算法入门1:基本概念

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1.  算法是什么

算法:顾名思义,一种计算的方法,在程序设计上,就表现为一组指令序列。

为了使得算法有意义,还规定算法必须是有限的和确定的,也就是说算法的执行时间有限、执行的过程是确定的。

 

比如我们写了代码

  1. int a = 10; //a,b为输入数据
  2. int b = 20;
  3. int c = a+b; //c为输出数据,算法为加法运算

这其实就是一个算法的具体实现(程序就是算法的具体实现,但不是所有程序都能认为是算法的实现,比如while(1) 死循环程序,因为不满足算法的有限性)。

总结:

  • 算法具有4个性质:输入、输出、确定性、有限性
  • 算法是方法,程序是方法的具体实现

当一个算法对每组输入数据,都能得到正确的输出数据,则称算法是正确的,否则称之为错误的

2.  如何评价算法

为了实现同样一个需求,可以设计出各种不同的算法。

典型的,对一组数据排序,可以有直接插入法、冒泡排序法、堆排序等等;

简单的,实现从1累加到100,可以计算1+2+…+100,也可以计算50*(1+100);

 

如何评价一个算法的优劣?

对于程序设计而言,无非就是两个方面:算法有多快?(时间效率);内存耗得多不多?(空间效率)

我们称之为算法的复杂度分析,包括上述两个方面,各自称为时间复杂度分析和空间复杂度分析。通常我们更关注的是算法的时间复杂度。

 

时间复杂度分析

设问题规模为n,即输入数据的大小,时间复杂度记为T(n)

比如n个输入数据,需要做2*n个基本运算,那么T(n) = 2*n

下面的程序中,对一个n数据遍历了两次,其T(n) = 2*n

  1. #include <stdio.h>
  2. #define n 5
  3. int main()
  4. {
  5. int i;
  6. int data[n] = { 1, 2, 3, 4, 5};
  7. for(i= 0;i<n;i++)
  8. {
  9. data[i] += 1;
  10. }
  11. for(i= 0;i<n;++)
  12. {
  13. printf( "%d",data[i]);
  14. }
  15. return 0;
  16. }

再如嵌套两次循环,每次循环都是1至n,则其T(n) = n2

这里提的基本运算,可以是一条语句,也可以是一组语句,更具实际情况而定。

 

渐进时间复杂度

通常,我们分析算法的复杂度不需要考虑的这么具体,精确到2*n,3*n2+1等等,只需要考虑它的数量级就可以了,这就是渐进时间复杂度O(n),也即是nà∞时,T(n) -> O(n)

备注:准确的说,O(n) 是渐进上界,相对的也就有渐进下界。但在实际分析时,通常直接说某某算法的时间复杂度为O(n)

 

O(n) 其实就是T(n)省略了低阶项和常数项

比如:     T(n) = 2*n        则O(n)=n,     实际中就称算法时间复杂度为n

                   T(n)= 3*n2           则O(n)=n2,  实际中就称算法时间复杂度为n2

T(n) =3* log(n)则O(n)=log(n),    实际中就称算法时间复杂度为log(n)

空间复杂度分析

分析算法运行过程中所占用存储空间大小,其分析和时间复杂度类似。

如果使用1个基本空间单位,则空间复杂度为O(1)

如果使用n个基本空间单位,则空间复杂度为O(n)

这里说的空间复杂度实际中也是渐进空间复杂度。


以上就是结合实际使用,给出的算法的基本概念。一般来说,知道这些就够了。

如果有兴趣了解更多,可以自己查找更专业的资料来补充。


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作者 :JarvisChu

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