Иллюстрированный самоучитель по Tirbo Pascal

Множества


Множества - это наборы однотипных логически связанных друг с другом объектов. Характер связей между объектами лишь подразумевается программистом и никак не контролируется Турбо Паскалем. Количество элементов, входящих в множество, может меняться в пределах от 0 до 256 (множество, не содержащее элементов, называется пустым). Именно непостоянством количества своих элементов множества отличаются от массивов и записей.

Два множества считаются эквивалентными тогда и только тогда, когда все их элементы одинаковы, причем порядок следования элементов в множестве безразличен. Если все элементы одного множества входят также и в другое, говорят о включении первого множества во второе. Пустое множество включается в любое другое.

Пример определения и задания множеств:

type

digitChar= set of '0'..'9';

digit = set of 0. .9; 

var

sl,s2,s3 :digitChar;

s4,s5,s6 :digit;

begin

.....

s1:=['1','2','3'];

s2:=['3','2','1'];



s3:=['2','3'];

s4:=[0..3,6];

s5:=[4,5];

s6:=[3..9];

.....

end.

В этом примере множества S1 и S2 эквивалентны, а множество S3 включено в S2 , но не эквивалентно ему.

Описание типа множества имеет вид:

<имя типа> = SET OF <баз.тип>

Здесь <имя типа> - правильный идентификатор;

SET, OF - зарезервированные слова (множество, из);

<баз.тип> - базовый тип элементов множества, в качестве которого может

использоваться любой порядковый тип, кроме WORD, INTEGER, LONGINT.

Для задания множества используется так называемый конструктор множества: список спецификаций элементов множества, отделяемых друг от друга запятыми; список обрамляется квадратными скобками (см. предыдущий пример). Спецификациями элементов могут быть константы или выражения базового типа, а также - тип-диапазон того же базового типа.

Над множествами определены следующие операции:

*  пересечение множеств; результат содержит элементы, общие для обоих множеств; например, S4*S6         содержит [3], S4*S5 - пустое множество (см. выше);


+ объединение множеств; результат содержит элементы первого множества, дополненные недостающими  элементами из второго множества:

  S4+S5 содержит [0,1,2,3,4,5,6]; 

  S5+S6 содержит [3,4,5,6,7,8,9];

- разность множеств; результат содержит элементы из первого множества, которые не принадлежат второму:

  S6-S5 содержит [3,6,7,8,9]; 

  S4-S5 содержит [0,1,2,3,6];

= проверка эквивалентности; возвращает TRUE, если оба множества эквивалентны;

<> проверка неэквивалентности; возвращает TRUE, если оба множества неэквивалентны;

<= проверка вхождения; возвращает TRUE, если первое множество включено во второе;

>= проверка вхождения; возвращает TRUE, если второе множество включено в первое;

IN проверка принадлежности; в этой бинарной операции первый элемент - выражение, а второй -   множество одного и того же типа; возвращает TRUE , если выражение имеет значение, принадлежащее множеству:

  3 in s6 возвращает TRUE; 

  2*2 in s1 возвращает FALSE.

Дополнительно к этим операциям можно использовать две процедуры. INCLUDE - включает новый элемент во множество. Обращение к процедуре:

INCLUDE (S,I)

Здесь S - множество, состоящее из элементов базового типа TSetBase;

          I - элемент типа TSetBase, который необходимо включить во множество.

EXCLUDE - исключает элемент из множества. Обращение:

EXCLUDE(S,I)

Параметры обращения - такие же, как у процедуры INCLUDE.

В отличие от операций + и -, реализующих аналогичные действия над двумя множествами, процедуры оптимизированы для работы с одиночными элементами множеcтва и поэтому отличаются высокой скоростью выполнения.

В примере 4.1, иллюстрирующем приемы работы с множествами, реализуется алгоритм выделения из первой сотни натуральных чисел всех простых чисел. В его основе лежит прием, известный под названием «решето Эратосфена». В соответствии с этим алгоритмом вначале формируется множество BEGINSET, состоящее из всех целых чисел в диапазоне от 2 до N. В множество PRIMERSET (оно будет содержать искомые простые числа) помещается 1. Затем циклически повторяются следующие действия:



  • взять из BEGINSET первое входящее в него число NEXT и поместить его в PRIMERSET;


  • удалить из BEGINSET число NEXT и все другие числа, кратные ему, т.е.2*NEXT, 3*NEXT и т.д. 


    • Цикл повторяется до тех пор, пока множество BEGINSET не станет пустым.

    Эту программу нельзя использовать для произвольного N, так как в любом множестве не может быть больше 256 элементов.

    Пример 4.1

    Program Primer_numbers_detect;

    {Выделение всех простых чисел из первых N целых}

    const

    N = 255; {Количество элементов исходного множества}

    type

    SetOfNumber = set of 1..N;

    var

    n1,next,i : Word; {Вспомогательные переменные} 

    BeginSet, {Исходное множество} 

    PrimerSet : SetOfNumber; {Множество простых чисел} .

    begin

    BeginSet := [2. .N] ; {Создаем исходное множество}

    PrimerSet:= [1]; {Первое простое число} 

    next:= 2; {Следующее простое число}

    while BeginSet <> [] do {Начало основного цикла} 

    begin

    n1 := next;{n1-число,кратное очередному простому (next)} 

    {Цикл удаления из исходного множества непростых чисел:} 

    while n1 <= N do 

    begin

    Exclude(BeginSet,nl);

    n1 := n1+next {Следующее кратное} 

    end; {Конец цикла удаления} 

    Include(PrimerSet,next);

    {Получаем следующее простое, которое есть первое невычеркнутое из исходного множества} 

    repeat

    inc(next)

    until (next in BeginSet) or (next > N) 

    end; {Конец основного цикла} 

    {Выводим результат:} 

    for i := 1 to N do

    if i in PrimerSet then Write(i:8); 

    WriteLn 

    END.

    Перед тем как закончить рассмотрение множеств полезно провести небольшой эксперимент. Измените описание типа SETOFNUMBER следующим образом:

    type

    SetOf Number = set of 1. . 1 ;

    и еще раз запустите программу из предыдущего примера. На экран будет выведено

    1   3   5   7

    Множества BeginSet и PrimerSet состоят теперь из одного элемента, а программа сумела поместить в них не менее семи! Секрет этого прост: внутреннее устройство множества таково, что каждому его элементу ставится в соответствие один двоичный разряд (один бит); если элемент включен во множество, соответствующий разряд имеет значение 1, в противном случае - 0. Минимальной единицей памяти является один байт, содержащий 8 бит. Компилятор выделил множествам по одному байту, в результате мощность каждого из них стала равна 8 элементов. Максимальная мощность множества - 256 элементов. Для таких множеств компилятор выделяет по 16 смежных байт.

    И еще один эксперимент: измените диапазон базового типа на 1.256. Хотя мощность этого типа составляет 256 элементов, при попытке компиляции программы компилятор сообщит:

    Error 23: Set base type out of range.

    (Ошибка 23: Базовый тип множества выходит за допустимые

    границы.)

    Компилятор разрешает использовать в качестве базового типа целочисленный тип-диапазон с минимальной границей 0 и максимальной 255 или любой перечисляемый тип не более чем с 256 элементами (максимальная мощность перечисляемого типа -5536 элементов).


    Содержание раздела