Colecciones I

Colecciones I

Hoy vamos a ver como aprovecharnos de herramientas que nos permiten usar un código más limpio y entendible en cuanto a colecciones se refiere y para ello veremos como hacerlo en este post para colecciones con expresiones lambda y Linq de .NET con C# y en el siguiente post, haremos esto mismo pero con Java.

En primer lugar crearemos un clase  Persona, dándole algunas propiedades como nombre, apellidos, nacimiento, un valor booleano para conocer el género, fecha de nacimiento y lugar de nacimiento, además le añadimos una propiedad de solo lectura que calcule la edad, toString, una para obtener el nombre completo y otro método booleano para saber si es nacido en un lugar concreto.

namespace ColeccionesDemo
{
    public class Persona
    {
        public Persona(string _name,
            string _surname,
            bool _isMan,
            DateTime _birthDate,
            string _birthPlace)
        {
            Name = _name;
            SurName = _surname;
            IsMan = _isMan;
            BirthDate = _birthDate;
            BirthPlace = _birthPlace;
        }

        public string Name { get; set; }
        public string SurName { get; set; }
        public DateTime BirthDate { get; set; }
        public string BirthPlace { get; set; }
        public bool IsMan { get; set; }
        public int Age
        {
            get
            {
                DateTime now = DateTime.Now;
                return now.Year - BirthDate.Year + (now.DayOfYear Nombre: {0}, Apellidos: {1}, Edad: {2}, De: {3}", Name, SurName, Age, BirthPlace); }
        }
        public string FullName
        {
            get { return string.Format("{0} {1}", Name, SurName); }
        }
        public override bool Equals(object obj)
        {
            var persona = obj as Persona;
            return persona != null &&
                   Name == persona.Name &&
                   SurName == persona.SurName;
        }
    }
}

Una vez creada la clase persona, para C# vamos a crear un objeto que almacene esta clase con una colección List la cual implementa la interfaz IEnumerable y a la cual le añadiremos algunos individuos ficticios.

      static List personas = new List();

        static void addPersonas()
        {
            personas.Add(new Persona("Joaquin", "Martinez Rus", true, new DateTime(1969, 2, 20), "Linares"));
            personas.Add(new Persona("Vicky", "Diez Calatayud", false, new DateTime(1996, 4, 19), "Calatayud"));
            personas.Add(new Persona("Ana Isabel", "Martinez Baloo", false, new DateTime(1998, 10, 20), "Cordoba"));
            personas.Add(new Persona("Victoria", "Martinez Nurse", false, new DateTime(1992, 1, 21), "Cordoba"));
            personas.Add(new Persona("Ana", "Rus Maria", false, new DateTime(1961, 11, 3), "Linares"));
            personas.Add(new Persona("Manuel", "Bonillo Contador", true, new DateTime(1978, 12, 26), "Cordoba"));
            personas.Add(new Persona("Jose Antonio", "Martinez Arcos", true, new DateTime(1974, 9, 4), "Zaragoza"));
            personas.Add(new Persona("Vicente", "Rodriguez Iglesias", true, new DateTime(1981, 11, 8), "Cordoba"));
            personas.Add(new Persona("Alfonso", "Perez Judicial", true, new DateTime(2000, 5, 5), "Linares"));
            personas.Add(new Persona("Ana", "Martinez Maestre", false, new DateTime(2004, 3, 4), "Linares"));
            personas.Add(new Persona("Magdalena", "Fuentes Cruz", false, new DateTime(2002, 7, 11), "Jaen"));
            personas.Add(new Persona("Jose", "Martinez Cintas", true, new DateTime(1981, 6, 21), "Linares"));
            personas.Add(new Persona("Jose", "Aldea Morata", true, new DateTime(1994, 11, 22), "Calatayud"));
            personas.Add(new Persona("Maria Isabel", "Diez Campieles", false, new DateTime(2005, 8, 1), "Calatayud"));
            personas.Add(new Persona("Maria", "Bella Adriá", false, new DateTime(2001, 10, 22), "Jaen"));
            personas.Add(new Persona("Pedro José", "Garcia Civil", true, new DateTime(1980, 9, 15), "Cordoba"));
            personas.Add(new Persona("Luis", "Jiloca Diez", true, new DateTime(1995, 6, 15), "Zaragoza"));
            personas.Add(new Persona("Juan", "Pintor Escultor", true, new DateTime(2000, 10, 22), "Jaen"));
            personas.Add(new Persona("Juan", "Goran Esteban", true, new DateTime(1974, 7, 14), "Jaen"));
            personas.Add(new Persona("Andrea", "Jiloca Diez", false, new DateTime(1999, 9, 21), "Calatayud"));
            personas.Add(new Persona("Daniel", "Ceular Flower", true, new DateTime(1975, 2, 4), "Cordoba"));<span id="mce_SELREST_start" style="overflow:hidden;line-height:0;"></span>
        }

