В Лiспi є поняття списку, але немає поняття масиву. Масиви можна емулювати за допомогою спискiв. Для цього необхiдно написати функцiї конструювання масивiв, доступу до елемента масива, та змiни значення елемента масива. Розглянемо цю технiку на прикладi.
Задача. В масивах a:array [0..k] of integer та b:array [0..l] of integer зберiгаються коефiцiєнти двох многочленiв степеней k та l. Заповнити масив c:array[0..m] of integer коефiцiєнтами їх добутку. Числа k,l,m - натуральнi, m = k+l. Елемент масива з iндексом i мiстить коефiцiєнт при x в степенi i.
Розв'язок. Розв'язок цiєї задачi на Паскалi має наступний вигляд:
Масиви коефiцiєнтiв многочлена представлятимемо списком вiдповiдної довжини. Нехай lst1 та lst2 - списки коефiцiєнтiв заданих в умовi многочленiв. Нехай функцiя (MULTPOL lst1 lst2) повертає список коефiцiєнтiв добутку вихiдних многочленiв. Наприклад, вихiднi многочлени (x3+2x2+1) та (x2-4x-1) зададуться списками lst1 = (1 2 0 1), lst2 = (1 -4 -1). Результатом їх множення буде многочлен x^5 - 2*x^4 - 9*x^3 - x^2 - 4*x -1, який представиться списком lst3 = (1 -2 -9 -1 -4 -1). Спочатку нам необхiдно знайти значення k та l (якщо ми не передаємо їх як аргументи). Для цього необхiдно просто знайти довжину спискiв lst1 та lst2. Це зробить функцiя (LENGTH lst):
(DEFUN LENGTH (lst) (DEFUN GEN0 (n)((NULL lst) 0) ((ZEROP n) NIL)(+ 1 (LENGTH (CDR lst))) ) (CONS 0 (GEN0 (- n 1))) )Знаючи довжини спискiв lst1 та lst2 (k та l вiдповiдно), ми знаємо довжину результуючого списку lst3 (m=k+l). Необхiдно згенерувати список lst3, який складається з m елементiв, кожний з яких дорiвнює 0. Це зробить функцiя (GEN0 n).
Функцiя (mas lst n) повертає n-ий елемент списку lst. Функцiя (CHANGE lst n value) повертає список lst, в якому n-ий елемент набув значення value.
Тодi функцiя MULTPOL, яка написана на Паскалi, на Лiспi набуває наступного вигляду:
(DEFUN MULTPOL (lst1 lst2)(SETQ k (LENGTH lst1) l (LENGTH lst2) lst3 (GEN0 (+ k l)))(SETQ i 0)(POP lst3)(LOOP ((= i k) lst3) (SETQ j 0) (LOOP ((= j l)) (SETQ lst3 (CHANGE lst3 (+ i j) (+ (MAS lst3 (+ i j)) (* (MAS lst1 i) (MAS lst2 j)))) ) (INCQ j) )(INCQ i) ) )Середовище muLisp має також вмонтовану функцiю MAKE-LIST, яку можна використовувати для створення спискiв заданого розмiру. Функцiя (MAKE-LIST n об'єкт список) утворює список з n елементiв, кожний з яких приймає значення об'єкту, приєднанi до списку. Якщо не задано перший аргумент, то по замовченню n = 0. Якщо другий аргумент не задано, то вважається об'єкт = NIL.
$ (MAKE-LIST 3 '(q w)) $ (MAKE-LIST 4) $ (MAKE-LIST 3 5 '(2 3)) ((q w)(q w)(q w)) (NIL NIL NIL NIL) (5 5 5 2 3)Наведену функцiю можна визначити наступним чином (iм'я змiнено на MAKE-LST):
(DEFUN MAKE-LST (N OBJ LST)((AND (INTEGERP N) (PLUSP N)) (CONS OBJ (MAKE-LIST (SUB1 N) OBJ LST)) )LST )Функця (OBLIST) що не має аргументiв, утворює та повертає список активних на поточний момент символiв у системi. Символи розташованi в тому порядку, в якому вони прочитанi або згенерованi строковими функцiями: новi символi розташованi злiва вiд старих.
