• 【数据结构专题-02】算法介绍


    摘要:最近在学习数据结构,使用的教材是《大话数据结构》,在这里分享自己所做的笔记,作为巩固所学和交流分享之用!


    1.引子:计算数列和

    现在来设计这样一个程序,计算1+2+3+…+100

    C++语言实现:

    int i=1,sum=0,n=100;
    for(;i<=n;i++)
      sum+=i;
    cout<<sum;

    一种优化的方式:sum=(1+100)+(2+99)+…+(50+51)=101*50

    int sum=0,n=100;
    sum=(1+n)*n/2;
    cout<<sum;

    2.算法

    • 算法是解决特定问题求解步骤的描述,在计算机中表现为指令的有限序列,并且每条指令表示一个或者多个操作。
    • 算法的特性
      • 输入输出 :算法有0个或者多个输入,至少有一个输出。
      • 有穷性 :算法在执行有限步骤之后,自动结束而不会出现无限循环,并且每一个步骤在有限的时间内完成。
      • 确定性 :算法的每一步都具有确定的含义,不会出现二义性。
      • 可行性 :算法的每一步都必须是可行的。
    • 算法设计的要求
      • 正确性 :指算法至少应该具有输入、输出和加工处理无歧义性、能正确反映问题的需求、能够得到问题的正确答案。
      • 可读性 :算法设计的另一目的是为了便于阅读、理解和交流。
      • 健壮性 :当输入不合理时,算法也应该能做出相关处理,而不是产生异常或者莫名其妙的结果。
      • 时间效率高和存储量低
    • 算法效率的度量方法
      • 事后统计方法:主要通过设计好的测试程序和数据,利用计算机计时器对不同算法编制的程序的运行时间进行比较,从而确定算法效率的高低。
      • 事前分析估算法:在计算机程序编制前,依据统计方法对算法进行估算。

    3.算法的时间复杂度

    • 时间复杂度定义:在进行算法分析时,语句总的执行次数T{n} 是关于问题规模n的函数,进而分析T{n}随n的变化情况并确定T{n}的数量级。算法的时间复杂度,也就是算法的时间度量,记作:T{n}=O(f(n))。它表示随问题规模n的增大,算法执行时间的增长率和f(n)的增长率相同,称作算法的渐近时间复杂度,简称为时间复杂度。其中f(n)是问题规模n的某个函数。称这样的表示方法为:大O记法。

    • 推导大O阶方法:

      • 用常数1取代运行时间中的所有加项常数
      • 保留修改后的最高阶项
      • 若最高阶项系数不为1,则修改为1
    • 常见的时间复杂度:

      • 常数阶:O(1)

      • 线性阶:O(n)

      • 平方阶:O(n2)

      • 对数阶:O(logn)

      • nlogn阶:O(nlogn)

      • 立方阶:O(n3)

      • 指数阶:O(2n)

      • 基时间复杂度基本关系:
        O(1)<O(logn)<O(n)<O(nlogn)<O(n2)<O(n3)<O(2n)<O(n!)<O(nn)

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