Una vez añadidos, vamos a pedirle a nuestra colección de personas unas cuantos datos con criterios concretos.
Ejemplo 1. ¿cual es el promedio de edad de todas las personas nacidas en Calatayud?
Vamos a crear tres métodos, uno paso a paso, calcAverageAge(string _birthPlace), es decir inicializamos variables, iteramos por la colección, comprobamos la condición, calculamos e imprimimos. El segundo método mediante programación funcional calcAverageAgeFunctionalProgramming(string _birthPlace), escribiremos una línea para calcular el promedio y otra para imprimirlo (aunque lo podía haber hecho en la misma línea), por último otro modo sería con Linq igual de vistoso que el anterior con el método calcAverageAgeLinq(string _birthPlace)

static void calcAverageAge(string _birthPlace)
        {
            double suma = 0;
            double count = 0;
            double average = 0;
            foreach (var persona in personas)
            {
                if (persona.IsFrom(_birthPlace))
                {
                    suma += persona.Age;
                    count++;
                }
            }
            average = suma / count;
            Console.WriteLine(string.Format("Las personas nacidas en {0} tienen un promedio de edad de {1} ", _birthPlace, average));

        }

        static void calcAverageAgeFunctionalProgramming(string _birthPlace)
        {
            var average= personas.Where(n => n.IsFrom(_birthPlace)).Average(p => p.Age);
            Console.WriteLine(string.Format("Programación funcional\nLas personas nacidas en {0} tienen un promedio de edad de {1} ", _birthPlace, average));
        }

        static void calcAverageAgeLinq(string _birthPlace)
        {
            var average = (from u in personas
                         where u.IsFrom(_birthPlace)
                         select u).Average(p => p.Age);
            Console.WriteLine(string.Format("Programación funcional\nLas personas nacidas en {0} tienen un promedio de edad de {1} ", _birthPlace, average));
        }

Ejemplo 2. Queremos listar todos los mayores de edad por orden alfabético de los apellidos.
Con el método estándar printAdults() y como queremos ordenar por los apellidos hemos tenido que incluir la interfaz IComparable que implementa el método CompareTo(Persona other) efectuando la comparación de los apellidos y ejecutando el método Sort de la clase List. En el siguiente método con programación funcional printAdultsFunctionalProgramming(), en una sola línea efectuamos todas las operaciones sin hacer referencia a ninguna interfaz IComparable y por último el mismo método basado en Linq printAdultsLinq(). Este tipo de expresiones en una línea, las llamamos expresiones lambda.

static void printAdults()
        {
            personas.Sort();
            foreach (var persona in personas)
            {
                if (persona.Age>17)
                {
                    Console.WriteLine(persona.FullName);
                }
            }
        }

        static void printAdultsFunctionalProgramming()
        {
            Console.WriteLine("******************************************");
            Console.WriteLine("Mayores de edad con programación funcional");
            Console.WriteLine("******************************************");
            personas.Where(p => p.Age > 17).
                OrderBy(p=>p.SurName).
                ToList().
                ForEach(p => Console.WriteLine(p.FullName));
        }

        static void printAdultsLinq()
        {
            Console.WriteLine("************************");
            Console.WriteLine("Mayores de edad con Linq");
            Console.WriteLine("************************");
            (from persona in personas
                      where persona.Age > 17
                      orderby persona.SurName
                      select persona).ToList().ForEach(p => Console.WriteLine(p.FullName));
        }

Resultado, el mismo, pero a mi entender, claridad en el código máxima con programación funcional. En el siguiente post, haremos lo mismo pero con Java.
coleccion1coleccion2

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ForEach

ForEach

Una colección que implementa la interfaz IEnumerable contiene un método GetEnumerator y este a su vez implementa la interfaz IEnumerator que contiene la propiedad Current y los métodos MoveNext y Reset. Esto va a permitir a la instrucción foreach iterar por la colección.