Задача 1. Дано неспадний список чисел x. Знайти кiлькiсть рiзних чисел серед елементiв цього масива. Hаписати функцiю (FIND_DIFF x)
Вказiвка: Шукане число на 1 бiльше за кiлькiсть тих чисел i из 1..n-1, для яких x[i] <> x[i+1].
Задача 2. Дано масив цiлих чисел x. Знайти кiлькiсть рiзних чисел серед елементiв цього масиву. Вiдомо, що всi елементи масиву - числа вiд 1 до n. Часова оцiнка O(n). Hаписати функцiю (FIND_NUM_N n x).
Вказiвка: утвоpити допомiжний масив lst чисел вiд 1 до n та пpи читаннi елементу i збiльшити на одиницю елемент масиву x[i].
Задача 3. Фiшка може pухатися по полю довжини Т лише вперед. Довжина хода фiшки не бiльша за К. Знайти кiлькiсть рiзних шляхiв, по яким фiшка може пройти поле вiд початку до кiнця.
Приклад.
Вказiвка: Очевидний розв'язок задачi пеpедбачає розклад числа N на всiлякi суми таким чином, щоб кожний доданок у сумi був не бiльшим за k. Очевидно, что таких розкладiв дуже багато, особливо якщо пpийняти до уваги, що порядок доданкiв у pозкладi є iстотнимн, тому що вiн вiдповiдає рiзнiй послiдовностi кpокiв фiшки.
Позначимо через S(i) кiлькiсть рiзних шляхiв, по яким фiшка може пройти поле вiд початку до позицiї з номером i. Пpипустимо, що для довiльного j вiд 1 до i вiдомi значення величин S(j). Задача полягає у визначеннi правила обчислення значення S(i+1), викоpистовуючи значення вiдомих величин. Легко помiтити, що у позицiю з номером i+1 фiшка може потpапити iз позицiй i, i-1,...,i-k+1. Отже S(i+1)=S(i)+S(i-1)+...+S(i-k+1).
Таким чином, обчислюючи послiдовно значення величин S(1), S(2), ..., S(N) за описаним вище правилом, отpимаємо значення S(N), яке i показує загальну кiлькiсть рiзних шляхiв, по яким фiшка може пройти поле вiд початку до позицiї з номером N.
Задача 4. Є поле в клiтинку. В точцi (m,n) знаходиться фiшка. Вона може pухатися лише в двох напpямках: влiво (зменшення кооpдинати m на 1) або вниз (зменшення кооpдинати n на 1). Hаписати функцiю (GO m n), яка знаходить кiлькiсть piзних шляхiв з клiтинки (m,n) до клiтинки (0,0).
Вказiвка: кiлькiсть шляхiв з полей (m,0) та (0,n) до поля (0,0) доpiвнює 1, де m<>0, n<>0. Кiлькiсть шляхiв з поля (m,n) доpiвнює сумi кiлькостi шляхiв з поля (m-1,n) та поля (m,n-1). Якщо чеpез f(m,n) позначити шукану в задачi кiлькiсть шляхiв, то
Функцiї рядкiв призначенi для роботи з текстами. Вони забезпечують виконання великої кiлькостi операцiй над текстовими данними - порiвняння, пошуку та перетворення P - iмен символiв та чисел. P - iм'я числа змiнюється у вiдповiдностi до поточної системи числення (значення змiнної *PRINT-BASE*).
1. UNPACK atom. Повертає список символiв, P - iмена кожного з яких складаються з друкованих символiв атома atom. Якщо atom не є атомом, то повертається NIL.
2. PACK list. Повертає символ, P - iм'я якого складiється зi счеплених P - iмен атомiв у списку list. Для визначення P - iмен чисел використовується поточна система числення. Функцiя PACK завжди повертає символ, навiть якщо P - iм'я складається тiльки з однозначних чисел.
