Understanding the Basics of Data Structures: Primitive Types, Variables, and Arrays

CS 111 Fundamental Data Structure อ. ดร. ชุรี เตชะวุฒิ Instructor: Lecture: M Th 14:30 – 15:45 CSB308 Tu F 8:00 – 9:15 CSB309 Tu F 9:30 – 10:45 CSB309

Outlines 1) Primitive data types 2) Variables 3) Arrays 4) Strings

2 values On/Off Light switch Computer type Size=2 Operation: turn on & turn off Primitive Data Types • Data type Defines a set of values and a set of operations that can be applied to those values. • The set of values for each type = the domain of the type

int char float pointer array structure Primitive Data Types • 2 categories: Standard types atomic eg. Derived types complex structures using standard types eg.

Primitive Data Types : Integer • int (Integer) • Number without fraction part • Integral number int long int short int Define a number of bytes allocated for an integer by the compiler.

Primitive Data Types : Character • char (Character) • A character is any value that can be represented in the computer’s alphabet. • ASCII alphabet.

Primitive Data Types : Floating Point • float (Floating point) • Number with a fraction part float double long double Float types are defined from smallest to largest e

Name_1 Name_2 Variables • Variables are names for memory locations. • Each memory locations (or word) in a computer has an address. 000...000 … … 111...111 Addresses Memory

score Variables • e.g. score  integer value of a score received in a test (88). 000...000 … … 88 111...110 111...111 Addresses Memory

code B char code; i 14 int i; balance 1000000000 long balance; float payRate; payRate 15.25 pi 3.1414926536 double pi; Program Memory Variables Variable’s type Variable’s identifier

Variables • The type defines: the range of the data that can be stored on the variable and the number of bytes that can be allocated for that variable.

#include <stdio.h> void main ( ) { } char code; int m,n,result; result=m+n; ... Program Variables Declaration Operation e

Arrays • Imagine: Processing 20 numbers  read – process – print Name_0 Name_1 … … … Name_ 18 Name_ 19 Memory 20 individual variables

Arrays • Processing large amount of data (e.g. 200, 2000 numbers) • Need a powerful data structure called ARRAY. • Properties of arrays: • Fixed-size • Sequenced collection of elements of the same data type • Referring to the elements in the array as the 1st element, the 2nd element and so forth (subscripts). • Naming

… … … … Arrays Number 0 Number 1 Number[0] … Number[1] Number 18 … Number 19 Numbers Number[18] Number[19] Subscript form Numbers Index form

Loops can be used to: • read/write elements • add/subtract/multiply/divide elements • more complex processing such as calculating average indexes Arrays • Processing the array by using a powerful set of programming constructs called LOOPS. • How can you write an instruction so that one time it refers to the 1st elements of an array and the next time it refers to another element?

0 0 ... 0 score[0] score[1] score[4] Arrays • How to use LOOPs for initializing elements in the array ? Example: Initialize zero value to every elements in the array named SCORE Let I  0 Repeat Set 0 to score[I] Add 1 to I Until I= 5 >> While and For loops<<

Arrays • Draw a flow chart of processing an array of 20 numbers. - READ - PROCESS - PRINT

Arrays START for i=0 to 19 READ number [i] PROCESS 20 numbers for i=0 to 19 PRINT number [i] STOP

Arrays • One-dimensional arrays: Data are organized linearly in only one direction. (Previously described) • Two-dimensional arrays: Data are stored in rows and columns (table). • Multidimensional arrays

First dimension (rows) 0 1 2 3 0 1 2 Second dimension (columns) Arrays • Properties of two-dimensional arrays: • Same as one-dimensional arrays. • But, the indexes represent rows and columns.

Arrays User’s view row 0 row 1 00 01 02 10 11 12 [0][0] [0][1] [0][2] [1][0] [1][1] [1][2] row 2 20 21 22 [2][1] [2][2] [2][0] Memory’s view

Arrays : Implementation • One dimensional array Simple problems Bubble sort Binary search Merge • Two dimensional array Operation on elements

Simple problems : Example • สมมติคะแนนสอบของนักศึกษา 10 คน มีดังนี้ 56 78 45 41 52 60 49 65 67 64 • ต้องการทราบจำนวนนักศึกษา ที่มีคะแนนเกินค่าเฉลี่ย • วิเคราะห์ • ผลลัพธ์ที่ต้องการ: จำนวนนักศึกษาที่มีคะแนนเกินค่าเฉลี่ย(COUNT) • ข้อมูลที่กำหนดให้: คะแนนสอบของนักศึกษา 10 คน (A(10)) • ข้อมูลที่ต้องทราบ: • จำนวนนักศึกษา (N) • ผลรวมคะแนน = ผลบวกคะแนนสอบของนักศึกษาทั้งหมด(SUM) • วิธีคำนวณ: • ค่าเฉลี่ย = ผลรวมคะแนน / จำนวนนักศึกษา(MEAN)

