.

Fundamento:


Al llamar a la funcion estática getInstancia(), la funcion mira si InstanciaUnica tiene algún valor o no. Si no tiene ningún valor asignado, es la primera vez que se llama la función, así que llama al constructor y guarda el nuevo singleton en instancia unica. Al final devuelve el valor que esté en instancia única.

Ejemplo:

Prototype

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Prototype

Problema: Quieres un objeto, pero que no sea nuevo, si no un clon de otro ya existente. Por ejemplo, para hacerle cambios al clon pero que no afecten al original (hacer un prototipo)

Solución: El prototipo tiene como ventajas que te ahorra el tener que hacer una fábrica para este tipo de objetos, pues al ser un clon de uno ya existente el esfuerzo de programación es muy bajo, y lo mismo se traduce al rendimiento: Si tienes que crear un objeto complejo, se requiere reservar mucha memoria y eso puede ir en contra del programa, pero si se usa un clon se agiliza.

Fundamento: Tenemos el interfaz prototipo. Todas las funciones que lo implementen heredarán de él la función clonar(), además al ser una función abstracta cada hijo lo especificará comole de la gana.



Ejemplo:

UML und Classen beispiel

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UML

Antes de ponernos con el ejemplo voy a explicar muy rápido lo que es UML. Es cómo se diseñan los programas e indica que clases hay, como son, y como se relacionan las clases entre sí, indicando si una clase es abstracta, que clases son las hijas, si una función necesita crear un objeto de otra clase, o si en vez de una variable en una clase tenemos un objeto de otra clase … (recuerda que el objetivo de una clase es encapsular información. Si quisieramos hacer una clase DNI, esa clase tendría un objeto de la clase Persona que encapsula los datos de esa persona, luego la clase DNI incluirá la fecha de expedición y mas cosas propias del DNI, pero no de la persona porque se eso de encarga la otra clase).

Aquí puedes ver todos los ejemplos que hemos hecho hasta ahora.

A la izquierda tienes la definición normal de una clase con ejemplos de cómo poner las variables y las funciones. Solo veo aclarar que aquí el tipo de la función o de la clase se pone al final mientras que en el código va antes.

Luego en vehículo tenemos el ejemplo de polimorfismo que hemos puesto. Fijate que las funciones abstractas se escriben inclinadas. Que una clase hereda de otra se especifica con esa flecha.

Finalmente a la derecha esta el ejemplo de la persona con el DNI. Como el DNI contiene una Persona, se llama composición y se especifica con el simbolo de la linea con el rombo negro.

Para empezar esta bien con esto. Hay más cosas que saber (como cuando una clase solo necesita a otra para una sola función y no esta compuesta por ella [es igual que la composición, pero el rombo esta en blanco]).

Lo que falta lo veremos más adelante en el ejemplo.

Ejemplo:

Vamos a realizar el siguiente programita:

En este programa nos basamos en el ejemplo anterior de los vehículos. Creamos una clase principal (llamada aplicación), que tendrá objetos de la clase Persona (Los numeros sobre la linea significan que cada objeto de la clase persona pertenecen solo a 1 aplicación, y que una aplicación puede tener de 0 a muchas personas)

La clase Persona es abstracta, y las clases cartero y panadero heredan de ella (son una especialización de Persona). Las funciones que se llaman igual que la clase se llaman constructores y se usan para dar los valores iniciales a la clase.

Vamos a añadir una función mostrarDatos() que devuelve los valores de la persona como un texto (lo que hicimos en el capitulo anterior en la función main() ). Y esta vez vamos a hacer algo un poco distinto: Al calcular la edad vamos a coger la fecha actual en el ordenador. Para ello, usaremos una función que incorpora Java que nos permite recibir la fecha, y esa fecha convertirla en un numero.

Vamos a ello. Para empezar, mostramos la clase Persona:

//Mostrar clase Persona acabada

De este código solo hay dos cosas que quizás no entiendas:

1_ Las funciones abstractas tienen que llevar el texto abstract al inicio. Y al haber una función abstracta la clase es abstracta: No se pueden crear objetos de esta clase directamente, si no objetos hijos.

2_ Al coger el año del orenador usamos la clase „Calendar“ de Java. Para ello se pone en la parte de arriba del todo „import Java.util.Calendar“. Luego se usa de la forma que se muestra: Se coge una instancia de la clase (Eso es porque es un Singelton. No te preocupes, es un patrón de diseño que veremos en el siguiente capítulo). Cuando tenemos la instancia, llamamos a la función get, que nos devolverá un valor. Le decimos que el valor que queremos es el año.

El código del calendario se puede mostrar así para hacerlo más fácil de leer:

Calendar cal = Calendar.getInstance();

int anyo = cal.get(Calendar.YEAR);

Ahora veamos las clases hijas:

// Codigo clase Panadero

//Codigo clase Cartero

Como estas clases heredan de Persona, se pone al principio que „extienden“ esta clase. Para específicar la función trabajar hay que poner antes el „@Override“ para indicar al programa que es la misma función que hay en Persona, pero que la estas modificando. Esto se hace también si quieres modificar en la clase actual alguna función de la clase padre.

Cuando en estas clases se usa „super“ se llama a la clase padre. En este caso se usa en los constructores para pasarle los datos iniciales, y para llamar a la función coger datos. Una persona te da los datos, que luego los usa el carpintero o el panadero para decirte su profesión.

Finalmente vamos a escribir la clase principal. Creamos una función que le dice a la persona que trabaje (para que nos diga que oficio tiene y sus datos), y luego en la función main creamos un panadero y un cartero. Como queremos cambiar de uno a otro sin problemas para usar los beneficios del polimorfismo, usamos la clase Persona para crearlos.

En total, tiene que quedar así:

En println estamos usando un texto raro. El „\n“… ¿Que significa? Que añadimos manualmente un salto de linea mas. Con esto hacemos el resultado más fácil de leer. Así. El texto del final con este ejemplo debe ser:
run:

Creamos la primera persona y la mostramos

Nombre: Pepe. Telefono: 1. Año de nacimiento: 1986. Edad: 29

Soy carpintero y corto madera

Creamos la segunda persona

Nombre: Jorge. Telefono: 2. Año de nacimiento: 1991. Edad: 24

Soy panadero y hago pan

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Fatal error: Uncaught Error: Call to a member function id() on array in /homepages/4/d506406580/htdocs/web_principal/wp-content/plugins/crayon-syntax-highlighter/crayon_formatter.class.php:36 Stack trace: #0 /homepages/4/d506406580/htdocs/web_principal/wp-content/plugins/crayon-syntax-highlighter/crayon_formatter.class.php(538): CrayonFormatter::format_code('', Array, Object(CrayonHighlighter)) #1 [internal function]: CrayonFormatter::delim_to_internal(Array) #2 /homepages/4/d506406580/htdocs/web_principal/wp-content/plugins/crayon-syntax-highlighter/crayon_formatter.class.php(516): preg_replace_callback('#()#msi', 'CrayonFormatter...', 'String name = "...') #3 /homepages/4/d506406580/htdocs/web_principal/wp-content/plugins/crayon-syntax-highlighter/crayon_highlighter.class.php(166): CrayonFormatter::format_mixed_code('String name = "...', Object(CrayonLang), Object(CrayonHighlighter)) #4 /homepages/4/d506406580/htdocs/web_principal/wp-content/plugins/crayon-syntax-highlighter/crayon_highlighter.class.php(186): CrayonHigh in /homepages/4/d506406580/htdocs/web_principal/wp-content/plugins/crayon-syntax-highlighter/crayon_formatter.class.php on line 36