Así, si generamos una colección de 20.000.000 de números enteros y queremos efectuar una operación por cada uno de ellos, en este caso el inverso del producto de la raiz cuadrada por el logaritmo neperiano y luego realizar la suma sobre cada resultado, podemos iterar con una instrucción foreach,

static int n = 20000000;
static List list = Enumerable.Range(1, n).ToList();

static double forEachStandar()
        {
            var result = 0.0;

            foreach (var item in list)
            {
                result += 1 / Math.Sqrt(item) * Math.Log(item);
            }
            return result;
        }

Una colección además contiene un método ForEach, el cual es accesible mediante una expresión Lambda, asignando la acción que vamos a realizar en cada uno de los elementos.

        static double forEachLambda()
        {
            var result = 0.0;
            list.ForEach(n => result += 1 / Math.Sqrt(n) * Math.Log(n));
            return result;
        }

Podemos aprovechar al máximo los recursos disponibles y es iterando en paralelo por los elementos de la colección pudiendo realizar cálculos simultáneos. Este medio debe ser tratado con cuidado, puesto que si el orden interviene en el resultado final, esta herramienta no sería útil, y en todo caso, los resultados no serían los esperados; así mismo, siempre hay que replantearse el uso en paralelo. Para usarlo, podemos hacerlo mediante la clase Parallel
Parallel.ForEach(list, k => result += 1 / Math.Sqrt(n) * Math.Log(n));
o mediante el método AsParallel de la colección.

foreach (var item in list.AsParallel())
{
result += 1 / Math.Sqrt(item) * Math.Log(item);
}

Aprovechando el artículo sobre LINQ publicado en Wakicode, es posible efectuar cálculos sobre elementos de la colección mediante sintáxis de consulta en Linq. En el siquiente ejemplo, efectuamos el cálculo sobre cada uno de los elementos asignádolo a la variable sum y posteriormente efectuar la suma por cada uno de los elementos

static double queryLinq()
        {
            var query = (from u in list
                        select new { sum = 1 / Math.Sqrt(u) * Math.Log(u) }).Sum(k=>k.sum);

            return query;
        }

pero existe un método mejor y es que toda colección contiene el método Sum, y podremos entonces hacer lo siguiente

        static double collectionSum()
        {
            return list.Sum(k => 1 / Math.Sqrt(k) * Math.Log(k));
        }

Bien, todavía habría alguna otra forma de iterar sobre colecciones, pero con estas nos basta y ahora vamos a ver como se comportan en base a su rendimiento y para ello he creado cuatro hilos, de los cuales cada uno generará la suma de los elementos calculados de la colección, pero cada uno con su método y una vez que terminen todos, que nos muestre el tiempo invertido en los cuatro procesos y cual ha sido el más eficiente. Lanzaremos los procesos por este orden, foreach estándar, expresión foreach lambda, Linq sintáxis de consulta y por último la suma directa sobre la colección mediante expresión lambda.

        static void inBackGround()
        {
            string text = "";
            List cronos = new List();

            Stopwatch stw = new Stopwatch();
            Stopwatch stw1 = new Stopwatch();
            Stopwatch stw2 = new Stopwatch();
            Stopwatch stw3 = new Stopwatch();
            Stopwatch stw4 = new Stopwatch();

            cronos.Add(new KeyValuePair(stw1, "For Each Estandar"));
            cronos.Add(new KeyValuePair(stw2, "For Each Lambda"));
            cronos.Add(new KeyValuePair(stw2, "Query LINQ"));
            cronos.Add(new KeyValuePair(stw2, "Colección.Sum()"));

            stw.Start();
            Task[] tasks;