Simple problems : Algorithm Start Let SUM0 Let I  1 Let N  10 /* Read score to array */ Repeat Read A[I] Add 1 to I Until I = N /* Find summation of scores */ For I = 0 to N Read A[I] Add A[I] to SUM EndFor

Simple problems : Algorithm /* Find average scores */ Compute MEAN  SUM / N /* Find No. of students */ For I = 1 to N If A[I] > MEAN Then Add 1 to COUNT EndIf EndFor /* Display result */ Display “No. of student is”, COUNT End

Simple problems : Exercise • จงใช้ตัวแปรชุด (arrays)เพื่อเขียนอัลกอริทึม ผังงานและรหัสลำลองของปัญหาต่อไปนี้ ปัญหา 1: หาค่าที่มากที่สุดและค่าที่น้อยที่สุดของเลข 3 จำนวน ปัญหา 2: หาค่าที่มากที่สุดและค่าที่น้อยที่สุดของเลข N จำนวน ปัญหา 3: หาค่าที่มากที่สุดและค่าที่น้อยที่สุดของเลขจำนวนเต็มชุดหนึ่งไม่ทราบจำนวน โดยเลขชุดนี้เป็นเลขที่มีจำนวนหลักไม่เกิน 3 หลัก แบบฝึกหัดจากเอกสารประกอบการสอน CS111อ.ดร.วัชรี จำปามูล

Simple problems : Exercise • ปัญหา 1: หาค่าที่น้อยที่สุดของเลข 3 จำนวน Start Let MIN0 Let I  1 Let N 3 /* Read number to array */ Repeat Read NUM[I] Add 1 to I Until I = N

Simple problems : Exercise /* Compare numbers in array */ Let MIN  NUM[0] Repeat Read NUM[I] If NUM[I] <= MIN Then Let MIN  NUM[I] EndIf Add 1 to I Until I = N /* Display result */ Display “Minimum number is”, MIN End

Simple problems : Exercise • ปัญหา 1: หาค่าที่มากที่สุดของเลข 3 จำนวน Start Let MAX0 Let I  1 Let N 3 /* Read number to array */ Repeat Read NUM[I] Add 1 to I Until I = N

Simple problems : Exercise /* Compare numbers in array */ Let MAX NUM[0] Repeat Read NUM[I] If NUM[I] >=MAXThen Let MAX NUM[I] EndIf Add 1 to I Until I = N /* Display result */ Display “Maximum number is”, MAX End

Bubble Sort : Example • สมมติเรามีลิสต์ (8, 1, -5, 2, 9) ต้องการเรียงข้อมูลในลิสต์ให้มีลำดับจากน้อยไปมาก นั่นคือเมื่อเรียงสำเร็จจะได้ลิสต์เป็น(-5, 1, 2, 8, 9) • การเปลี่ยนแปลงของข้อมูลในลิสต์เป็นดังนี้ 1 -5 2 8 9 -51 2 8 9 -5 1 2 8 9 -5 1 2 8 9 -5 1 2 8 9 -5 1 2 8 9 -5 1 2 8 9 -5 1 2 8 9 8 1 -5 2 9 18 -5 2 9 1-58 2 9 1 -5 28 9 ตัวอย่างจากเอกสารประกอบการสอน CS111อ.ดร.วัชรี จำปามูล

Bubble Sort : Example x[0] x[1] ……… x[2] x[3] x[4] x

Bubble Sort : Algorithm Module Bubble_Sort (x[ ], N) { X เป็นลิสต์หรือชุดของข้อมูลที่ต้องการเรียงจากน้อยไปมาก โดยมีจำนวนข้อมูลทั้งสิ้น N จำนวน } Exchanged  True /* ตัวบันทึกว่าได้ทำการสลับค่า */ I  1 /* I เป็นตัวเก็บตำแหน่งของมูลที่กำลังสนใจ */ While (I < N and Exchanged) Exchanged  False J  1 While (J < N) If (X[J] > X[J+1]) then Temp  X[J] X[J]  X[J+1] X[J+1]  Temp Exchanged  True Endif J  J + 1 EndWhile I  I + 1 EndWhile EndModule จากเอกสารประกอบการสอน CS111อ.ดร.วัชรี จำปามูล

Bubble Sort : Algorithm(using array) Module Bubble_Sort (x[ ], N) { X เป็นลิสต์หรือชุดของข้อมูลที่ต้องการเรียงจากน้อยไปมาก โดยมีจำนวนข้อมูลทั้งสิ้น N จำนวน } Exchanged  True /* ตัวบันทึกว่าได้ทำการสลับค่า */ I  1 /* I เป็นตัวเก็บตำแหน่งของมูลที่กำลังสนใจ */ While (I < N and Exchanged) Exchanged  False J  0 While (J < N) If (X[J] > X[J+1]) then Temp  X[J] X[J]  X[J+1] X[J+1]  Temp Exchanged  True Endif J  J + 1 EndWhile I  I + 1 EndWhile EndModule จากเอกสารประกอบการสอน CS111อ.ดร.วัชรี จำปามูล

