ads1_2021/code/algorithms/search/jump.py

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

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# IMPORTS
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from local.maths import *;
from local.typing import *;

from code.core.log import *;
from code.algorithms.search.sequential import SequentialSearch;
from code.algorithms.methods import *;

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# GLOBAL VARIABLES/CONSTANTS
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#

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# CHECKS
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def preChecks(L: List[int], **_):
    assert L == sorted(L), 'Ungültiger Input: L muss aufsteigend sortiert sein!';
    assert L == sorted(list(set(L))), 'Ungültiger Input: L darf keine Duplikate enthalten!';
    return;

def postChecks(L: List[int], x: int, index: int, **_):
    value = L[index] if index >= 0 else None;
    assert value == x, 'Der Algorithmus hat versagt.';
    return;

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# ALGORITHM jump search
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@algorithmInfos(name='Sprungsuche', outputnames='index', checks=True, metrics=True, preChecks=preChecks, postChecks=postChecks)
def JumpSearchLinear(L: List[int], x: int, m: int) -> int:
    '''
    Inputs: L = Liste von Zahlen, x = Zahl, m = lineare Sprunggröße.

    Annahmen:
    - L sei aufsteigend sortiert.
    - L enthält keine Duplikate.

    Outputs: Position von x in L, sonst −1 wenn x nicht in L.
    '''
    i = 0;
    while i*m < len(L):
        AddToCounter();
        offset = i*m;
        block = L[offset:][:m];
        elementAfterBlock = block[-1] + 1;
        if x < elementAfterBlock:
            logDebug('Element muss sich im Block [{i0}, {i1}) befinden.'.format(i0 = i*m, i1 = (i+1)*m));
            index = SequentialSearch(L=block, x=x);
            return offset + index; # NOTE: muss wegen Offset kompensieren
        logDebug('Element befindet sich nicht im im Block [{i0}, {i1}) befinden.'.format(i0 = i*m, i1 = (i+1)*m));
        i += 1;
    return -1;

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# ALGORITHM jump search - exponentiell
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@algorithmInfos(name='Sprungsuche (exponentiell)', outputnames='index', checks=True, metrics=True, preChecks=preChecks, postChecks=postChecks)
def JumpSearchExponentiell(L: List[int], x: int) -> int:
    '''
    Inputs: L = Liste von Zahlen, x = Zahl.

    Annahmen:
    - L sei aufsteigend sortiert.
    - L enthält keine Duplikate.

    Outputs: Position von x in L, sonst −1 wenn x nicht in L.
    '''
    i0 = 0;
    i1 = 1;
    while i0 < len(L):
        AddToCounter();
        block = L[i0:i1];
        elementAfterBlock = block[-1] + 1;
        if x < elementAfterBlock:
            logDebug('Element muss sich im Block [{i0}, {i1}) befinden.'.format(i0 = i0, i1 = i1));
            index = SequentialSearch(L=block, x=x);
            return i0 + index; # NOTE: muss wegen Offset kompensieren
        logDebug('Element befindet sich nicht im Block [{i0}, {i1}) befinden.'.format(i0 = i0, i1 = i1));
        i0 = i1;
        i1 *= 2;
    return -1;