            var t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                stw1.Start();
                text = string.Format("For Each Estandar. n = {0}. Resultado = {1}. Tiempo del proceso: {2}", n, forEachStandar(), stw1.Elapsed);
                stw1.Stop();
                Console.WriteLine(text);
            });

            var t2 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                stw2.Start();
                text = string.Format("For Each Lambda. n = {0}. Resultado = {1}. Tiempo del proceso: {2}", n, forEachLambda(), stw2.Elapsed);
                stw2.Stop();
                Console.WriteLine(text);
            });

            var t3 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                stw3.Start();
                text = string.Format("Query LINQ. n = {0}. Resultado = {1}. Tiempo del proceso: {2}", n, queryLinq(), stw3.Elapsed);
                stw3.Stop();
                Console.WriteLine(text);
            });

            var t4 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                stw4.Start();
                text = string.Format("Colección.Sum(). n = {0}. Resultado = {1}. Tiempo del proceso: {2}", n, collectionSum(), stw4.Elapsed);
                stw4.Stop();
                Console.WriteLine(text);
            });

            tasks = new Task[] { t1, t2, t3, t4 };

            Task.WaitAll(tasks);
            Console.WriteLine(string.Format("Los cuatro procesos han terminado. Tiempo: {0}",stw.Elapsed));
            var theBest = cronos.Where(k => k.Key.Elapsed == cronos.Min(m => m.Key.Elapsed)).FirstOrDefault();
            Console.WriteLine(string.Format("El más efectivo ha sido {0} con un tiempo de {1}",theBest.Value, theBest.Key.Elapsed));

            Console.Read();

        }

y ahora el resultado en el que el ganador en cuanto a rendimiento es el método For Each Lambda por muy poco sobre la suma sobre la colección, el foreach estándar y el menos eficiente la consulta Linq.

foreach.png
El fin del artículo, para un problema podemos usar distintos métodos que producen el mismo efecto o resultado, pero debemos escoger el mejor de ellos en cuanto a eficiencia y rendimiento. Además, necesitamos conocer todos los métodos, no podemos escoger o seleccionar si no tenemos o no conocemos opciones.

Hilando

Hilando

Desde .NET 4, los hilos en C# se convirtieron en una tarea de lo más fácil. En este post vamos a realizar una par de muestras, una prueba sencilla donde vamos a ejecutar una tarea que usa mucho tiempo en terminarse como es la obtención de π(x) o la cantidad de números primos menores que un número.Vamos a usar una función lambda para obtener el codiciado π(x) y para ello vamos a usar la clase Enumerable del espacio System.Linq y un método llamado Range para obtener un conjunto de números enteros entre dos rangos numerable.Range(2, max), contamos los elementos con el predicado con el que obtengamos todos los números entre el rango de 2 y la raiz del número Count(n => Enumerable.Range(2, (int)Math.Sqrt(n) - 1) que cumplan la condición de tener un módulo mayor que 0 All(i => n % i > 0))o lo que es lo mismo todos los números que no son múltiplos.

Enumerable.Range(2, max).Count(n => Enumerable.Range(2, (int)Math.Sqrt(n) - 1).All(i => n % i > 0))

Linq es bestial, ¿no?
Si le damos un valor alto a la variable max com por ejemplo 10.000.000, la tarea dejará la interfaz bloqueada y por tanto tendremos que crear un hilo para evitar este problema y aquí viene lo bueno de la clase Task.

Esta clase tiene un método Factory.StartNew al que se le pasa un método como delegado, el cual se ejecutará de forma asincrónica devolviendo la tarea iniciada, es decir no devuelve un valor sino la tarea Task en si con sus propiedades y métodos.

Task.Factory.StartNew(() => TareaMuyCostosa());
En nuestro código vamos a ver solo dos aspectos de los muchos de los que podemos extraerle a Task, uno es la propiedad IsCompleted y otra sería el método Wait.
Nuestra aplicación como he dicho, generará números primos en una tarea y mientras que no esté finalizada, mostrará un mensaje indicando el tiempo empleado y una vez que finalice, mostrará el resultado que lo mostraremos de dos modos, uno esperando a que finalice y otro con el método ContinueWith.

