Revista de Cola (Estructura de Datos), Astrid Ceballos

INFODATA

EDICIÓN N° 01 / EDITORIAL INNOVA

22 DE ENERO DE 2022

TODO ACERCA DE LAS COLAS COMO ESTRUCTURA DE DATOS

DESCUBRE LAS COLAS

LINEALES Y CIRCULARES PASATIEMPOS, ANUNCIOS Y MUCHO MÁS...

¿CUÁLES SON LAS OPERACIONES CON LAS COLAS? ECHA UN VISTAZO

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AUTORA: ASTRID CEBALLOS

INFODATA Año de Edición: 2022

Jefa de redacción - Astrid Ceballos Editora asociada - Universidad Fermín Toro Directora de Arte - Astrid Ceballos Director de alimentos - SAIA / A Editora gerente - Astrid Ceballos Editora de estilo - Astrid Ceballos Asistente editorial - Estructura de Datos I

INFODATA es publicado por la Editorial INNOVA. Todos los derechos reservados. Copyright venezolano 2022 por Editorial INNOVA. Ninguna parte de esta revista puede ser reproducida de ninguna manera sin el permiso del editor.

CONTENIDO

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COLAS: FIRST IN - FIRST OUT REPRESENTACIÓN DE LAS COLAS COLAS LINEALES OPERACIONES BÁSICAS CON COLAS LINEALES ALGORITMO: INSERTA_COLA ALGORITMO: ELIMINA_COLA COLAS EN JAVA ALGORITMO: COLA_VACIA ALGORITMO: COLA_LLENA COLAS CIRCULARES OPERACIONES BÁSICAS CON COLAS CIRCULARES ALGORITMO: INSERTA_CIRCULAR ALGORITMO: ELIMINA_CIRCULAR ALGORITMO: CREAR_CIRCULAR (EN PSEUDOCÓDIGO)

APLICACIÓN DE LAS COLAS (ESTRUCTURA DE DATOS) PASATIEMPOS

Astrid C. Ceballos P.

EDITORA PRINCIPAL C.I. N°-V: 27349977.

Estructura de Datos I 5to Semestre de Ing. en Computación.

SAIA-A / UFT

COLAS:

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FIRST IN - FIRST OUT (FIFO) Una cola constituye una estructura lineal de datos en la que los nuevos elementos se Introducen por un extremo y los ya existentes se eliminan por el otro. Es importante señalar que los componentes de la cola se eliminan en el mismo orden en el cual se insertaron. Es decir, el primer elemento que se introduce en la estructura será el que se eliminará en primer orden. Debido a esta característica, las colas también reciben el nombre de estructuras FIFO (First-In, First-Out: el primero en entrar es el primero en salir).

Las colas se usan en sistemas informáticos, transportes y operaciones de investigación (entre otros), donde los objetos, personas o eventos son tomados como datos que se almacenan y se guardan mediante colas para su posterior procesamiento.

Este tipo de estructura de datos abstracta se implementa en lenguajes orientados a objetos mediante clases, en forma de listas enlazadas.

La particularidad de una estructura de datos de cola es el hecho de que solo podemos acceder al primer y al último elemento de la estructura. Así mismo, los elementos solo se pueden eliminar por el principio y solo se pueden añadir por el final de la cola. Ejemplos de colas en la vida real serían: personas comprando en un supermercado, esperando para entrar a ver un partido de béisbol, esperando en el cine para ver una película, una pequeña peluquería, etc. La idea esencial es que son todos líneas de espera.

En caso de estar vacía, borrar un elemento sería imposible hasta que no se añade un nuevo elemento. A la hora de añadir un elemento podríamos darle una mayor importancia a unos elementos que a otros (un cargo VIP) y para ello se crea un tipo de cola especial que es la cola de prioridad.

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Representación de las Colas Existen numerosos casos de la vida real en los cuales se usa este concepto. Por ejemplo, la cola de los bancos en las que los clientes esperan para ser atendidos - la primera persona de la cola será la primera en recibir el servicio-, la cola de los niño que esperan a veces pacientemente para subir a un juego mecánico, las colas de los vehículos esperando la luz verde del semáforo, las colas para entrar a un cine, teatro, a un estadio de fútbol, etcétera.

Las colas, al igual que las pilas, no existen como estructuras de datos estándar en los lenguajes de programación.