Operations on Elements : Example • สมมติเรามีเมตริกซ์ ขนาด 2x3 ต้องการคูณข้อมูลในเมตริกซ์ให้มีค่าเพิ่มขึ้นสองเท่า • นั่นคือเมื่อคูณเสร็จจะได้เมตริกซ์ เป็น

Operations on Elements : Algorithm Module Multiply_Elements (x[ ][ ], M, N) { X เป็น array ที่ต้องการคูณ 2 โดยมีจำนวนข้อมูลทั้งสิ้น M*N จำนวน } I  0 While (I < M) J  0 While (J < N) Temp  X[I][J] * 2 X[I][J]  Temp J  J + 1 EndWhile I  I + 1 EndWhile EndModule

Operations on Elements : Example • สมมติเราต้องการบวกข้อมูลในสองเมตริกซ์ขนาด 3x3 • นั่นคือเมื่อบวกเสร็จจะได้เมตริกซ์ เป็น

Operations on Elements : Algorithm Module Add_Two_Matrixes (x[][], y[][], M, N) { X และ Y เป็น array ที่ต้องการบวกมีขนาด M*N Z เป็น array ที่ใช้เก็บผลบวกมีขนาด M*N} I  0 While (I < M) J  0 While (J < N) Temp  X[I][J] + Y[I][J] Z[I][J]  Temp J  J + 1 EndWhile I  I + 1 EndWhile EndModule e

Operations on Elements : Exercise จงเขียนรหัสลำลองเพื่อเปรียบเทียบค่าของสองเมตริกซ์ต่อไปนี้ M1= M2= ผลที่ได้จะแสดงเมตริกซ์ที่ค่าของสมาชิกแสดงผลของการเปรียบเทียบ ถ้า สมาชิกใน M1 มีค่ามากกว่า สมาชิกใน M2 ให้แทนค่าด้วย 1 ถ้า สมาชิกใน M1มีค่าเท่ากับ สมาชิกใน M2 ให้แทนค่าด้วย 0 ถ้า สมาชิกใน M1มีค่าน้อยกว่า สมาชิกใน M2ให้แทนค่าด้วย -1 ผลลัพธ์ที่ได้คือ

Strings • Strings A sequence of characters. • Implementations Arrays (1 dimension) e.g. computer

Strings : Example • สมมติเราต้องการเปรียบเทียบ String สองชุดที่มีความยาวเท่ากัน ที่ได้จากการ input ผ่านแป้นพิมพ์ ตัวอย่างเช่น • ให้เปรียบเทียบโดยแสดงผลว่า String ทั้งสองชุดนั้นคือ String ตัวเดียวกันหรือไม่

Strings : Example Start /* this is a calling pseudo code */ Call input_data(A[ ], N) Call input_data(B[ ], N) Call Compare_data(A[ ], B[ ], N) Call Display_result(Identical) End

Strings : Algorithm Module Input_data (X[], Size) { X เป็น array ที่เก็บ string ที่ได้จากการ input มีจำนวนเท่ากับSize} I  0 While (I < Size) Read X[I] I  I + 1 EndWhile EndModule

Strings : Algorithm Module Compare_data (X[], Y[], Size) {X และ Y เป็น arrays ที่เก็บ string ที่ได้จากการ input มีจำนวนเท่ากับSize} Identical  true /* เป็นตัวบันทึกว่า เปรียบเทียบแล้วเหมือนกัน */ I  0 /* เป็นตัวเก็บตำแหน่งอักขระที่ต้องการเปรียบเทียบ */ While (I < Size and Identical) If (X[I] = Y[I]) then Identical  true else Identical  false Endif I  I + 1 EndWhile Call Display_result(Identical) EndModule

Strings : Algorithm Module Display_result(Same_String) { Same_String เป็นตัวแปรบอกผลการเปรียบเทียบ } If (Same_String = true) then Display “Both strings are identical.” Else Display “Both strings are NOT identical.” Endif EndModule

Strings : Exercise จงเขียนรหัสลำลองเพื่อเปลี่ยนลำดับ (reverse)ของstring ใดๆ ที่รับเข้ามาจากการป้อนข้อมูลเข้า แล้วแสดงผลลัพธ์เป็น stringที่ทำการ reverseแล้ว เช่น STUDENT ผลลัพธ์ที่ได้คือ TNEDUTS หมายเหตุ: ให้ใช้วิธี calling pseudo code end

Understanding the Basics of Data Structures: Primitive Types, Variables, and Arrays