CS50 2023 - Week5 Data Structures

概要

Week5では、データ構造について学びます。
講義の主な内容は、抽象データ型、キュー、スタック、連結リスト、ツリー、バイナリーサーチツリー（二分探索木）、ハッシュテーブルです。

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Lab 5

Inheritance

血液型の継承をシミュレートするプログラムを作成します。
人間の血液型は2つの対立遺伝子によって決定されます。対立遺伝子はA、B、Oの3つがあり、子供は親からランダムに対立遺伝子の1つを受け継ぎます。この遺伝をシミュレートして、3世代の家族の血液型を表示するようします。

以下は実際に私が提出したコードです。

// Simulate genetic inheritance of blood type

#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

// Each person has two parents and two alleles
typedef struct person
{
    struct person *parents[2];
    char alleles[2];
} person;

const int GENERATIONS = 3;
const int INDENT_LENGTH = 4;

person *create_family(int generations);
void print_family(person *p, int generation);
void free_family(person *p);
char random_allele();

int main(void)
{
    // Seed random number generator
    srand(time(0));

    // Create a new family with three generations
    person *p = create_family(GENERATIONS);

    // Print family tree of blood types
    print_family(p, 0);

    // Free memory
    free_family(p);
}

// Create a new individual with `generations`
person *create_family(int generations)
{
    // TODO: Allocate memory for new person
    person *new_person = malloc(sizeof(person));

    // If there are still generations left to create
    if (generations > 1)
    {
        // Create two new parents for current person by recursively calling create_family
        person *parent0 = create_family(generations - 1);
        person *parent1 = create_family(generations - 1);

        // TODO: Set parent pointers for current person
        new_person->parents[0] = parent0;
        new_person->parents[1] = parent1;

        // TODO: Randomly assign current person's alleles based on the alleles of their parents
        new_person->alleles[0] = new_person->parents[0]->alleles[rand() % 2];
        new_person->alleles[1] = new_person->parents[1]->alleles[rand() % 2];
    }

    // If there are no generations left to create
    else
    {
        // TODO: Set parent pointers to NULL
        new_person->parents[0] = NULL;
        new_person->parents[1] = NULL;

        // TODO: Randomly assign alleles
        new_person->alleles[0] = random_allele();
        new_person->alleles[1] = random_allele();
    }

    // TODO: Return newly created person
    return new_person;
}

// Free `p` and all ancestors of `p`.
void free_family(person *p)
{
    // TODO: Handle base case
    if (p == NULL)
    {
        return;
    }

    // TODO: Free parents recursively
    free_family(p->parents[0]);
    free_family(p->parents[1]);

    // TODO: Free child
    free(p);
}

// Print each family member and their alleles.
void print_family(person *p, int generation)
{
    // Handle base case
    if (p == NULL)
    {
        return;
    }

    // Print indentation
    for (int i = 0; i < generation * INDENT_LENGTH; i++)
    {
        printf(" ");
    }

    // Print person
    if (generation == 0)
    {
        printf("Child (Generation %i): blood type %c%c\n", generation, p->alleles[0], p->alleles[1]);
    }
    else if (generation == 1)
    {
        printf("Parent (Generation %i): blood type %c%c\n", generation, p->alleles[0], p->alleles[1]);
    }
    else
    {
        for (int i = 0; i < generation - 2; i++)
        {
            printf("Great-");
        }
        printf("Grandparent (Generation %i): blood type %c%c\n", generation, p->alleles[0], p->alleles[1]);
    }

    // Print parents of current generation
    print_family(p->parents[0], generation + 1);
    print_family(p->parents[1], generation + 1);
}

// Randomly chooses a blood type allele.
char random_allele()
{
    int r = rand() % 3;
    if (r == 0)
    {
        return 'A';
    }
    else if (r == 1)
    {
        return 'B';
    }
    else
    {
        return 'O';
    }
}

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Problem Set 5

Speller

高速なスペルチェックプログラムを作成します。
ここで言う高速とは、実行時間の短さを指します。

以下は実際に私が提出したコードです。

// Implements a dictionary's functionality

#include <cs50.h>
#include <ctype.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>

#include "dictionary.h"

// represents a node in a hash table
typedef struct node
{
    char word[LENGTH + 1];
    struct node *next;
} node;

// TODO: Choose number of buckets in hash table
const unsigned int N = 26;

unsigned int hash_value;
unsigned int word_count;

// hash table
node *table[N];

// Hashes word to a number
unsigned int hash(const char *word)
{
    // TODO: Improve this hash function
    unsigned long hash = 5381;
    int c;
    while ((c = toupper(*word++)))
    {
        hash = ((hash << 5) + hash) + c; /* hash * 33 + c */
    }
    return hash % N;
}

// Loads dictionary into memory, returning true if successful else false
bool load(const char *dictionary)
{
    // TODO
    FILE *file = fopen(dictionary, "r");

    if (file == NULL)
    {
        return false;
    }

    char word[LENGTH + 1];
    while (fscanf(file, "%s", word) != EOF)
    {
        node *n = malloc(sizeof(node));
        if (n == NULL)
        {
            return false;
        }

        strcpy(n->word, word);
        hash_value = hash(word);
        n->next = table[hash_value];
        table[hash_value] = n;
        word_count++;
    }

    fclose(file);
    return true;
}

// Returns true if word is in dictionary, else false
bool check(const char *word)
{
    hash_value = hash(word);
    node *cursor = table[hash_value];
    while (cursor != NULL)
    {
        if (strcasecmp(word, cursor->word) == 0)
        {
            return true;
        }

        cursor = cursor->next;
    }

    return false;
}

// Returns number of words in dictionary if loaded, else 0 if not yet loaded
unsigned int size(void)
{
    // TODO
    if (word_count > 0)
    {
        return word_count;
    }

    return 0;
}

// Unloads dictionary from memory, returning true if successful else false
bool unload(void)
{
    // TODO
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        node *cursor = table[i];
        while (cursor)
        {
            node *tmp = cursor;
            cursor = cursor->next;
            free(tmp);
        }

        if (i == N - 1 && cursor == NULL)
        {
            return true;
        }
    }

    return false;
}

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さいごに

Week5は、Week2と同様に、課題の条件は比較的シンプルです。
課題のページを熟読し、Walkthroughの内容をよく理解することが鍵となります。

本題から大きく脱線しますが、日本では血液型占いや診断がポピュラーである一方、イギリスでは多くの人が自らの血液型を知らなかったります。アメリカではどうなのか、少し気になるところです。