Este tipo de estructura de datos se pueden representar mediante el uso de: Arreglos Lista En este apartado se utilizarán arreglos para mostrar su funcionamiento. Sin embargo, la implementación mediante listas es incluso más sencilla. Cuando se implementan con arreglos unidimensionales, es importante definir el tamaño máximo para la cola y dos variables auxiliares. Una de ellas para que almacene la posición del primer elemento de la cola -FRENTE- y otra para que guarde la posición del último elemento de la cola -FINAL-.

En la siguiente figura se muestra la representación de una cola en la cual se han insertado tres elementos: 111, 222, 333, en ese orden. El elemento 111 está en el FRENTE ya que fue el primero que se insertó; mientras que el elemento 333, que fue el último en entrar, está en el FINAL de la cola.

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COLAS LINEALES

La Cola (queue o cola lineal) es una estructura de datos lineal, en la cual el elemento obtenido a través de la operación ELIMINAR está predefinido y es el que se encuentra al inicio de la misma.

Una cola lineal implementa el método First In-First Out (FIFO) esto significa que el primer elemento que se agregó es el primero que se elimina.

La cola lineal es una estructura de datos de tamaño fijo y cuyas operaciones se realizan por ambos extremos; permite INSERTAR elementos al final de la estructura y permite ELIMINAR elementos por el inicio de la misma. La operación de INSERTAR también se le llama ENCOLAR y la operación ELIMINAR, también se le llama DESENCOLAR. En una cola lineal, cuando se eliminan elementos se recorre el apuntador HEAD al siguiente elemento de la estructura, dejando espacios de memoria vacíos al inicio de la misma. Existen dos mejoras de la cola lineal que utilizan de manera más eficiente la memoria: la cola circular y la cola doble.

Las condiciones a considerar en el tratamiento de colas lineales serían: Overflow (cola llena), cuando se realice una inserción.

Underflow (cola vacía), cuando se requiera de una extracción en la cola.

Vacío.

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Operaciones Básicas con Colas Lineales La definición de la estructura de datos tipo cola queda completa al incluir las operaciones que se pueden realizar en ella. Las operaciones básicas que pueden efectuarse son: Crear una cola Insertar un elemento en la cola Eliminar un elemento de la cola Las inserciones se llevarán a cabo por el FINAL de la cola, mientras que las eliminaciones se harán por el FRENTE -recuerde que el primero en entrar es el primero en salir-. Considerando que una cola puede almacenar un máximo número de elementos y que además FRENTE indica la posición del primer elemento y FINAL la posición del último, se presentan a continuación los algoritmos correspondientes a las operaciones mencionadas.

ALGORITMO: INSERTA_COLA

Inserta_cola (COLA, MA ,FREl TE, FI AL, DATO) Este algoritmo inserta el elemento DATO al final de una estructura tipo cola. FRENTE y FINAL son los punteros que indican, respectivamente, el inicio y fin de COLA. La primera vez FRENTE y FINAL tienen el valor O, ya que la cola está vacía. MAX es el máximo número de elementos que puede almacenar la cola.

Fuente: Cairó, O. 3era Edición. Pág. 96.

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Operaciones Básicas con Colas Lineales ALGORITMO: ELIMINA_COLA

Elimina_cola (COLA, FRENTE, FINAL, DATO) Este algoritmo elimina el primer elemento de una estructura tipo cola y lo almacena en DATO. FRENTE y FINAL son los punteros que indican, respectivamente, el inicio y fin de la cola

Fuente: Cairó, O. 3era Edición. Pág. 96.

Ahora veamos los algoritmos de las operaciones básicas: Crear, Insertar, y Eliminar en el lenguaje de programación Java.

COLAS EN JAVA Al igual que las pilas, este tipo de estructura de datos se puede implementar de forma estática o dinámica, es decir, ya sea con un arreglo o con una lista enlazada. Al hablar de una cola con memoria estática, se considera que tendrá un tamaño definido y no podrá superar dicha capacidad para el almacenamiento de más información, solo la indicada.

A continuación se presenta la cola en memoria estática, la cual es implementada en base a un arreglo:

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Operaciones Básicas con Colas Lineales

COLAS EN JAVA

Operaciones básicas de cola en memoria estática (CREAR, INSERTAR, ELIMINAR)

} }

}

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Operaciones Básicas con Colas Lineales Es posible definir algoritmos auxiliares para determinar si una cola está llena o vacía. A continuación se presentan los algoritmos que permiten verificar el estado de cola:

ALGORITMO: COLA_VACÍA Cola_vacía (COLA, FRENTE, BAND) Este algoritmo determina si una estructura de datos tipo cola está vacía, asignando a BAND, el valor de verdad correspondiente.