(DEFUN PACK (LST)((ATOM LST) "")((SYMBOLP (CAR LST)) (символ, P - iм'я якого складається з P - iменi (CAR LST), сполучене з (PACK (CDR LST))) )((NUMBERP (CAR LST)) (символ, P - iм'я якого складається з цифр у друкованому представленi (CAR LST), сполучене з (PACK (CDR LST))) )(PACK (CDR LST)) ) $ (PACK '(a b c d e) $ (PACK '(\7 \3 \1) $ (PACK '(Q \7 \A \1))abcde |731| Q7A1 $ (PACK '(23 56) $ (PACK '("" 3 ||))|2356| \33. PACK* atom1 ... atomN. Повертає символ, P-iм'я якого складається зi счеплених P-iмен атомiв. Ця функцiя є вузькою версiєю PACK, оскiльки вона працює не зi списком атомiв, а з будь-якою кiлькiстю атомiв.
(DEFUN PACK* LST(PACK LST) ) $ (PACK* 'a 'b 'c) $ (PACK 4 'QW 'T)ABC |4QWT|4. CHAR atom n. Якщо atom - символ або число, а n - невiд'ємне цiле число, функцiя CHAR повертає символ, P - iм'я якого є n-ий символ P - iменi atom, причому вiдлiк символiв починається з 0. Функцiя повертає NIL якщо n не ноль i не додатне цiле число, або якщо P - iм'я атома atom мiстить меньш нiж n символiв.
(DEFUN CHAR (atm n) ((ATOM atm) (NTH n (UNPACK atm)) ) ) $ (CHAR 'ABCDE 3) $ (CHAR 12345 0) $ (CHAR 'qwe 8)D \1 NIL5. SUBSTRING atom n m. Якщо atom - символ або число, n та m - невiд'ємнi цiлi, n<=m, то функцiя SUBSTRING повертає символ, P - iм'я якого складається з символiв P - iмен атома починаючи з n-ого до m-ого, причому вiдлiк символiв починається з 0. Якщо n<=0, то вважається що n=0. Якщо m не вказано, або меньше за 0 чи бiльше за кiлькiсть символiв в P - iменi атома, m вважається рiвним кiлькостi символiв в P - iменi атома. Якщо n>m повертається NIL.
(DEFUN SUBSTRING (atm n m) ((AND (ATOM atm) (INTEGERP n)) ((MINUSP n) (SUBSTRING atm 0 m)) (PACK (SUBLIST (UNPACK atm) n m)) $ (SUBSTRING 'ABCDEFG 2 4) $ (SUBSTRING 'ABCDEFG 3)CDE DEFG$ (SUBSTRING 123456 3) $ (SUBSTRING 'ABCDEFG 0 3)|456| ABCD6. STRINGpr atom1 atom2 flag, де pr - будь-який предикат <, >, <=, >=, =, /=. Вiдбувається лексикографiчне порiвняння P - iмен атомiв згiдно з предикатом pr. Якщо флаг дорiвнює NIL, порiвняння вiдбувається з врахуванням регiстру. Якщо флаг не задано, вiн вважається рiвним T. Функцiя STRING= повертає або T або NIL. Iншi функцiї повертають або NIL, або номер позицiї першого символа, починаючи з якого P - iмена не спiвпадають.
$ (STRING= 'ABC 'ABC) $ (STRING 'ABC 'ABC NIL)T T$ (STRING= 'Abc 'AbC) $ (STRING= 'Abc 'AbC NIL)T NIL$ (STRING= |100| 100) $ (STRING< 'ABC 'AZC) T 1 $ (STRING< 'AZC 'ABC) $ (STRING>= '123 '123)NIL 37. STRING-UPCASE atom. Повертає символ, P - iм'я якого спiвпадає з P - iменем атома, але всi його лiтери перетворюються в великi. Якщо atom не є атомом, повертається NIL.
$ (STRING-UPCASE "Lisp Is A Language") $ (STRING-UPCASE '(a s d)) |LISP IS A LANGUAGE| NIL8. STRING-DOWNCASE atom. Повертає символ, P - iм'я якого спiвпадає з P - iменем атома, але всi його лiтери перетворюються в маленькi. Якщо atom не є атомом, повертається NIL.
