Объявление множеств и действия над ними

Объявление множеств

В языке программирования Pascal существует понятие множества, имеющее смысл некоторого собрания элементов, одно и того же базового типа. Базовый тип определяет перечень всех элементов, которые вообще могут содержаться в данном множестве. В качестве базового типа может выступать любой простой порядковый тип. Но вещественные числа (real не порядковый тип) и строки (не простой и не порядковый тип) не могут быть элементами множества.

Размер множества в Turbo Pascal всегда ограничен некоторым предельно допустимым количеством элементов. Во множествах допускаются только такие элементы, порядковые значения которых не выходят за границы 0..255. Для целочисленных множеств это означает, что в них могут присутствовать только числа от 0 до 255. Отрицательные элементы множеств в Turbo Pascal не допускаются. Поэтому базовыми типами не могут быть типы shortint, integer, longint. Если же необходимо множество целочисленных объектов, то базовый тип должен объявлен как диапазон типа byte. Для множеств, содержащих символы, подобных затруднений нет, поскольку базовым типом для них является char (а в нем 256 значений с порядковыми номерами от 0 до 255).

В математике для обозначения множества используют фигурные скобки (например, {4, 7, 12}), в Паскаль — квадратные (например, [1, 3, 5]). Порядок элементов во множестве не имеет значения. Так, записав [3, 6, 9] или [9, 3, 6], мы будем иметь дело с одним и тем же множеством. Более того, многократное повторение одного и того же элемента не меняет множество. Например, [4, 7, 3] и [3, 7, 4, 4] – это одно и то же множество.

По форме записи объявление переменной типа множество сходно с объявлением одномерного массива:

var
	имя: set of тип;

Например, объявление переменной ch, рассматриваемой как множество с базовым типом char, имеет вид:

var
	ch: set of char;

В отличие от элементов массива, элементы множества не упорядочены и не имеют индексов.

Можно сначала объявить тип множества, а потом использовать его для объявления переменных:

type
	t_ch = set of char;
var
	ch1, ch2: t_ch;

Довольно часто в качестве базового типа множества используется тип перечисления или некоторый его диапазон:

type
	week_days = (Mon, Tue, Wed, Thu, Fri);
var
	work_days: set of week_days;
	lett: set of 'A'..'Z';

Объявление переменной-множества не дает ей определенного значения.

Построение множества

Чтобы во множестве появились элементы, необходимо выполнить оператор присваивания, в левой части которого стоит имя переменной-множества, а в правой — конструктор множества или некоторое выражение над множествами.

Конструктор множества — это заключенный в квадратные скобки перечень элементов, разделенных запятыми. В качестве элементов могут использоваться диапазоны значений:

type
	week_days = (Mon, Tue, Wed, Thu, Fri);
var
	work_days: set of week_days;
	lett: set of 'A'..'Z';
begin
	work_days := [Mon, Wed, Thu];
	lett := ['C', 'E'..'M', 'Z']
end.

Следует помнить, что при задании множества порядок его элементов безразличен, но при задании диапазона такой порядок важен.

Множество, в котором нет элементов, называется пустым (или нуль-множеством). В языке программирования Паскаль обозначается квадратными скобками, между которыми нет элементов:

work_days := [ ];

Множество может быть объявлено типизированной константой, для чего в описании после знака равенства следует указать конструктор множества. Например:

const lett: set of ['а'..'я'] = ['а', 'е', 'и', 'о', 'у', 'ы', 'э', 'ю', 'я'];

В данном случае оператор описывает множество, элементами которого могут быть буквы русского алфавита, с записью в него начального значения, которое представляет собой множество гласных букв.

Конструируя множества, можно использовать и переменные при условии, что их текущие значения попадают в диапазон базового типа множества. Так, если ch1 и ch2 имеют тип char, то допустима следующая последовательность операторов:

ch1 := 'A';
ch2 := 'K';
chs := [ch1, ch2, 'M'];

В результате получится множество ['A', 'K', 'M'].

Элементы множества нельзя вводить и выводить. Для организации ввода-вывода элементов множества следует использовать вспомогательные переменные. В то же время можно использовать множества как элементы типизированных файлов.

Действия над множествами

Объединение, пересечение и разность множеств

Над множествами выполнимы объединение (+), пересечение (*) и разность (-).

Объединение двух множеств A и B (A + B) – это новое множество, состоящее из элементов, принадлежащих множеству A или B, либо тому и другому одновременно.

var
	chs1, chs2, chs3: set of char;
begin
	chs1 := ['a', 'b', 'd'];
	chs2 := ['m', 'd', 'e'];
	chs3 := chs1 + chs2 + ['k', 'n'];
end.

Результат: chs3 = ['a', 'b', 'd', 'm', 'e', 'k', 'n'].

Пересечение двух множеств A и B (A * B) – это множество, состоящее из элементов, одновременно принадлежащих множествам A и B.

chs3 := chs1 * chs2;

Результат: chs3 = ['d'].

Разность двух множеств A и B (A – B) – это новое множество, состоящее из элементов множества A, не вошедших в множество B.

chs1 := ['a', 'e', 't'];
chs2 := chs1 – ['e'] 		{ ['a', 't'] }
chs3 := ['m', 'n', 't'] – chs2 	{ ['m', 'n'] }

Манипулируя операциями над множествами, можно добавлять элементы к множествам или удалять их.

Для вставки и удаления элементов при работе с множествами в Pascal введены две процедуры:

include (имя_множества, элемент)
exclude (имя_множества, элемент)

Первая из них позволяет выполнить добавление одного элемента в указанное множество, а вторая удалить. Например:

include (chs1, 'g'); 	{ аналогично chs1 + ['g'] }
exclude (chs2, 'a');	{ аналогично chs2 - ['a'] }

Другие операции над множествами

Над множествами можно выполнять четыре операции сравнения: =, <>, >=, <=.

Два множества A и B равны (A = B), если каждый элемент множества A является элементом множества B и наоборот.

Два множества A и B не равны (A <> B), если они отличаются хотя бы одним элементом.

Множество A является подмножеством множества B (A <= B, или B >= A), если каждый элемент из A присутствует в B.

Имеется также возможность выяснить, принадлежит ли данный элемент некоторому множеству. Для этого служит операция in. Пусть A – множество элементов некоторого базового типа, а x – переменная (константа, выражение) этого типа. Тогда выражение x in A истинно, если значение x является элементом множества A.

Все операции сравнения множеств, а также операция in возвращают логическое значение true или false.

В сложных выражениях над множествами операции имеют следующие приоритеты:

  1. *
  2. +, -
  3. =, <>, <=, >=, in