La primera

static void primeNumbersCount(int max)
        {
            Stopwatch stw = new Stopwatch();
            stw.Start();
            int sec = 0;
            var piXTask = Task.Factory.StartNew(() => Enumerable.Range(2, max).Count(n => Enumerable.Range(2, (int)Math.Sqrt(n) - 1).All(i => n % i > 0)));

            var calculando = "Calculando ";
            while (!piXTask.IsCompleted || piXTask.IsFaulted || piXTask.IsCanceled)
            {
                Thread.Sleep(1000);
                Console.Clear();
                Console.WriteLine(calculando.PadRight(sec % 5 + 11,'.'));
                Console.WriteLine(string.Format("Tiempo empleado: {0} sengundos", sec++));
            }

            piXTask.Wait();

            string text = string.Format("Calculo de {0} números primos menores de {1}", piXTask.Result, max);
            Console.WriteLine(text);
            Console.WriteLine(string.Format("Tiempo empleado: {0}", stw.Elapsed));
            Console.Read();
        }

En este código, vemos que se lanza la tarea, luego pasamos a un bucle del que debemos asegurarnos que saldremos algún día (esta opción no la aconsejo, pero para mostrar que la app se queda en sus cosas mientras la tarea se está realizando, está bien), mediante la propiedad IsCompleted, IsFaulted o IsCanceled, es decir cuando pase alguna de estas cosas, sale del bucle.
Luego pasamos al método Wait, que lo que hace es lo mismo que el bucle, hasta que la tarea no haya finalizado, espera y no sobrepasa a la siguiente línea de código. Una vez acabado, muestra el resultado con la propiedad Result del tipo int, porque es el resultado que entrega el delegado que lanzó. Y el resultadotask03task01

Pero para mi, en este caso usaría lo mismo pero con el método ContinueWith.

static void primeNumbersCount(int max)
        {
            Stopwatch stw = new Stopwatch();
            stw.Start();
            int sec = 0;
            var piXTask = Task.Factory.StartNew(() => Enumerable.Range(2, max).Count(n => Enumerable.Range(2, (int)Math.Sqrt(n) - 1).All(i => n % i > 0)));
            var calculando = "calculando ";
            piXTask.ContinueWith((p) =>
            {
                string text = string.Format("Calculo de {0} números primos menores de {1}", piXTask.Result, max);
                Console.WriteLine(text); Console.WriteLine(string.Format("Tiempo empleado: {0}", stw.Elapsed));
            });
            Console.WriteLine("Esto no ha terminado...");
            Thread.Sleep(1000); sec++;
            while (!piXTask.IsCompleted)
            {
                Thread.Sleep(1000); Console.Clear();
                Console.WriteLine(calculando.PadRight(sec % 5 + 11, '.'));
                Console.WriteLine(string.Format("Tiempo empleado: {0} segundos", sec++));
            }
          }

Aquí podemos apreciar que se lanza la tarea, vemos el método ContinueWith que contiene código en su interior mediante otro delegado y posteriormente el código ese que hemos creado para mostrar cosas mientras la tarea se realiza. Al ejecutarlo, se lanza la tarea y se obvia el código del método ContinueWith en cuestión, continua y pasa al bucle, una vez que ha terminado la tarea, continua con lo que le queda dentro del bloque ContinueWith y se acabó, ¿fácil? facilísimo!!

Video4
Ya veremos en otra ocasión el uso de Arrays de Task, esperas, sincronías entre ellos y alguna otra cosa más.

Un poco de Linq

Un poco de Linq

LINQ en inglés es Language Integrated Query o lenguaje de consultas integrado. Lleva en la brecha desde 2007 con la versión 3.5 de .NET, por tanto no estoy descubriendo nada y para el que no lo conozca, con este post podrá introducirse e implementar sus posibilidades.

LINQ es un lenguaje parecido a SQL, es decir mediante una gramática concreta aplicada sobre un conjunto de datos, obtenemos un resultado que puede ser valores o un conjunto de resultados. Uno de los aspectos fundamentales de este lenguaje es que puede ser usado con cualquier colección de datos, ya sea un array, una lista de objetos, una cadena de texto (es un array), una colección, una clase enumerable, una base de datos, un documento XML, etc.