Fuente: Cairó, O. 3era Edición. Pág. 97.

ALGORITMO: COLA_LLENA

Cola_llena (COLA, FINAL, MAX, BAND) Este algoritmo determina si una estructura de datos tipo cola está llena, asignando a BAND el valor de verdad correspondiente. MAX es el número máximo de elementos que puede almacenar COLA.

Fuente: Cairó, O. 3era Edición. Pág. 97.

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COLAS CIRCULARES Una cola circular constituye una estructura de datos lineal en la cual el siguiente elemento del último en realidad es el primero. De esta forma se utiliza de manera más eficiente la memoria de la computadora.

En la figura que se mostrará a continuación se puede ver cómo se actualizan los punteros FRENTE y FINAL en una cola circular, a medida que se insertan o eliminan los elementos.

De esta manera se logra un mejor aprovechamiento del espacio de memoria ya que al eliminar un elemento, la casilla correspondiente de la cola queda disponible para futuras inserciones.

Operaciones Básicas con Colas Circulares

ALGORITMO: INSERTA_CIRCULAR Inserta_circular (COLACIR, MAX, FRENTE, FIANL, DATO) Este algoritmo inserta el elemento DATO al final de una estructura tipo cola circular -COLACIR-. FRENTE y FINAL son los punteros que indican, respectivamente, el inicio y el fin de la cola circular. MAX es el número máximo de elementos que puede almacenar COLACIR.

Fuente: Cairó, O. 3era Edición.

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Operaciones Básicas con Colas Circulares

ALGORITMO: ELIMINA_CIRCULAR

Elimina_circular (COLACIR, MAX, FRENTE, FINAL, DATO) Este algoritmo elimina el primer elemento de una estructurra tipo cola circular -COLACIR- y lo almaena en DATO.FRENTE y FINAL son los punteros que indican, respectivamente, el inicio y fin de la estructura.

MAX es el tamaño de COLACIR.

Fuente: Cairó, O. 3era Edición. Pág. 101.

ALGORITMO: CREAR_CIRCULAR (EN PSEUDOCÓDIGO)

Fuente: Cola Circular, Wikipedia.

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APLICACIÓN DE LAS COLAS (ESTRUCTURA DE DATOS)

El concepto de cola esta ligado a computación. Las colas se utilizan de muchas maneras en los sistemas operativos para planificar el uso de los distintos recursos de la computadora. Uno de estos recursos es la propia CPU (Unidad Central de Procesamiento).

Si está trabajando en un sistema multi-usuario, cuando le dice a la computadora que ejecute un programa concreto, el sistema operativo añade su petición a su "cola de trabajo". Cuando su petición llega al frente de la cola, el programa solicitado pasa a ejecutarse. Igualmente, las colas se utilizan para asignar tiempo a los distintos usuarios de los dispositivos de entrada/salida (E/S), impresoras, discos, cintas y demás.

El sistema operativo mantiene colas para peticiones de imprimir, leer o escribir en cada uno de estos dispositivos.

De lo anterior se desprende que una aplicación común de las colas se presenta cuando se envía a imprimir algún documento o programa en la cola de impresión. Cuando hay una sola impresora para atender a varios usuarios (sistema de red), suele suceder que algunos de ellos soliciten los servicios de impresión al mismo tiempo o mientras el dispositivo esta ocupado. En estos casos se forma una cola con los trabajos que esperan para ser impresos; estos se procesaran en el orden en el cual fueron introducidos en la cola.

Otro caso de aplicaciones de colas en computacion es el que se presenta en los sistemas de tiempo compartido. Varios usuarios comparten ciertos recursos, como CPU y memoria de la computadora. Los recursos se asignan a los procesos que estan en la cola en espera, suponiendo que todos tienen una misma prioridad, en el orden en el cual fueron introducidos en la cola.

PASATIEMPOS SOPA DE LETRAS Y HUMOR

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CRUCIGRAMA Y SOPAS DE LETRAS

PASATIEMPOS

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AUTORA: ASTRID CEBALLOS

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