Lezioni del Modulo di Teoria di Algoritmi e Strutture Dati

A.A. 2014/15

 

30/9/14: Introduzione. Problemi, algoritmi e programmi. Un problema esemplificativo: la sequenza di Fibonacci. Primi 2 algoritmi per determinare l’n-esimo numero della sequenza di Fibonacci. Complessità degli algoritmi come numero di linee di codice.

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2/10/14: Algoritmi lineari in n per determinare l'n-esimo numero della sequenza di Fibonacci. Primi accenni alla complessità asintotica: notazione Θ. Algoritmo basato sulle potenze ricorsive. Dimostrazione dell’identità di base col metodo induttivo. Algoritmo sulle potenze ricorsive: versione iterativa e ricorsiva. Analisi della complessità. Confronto tra i 6 algoritmi proposti.

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8/10/14: Definizione formale di complessità asintotica: notazioni O,Ω,Θ,o,ω. Esempi.

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14/10/14: Analisi di un algoritmo: caso peggiore, migliore e medio. Esempio: ricerca di un elemento in una lista non ordinata. Il problema della ricerca: ricerca sequenziale e ricerca binaria. Analisi della complessità temporale nel caso migliore, peggiore e medio. Soluzione di equazioni di ricorrenza: metodo della ricorsione.

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16/10/14: Il teorema principale: dimostrazione ed esempi. Complessità di un algoritmo e complessità di un problema.

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21/10/14: Il problema dell’ordinamento. SELECTION SORT e  INSERTION SORT: analisi della complessità temporale nel caso migliore, peggiore e medio. Analisi della complessità spaziale. Approfondimento: variante dell’ INSERTION SORT con utilizzo della ricerca binaria.

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23/10/14: Lower bound per il problema dell’ordinamento basato sull’albero di decisione. Algoritmo ottimale per la fusione ordinata di 2 sequenze ordinate. Algoritmo MERGE SORT. Analisi della complessità temporale.

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30/10/14: Code di priorità: l’heap binario. Algoritmo HEAP SORT. Procedure di creazione e di mantenimento dell’heap. Analisi della complessità temporale di HEAP SORT. Esempi.

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4/11/14: Algoritmo QUICKSORT. Partizionamento in loco. Analisi del caso peggiore. Analisi del caso medio. Algoritmi di ordinamento lineari: INTEGER SORT, BUCKET SORT, RADIX SORT.

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6/11/14: Code di priorità. Implementazioni elementari con liste e array ordinati e non ordinati. l’heap d-ario. Analisi delle operazioni di ricerca del minimo, inserimento, cancellazione, cancellazione del minimo, incremento di una chiave, decremento di una chiave, fusione.

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11/11/14: Esercitazione: correzione esercizi di approfondimento.

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13/11/14: Heap binomiale: struttura e proprietà. Analisi delle operazioni di ricerca del minimo, inserimento, cancellazione, cancellazione del minimo, incremento di una chiave, decremento di una chiave, fusione. Esempi. Cenni sugli heap di Fibonacci.

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18/11/14: Il problema del dizionario. Risoluzione tramite array non ordinato, array ordinato, lista non ordinata, lista ordinata. Delimitazione inferiore al problema della ricerca in un insieme ordinata e non ordinato.

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20/11/14: Alberi binari di ricerca: minimo, massimo, predecessore, successore, ricerca, inserimento e cancellazione. Alberi binari di ricerca bilanciati. Alberi AVL (definizione).

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25/11/14: Alberi AVL: rotazione di base. Rotazione sinistro-sinistro e sinistro-destro. Inserimento e cancellazione di un elemento in un albero AVL. Cancellazioni a cascata in un albero AVL

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02/12/14: Prova intermedia, h. 15:30 Aula A1.6.

 

4/12/14: Tabelle ad indirizzamento diretto. Fattore di carico. Tabelle hash. Hashing perfetto. Hashing non perfetto. Uniformità semplice di una funzione hash. Gestione delle collisioni: liste di trabocco ed indirizzamento aperto. Metodi di scansione: scansione lineare ed hashing doppio.

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5/12/14: Tecniche algoritmiche. Richiami sul metodo divide et impera. Programmazione dinamica: distanza tra 2 stringhe. Metodo goloso: il problema del sequenziamento e il problema della minimizzazione del resto.

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9/12/14: Grafi: definizioni fondamentali. Rappresentazioni in memoria di grafi: lista di archi, lista di adiacenza, matrice di adiacenza. Prestazioni temporali sulle operazioni fondamentali dipendentemente dalla rappresentazione in memoria utilizzata.

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11/12/14: Visita di un grafo. Paradigma di visita generica. Visita in ampiezza di un grafo diretto/non diretto. Proprietà dell’albero BFS. Visita in profondità di un grafo diretto/non diretto. Proprietà dell’albero DFS.

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16/12/14: Il problema del cammino minimo tra due nodi in un grafo pesato. Definizioni e proprietà fondamentali dei cammini minimi. Tecnica del rilassamento. Albero dei cammini minimi. Algoritmo basato sull’ordinamento topologico per il problema dei cammini minimi a sorgente singola in grafi pesati diretti aciclici. Esempi.

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18/12/14: Algoritmo di Bellman e Ford per il problema dei cammini minimi a sorgente singola in grafi pesati diretti senza cicli negativi. Esempi.

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8/1/15: Algoritmo di Dijkstra per il problema dell'albero dei cammini minimi a sorgente singola in grafi pesati (diretti e non diretti) con pesi non negativi. Esempi.

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13/1/15: Algoritmo di Floyd e Warshall per il problema del cammino minimo tra tutte le coppie di nodi in grafi pesati diretti senza cicli negativi. Esempi.

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15/1/15: Il problema della gestione di insiemi disgiunti (Union-find). Definizione delle operazioni di creazione di un insieme, unione di 2 insiemi e ricerca del nome di un insieme associato ad un elemento. Approcci elementari al problema della gestione di insiemi disgiunti: alberi Quick-Find ed alberi Quick-union. Casi migliori e casi peggiori. Euristiche di bilanciamento per dimensione ed altezza degli alberi, e relativa analisi.

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20/1/15: Il problema del minimo albero ricoprente. Definizioni preliminari: tagli e cicli. Regola del taglio e regola del ciclo. Strategia golosa per la determinazione del minimo albero ricoprente. Algoritmo di Kruskal. Esempio di esecuzione dell'algoritmo di Kruskal. Analisi della complessità: casistica in base al metodo utilizzato per risolvere il problema Union-Find soggiacente.

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22/1/15: Algoritmo di Prim e analisi della complessità. Algoritmo di Borůvka e analisi della complessità.

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27/1/15: Esercitazione: riepilogo e risposte a quesiti.