Primer ejemplo, vamos a enumerar los objetos tipo char de de una cadena de texto ya que un tipo string es lo mismo que array de objetos char; si la cadena de texto es “Wakicode” podríamos obtener los char del siguiente modo:

string cadena = "Wakicode";
var query = from u in cadena
select u;
// el resultado de query es un array de objetos char
// query = {'W', 'a', 'k', 'i', 'c', 'o', 'd', 'e'}

Vamos a repasar la gramática de esta consulta de LINQ. Comienza por from, asignamos la variable usada en la consulta, en este caso u, le decimos mediante in, donde vamos a efectuar la consulta y con select, la salida de la consulta que en este caso es la variable o lo que es lo mismo la variable u que es cada uno de los objetos de la cadena. Si le aplicamos una sentencia condicional, por ejemplo queremos obtener todas las vocales de nuestra cadena y para ello he creado una función que determine si un caracter es vocal y ahora agregamos el predicado where en la sentencia LINQ.

string cadena = "Wakicode";
var query = from u in cadena
where esVocal(u)
            select u;
bool esVocal(char c)
{
return "aeiouAEIOU".Contains(c);
}
// el resultado de query es un array de objetos char
// query = {'a','i','o','e'}

Vamos a crear una lista de enteros desde el valor 0 hasta el 100 y luego ejecutaremos consultas básicas sobre la colección. De momento vamos a obtener los múltiplos de 7.

List list = new List();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
list.Add(i);
}
var query = from u in list
where u % 7 == 0
select u;
// query = {0,7,14,21,28,35,...91,98}

Por último, vamos a complicar la cosa efectuando consultas sobre objetos complejos y para ello creamos una clase persona con alguna propiedad, creamos una colección de esta clase y le agregamos algún objeto.

public class Persona
{
public string Name { get; set; }
public string City { get; set; }
public int Age { get; set; }
}

public class Main
{
public Main()
{
List people = new List();
// añadimos unos objetos

people.Add(new Persona() { Name = "Donald Trump", City = "Washington", Age = 56 });
people.Add(new Persona() { Name = "Tiriti Trump", City = "New York", Age = 45 });
people.Add(new Persona() { Name = "Michael Knight", City = "Washington", Age = 35 });
people.Add(new Persona() { Name = "Paul Churches", City = "Teheran", Age = 34 });
people.Add(new Persona() { Name = "John Charles Purse", City = "Valencia", Age = 25 });

var query = from u in people
where u.Name.Contains("Trump")
select u.Name;
// query = Donald Trump, Tiriti Trump

var query1 = from u in people
where u.City.Contains("Washington")
select u.Name;
// query1 = Donald Trump, Michael Knight

var query2 = from u in people
where u.Age < 40
select u.Name;
// query2 = Michael Knight, Paul Churches, John Charles Purse
}
}

Podemos apreciar que a la variable u le corresponde el valor de cada uno de los objetos de la lista en cada iteración, les aplica el filtro y se agregan a la variable si cumplen con la condición, pero se agregan según la clausula select. En el caso del ejemplo, seleccionamos la propiedad del tipo string Name, pero si hubieramos dejado select u, estariamos creando una consulta con objetos del tipo Persona pudiendo posteriormente usar alguna de las propiedades del objeto.

var query2 = from u in people
                         where u.Age < 40
                         select u;
            foreach (var item in query2)
            {
                Console.WriteLine(string.Format("Nombre: {0}, Edad: {1}", item.Name, item.Age));
            }
//Nombre: Michael Knight, Edad: 35
//Nombre: Paul Churches, Edad: 34
//Nombre: John Charles Purse, Edad: 25

Como ya comentamos al inicio, podemos usar Linq con cualquier colección y su uso con bases de datos es fantástico, de hecho existe una herramienta LinqToSql que genera las clases y propiedades (tablas y campos) de una base de datos automáticamente, de modo que podemos acceder a los datos de las tablas y sus relaciones de un modo rápido y eficaz.
Pd: Para el que quiera avanzar, puede hacerlo con el siguiente libro.