Functional Data Stuctures and Algorithms

Abstract

Title: Functional Data Structures and Algorithms Author: Milan Straka Institute: Computer Science Institute of Charles University Supervisor of the doctoral thesis: doc. Mgr. Zdeněk Dvořák, Ph.D, Computer Science Institute of Charles University Abstract: Functional programming is a well established programming paradigm and is becoming increasingly popular, even in industrial and commercial appli- cations. Data structures used in functional languages are principally persistent, that is, they preserve previous versions of themselves when modified. The goal of this work is to broaden the theory of persistent data structures and devise efficient implementations of data structures to be used in functional languages. Arrays are without any question the most frequently used data structure. Despite being conceptually very simple, no persistent array with constant time access operation exists. We describe a simplified implementation of a fully per- sistent array with asymptotically optimal amortized complexity Θ(log log n) and especially a nearly optimal worst-case implementation. Additionally, we show how to effectively perform a garbage collection on a persistent array. The most efficient data structures are not necessarily based on asymptotically best structures. On that account, we also focus on data structure...

Název práce: Funkcionální datové struktury a algoritmy Autor: Milan Straka Ústav: Informatický ústav Univerzity Karlovy Vedoucí doktorské práce: doc. Mgr. Zdeněk Dvořák, Ph.D, Informatický ústav Univerzity Karlovy Abstrakt: Funkcionální programování je rozšířené a stále více oblíbené programo- vací paradigma, které nachází své uplatnění i v průmyslových aplikacích. Datové struktury používané ve funkcionálních jazycích jsou převážně perzistentní, což znamená, že pokud jsou změněny, zachovávají své předchozí verze. Cílem této práce je rozšířit teorii perzistentních datových struktur a navrhnout efektivní implementace těchto datových struktur pro funkcionální jazyky. Bezpochyby nejpoužívanější datovou strukturou je pole. Ačkoli se jedná o vel- mi jednoduchou strukturu, neexistuje jeho perzistentní protějšek s konstantní složitostí přístupu k prvku. V této práci popíšeme zjednodušenou implementaci perzistentního pole s asymptoticky optimální amortizovanou časovou složitostí Θ(log log n) a především téměř optimální implementaci se složitostí v nejhorším případě. Také ukážeme, jak efektivně rozpoznat a uvolnit nepoužívané verze per- zistentního pole. Nejvýkonnější datové struktury nemusí být vždy ty, které jsou založeny na asymptoticky nejlepších strukturách. Z toho důvodu se také zaměříme na imple- mentaci...