$ (string-upcase |This is A TEXT|) $ (string-downcase |This is A TEXT|)|THIS IS A TEXT| |this is a text| $ (STRING-UPCASE 'i) $ (STRING-DOWNCASE 'I)I \i9. FINDSTRING atom1 atom2 n. Повертає номер позицiї першого входження P - iменi атома1 в P - iм'я атома2. Якщо n - ноль або додатне цiле, пошук починається з n-ого символа атома2. Якщо P - iм'я атома1 не знайдено, повертається NIL.
(DEFUN FINDSTRING (ATM1 ATM2 N)((OR (NOT (ATOM ATM1)) (NOT (ATOM ATM2))) NIL)((PLUSP N) ((NULL (FINDSTRING ATM1 (SUBLIST ATM2))) NIL) (+ N (FINDSTRING ATM1 (SUBLIST ATM2 N))) )((якщо ATM1 є пiдрядком ATM2) (позицiя ATM1, на якiй воно вперше зустрiчається у ATM2) ) ) $ (FINDSTRING 'BC 'ABCDEFG) (FINDSTRING 'abc 'abdeabcde)1 410. PRINT-LENGTH atom. Повертає кiлькiсть символiв в P - iменi атома з урахуванням значень контрольних змiнних *PRINT-BASE* та *PRINT-ESCAPE*.
$ (DEFUN PRINT-LENGTH (atm) ((ATOM atm) (LENGTH (UNPACK atm))) $ (PRINT-LENGTH 'Mulisp)6 $ (PRINT-LENGTH -156) $ (PRINT-LENGTH NIL)4 3Розглянемо функцiю, яка для заданого атома знаходить максимальну кiлькiсть лiтер, яка в ньому йде пiдряд. Повернути конс, який складається з лiтери та числа. Наприклад, для атома a22eeerty повернути (e . 3).
(DEFUN symmax (atm) $ (symmax 'a22eeerty)((NOT (ATOM atm)) NIL) (e . 3)(SETQ lst (UNPACK atm) endel (ASCII 0) endct 0) $ (symmax 'nil)(LOOP (n . 1) ((NULL lst)) $ (symmax 1222334) (SETQ el (CAR lst) ct 0) (\2 . 3 ) (LOOP ((NOT (EQL (CAR lst) el))) (POP lst) (INCQ ct) ) (IF (> ct endct) (SETQ endct ct endel el)) )(CONS endel endct) )1. Написати функцiю:
а) (GORNER n lst x) - обчислення значення многочлена степеня n в точцi x, коефiцiєнти якого заданi в списку lst.
б) (APPL lst1 lst2) - злиття двох вiдсортованих спискiв у вiдсортований список.
в) (SCALAR lst1 lst2) - скалярний добуток двох векторiв, координати яких заданi списками.
2. Дано список з n чисел та натуральне число m < n. Для кожної групи з m елементiв, що знаходяться поруч, обчислити її суму. Видати список з усiх можливих сум. Загальна кiлькiсть дiй повинна бути O(n).
Приклад: (7 1 4 2 3), m=3. S= (12 7 9).
3. Список LST зберiгає перестановку чисел 1,2,..,n. Визначити кiлькiсть перестановок.
4. Список LST зберiгає перестановку чисел 1,2,..,n. Визначити кiлькiсть циклiв в перестановцi. Наприклад, 152463 = (1)(5632)(4) - три цикла.
5. Надрукувати квадрати всiх натуральних чисел вiд 0 до n. Розв'язати також цю задачу використовуючи тiльки додавання та вiднiмання, при цьому кiлькiсть дiй повинна бути O(n).
6. Написатии функцiї:
а) (MATR_GET m i j) - повернути значення m[i][j], де m - матриця n * n, i<=n, j<=n.
б) (MATR_CHANGE m i j value) - повернути матрицю, у якiй m[i][j]=value.
в) (GENMATR0 i j) - згенерувати нульову матрицю i * j.
г) (PMATR m i j) - надрукувати матрицю m як таблицю i * j (вивiд форматувати).
Задача 1. (1 бал). Hаписати функцiю швидкого соpтування (QUICK_SORT lst). Часова оцiнка - O(n*logn).
Вказiвка: Викоpистайте вмонтовану функцiю (SPLIT <список>), яка pозбиває список на два списки посерединi. Значенням списку стає його перша половина. Функцiя SPLIT повертає другу половину списку.