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文章目录
《算法》全书组织结构
- 基础：介绍实现，分析和比较算法的基本原则和方法，包括下面概述的内容
- 排序：数组排序，优先队列，选举及归并等
- 查找：庞大的数据集查找指定条目的算法
- 图：图的主要内容是对象和它们的连接（有权重和方向），解决最短路径等问题
- 字符串：研究对字符串操作的算法
- 背景：讨论其他领域前沿，如运筹学
概述
-
算法：解决问题的方法
-
数据结构：便于算法操作的组织数据的方法
-
本章介绍学习前的准备：
- Java基础编程模型（用到的Java库，语法等）
- 介绍数据抽象并定义抽象数据类型以进行模块化编程，介绍实现抽象数据类型的过程，即定义其API，通过Java的类机制来使用
- 学习三种基础的抽象数据类型：背包，队列，栈，然后用数组等实现它们的API，作为算法实现的样板和起点
- 分析算法性能方法：基本做法：先对性能提出假设，建模，实验验证，必要时重复上述过程分析算法性能方法
- 最后一个连通性问题，活学活用，最终实现union-find抽象数据结构
算法
- 编写程序：计算机语言实现一个已有方法（载体）
- 是算法，而不是编程语言描述解决问题的方法，该方法要有限，确定，有效
- 以求两非负整数的公约数的算法为例（书）
- 便于算法实现----》数据结构组织数据
- 编写复杂问题，要理解，定义和控制问题的复杂度及分解这些问题，然后选择合适算法
- 选择算法-》分析算法性能（时间空间复杂度）
基础编程模型
- 使用特定编程语言使得分离算法的思想和实现细节变得困难，所以只用大部分编程语言共有的语法
- 实现算法所用到的语言特性，软件库和操作系统特性称为基础编程模型，可作为文档来查询
- P9显示本书代码风格，力求与各种Java编程惯例和语言构造相一致
Java程序基本结构
- 原始数据类型：精确地定义整数，浮点数等（不同取值范围），组合为类似数学公式定义的表达式
- 语句：声明，赋值，条件，循环，调用和返回
- 数组：相同数据类型
- 静态方法：封装和重用代码，使coder能用独立模块编程
- 字符串：一连串字符
- 标准输入/输出
- 数据抽象：定义非原始数据类型，数据抽象和封装（自定义类）
原始数据类型和表达式
- 数据类型：一组数据及对其所能进行的操作的集合
- Java控制变量（通过标识符来引用），而变量有类型和值
- 初级运算（加减乘除）的关键是参与运算的数据类型和产生的数据类型应该一致
表达式
- Java运算符优先级：见书
- 浮点-》整型，会截断小数部分，而非四舍五入
- int型用一个字长为32位的机器字即可表示（有的电脑有字长为64位的机器字，但int型还是32位）
- Java作为强类型语言，会检查类型的一致性
- 用模板来描述语句结构（如判断语句）
代码的简便写法
- 声明与初始化一起
- 隐式赋值：i++;i +=2;
- 单语句省略花括号
静态方法
- 静态方法又称为函数
- 典型静态方法：判断素数，计算平方根等（见书）
- 方法的返回值替代表达式中的方法调用
- 返回语句结束函数并将控制权交给调用者
方法性质
- 方法参数按值传递：方法处理的是参数的值，而不是参数本身，该方式使得改变参数变量的值对调用者无影响（不要试图修改参数变量来改变参数）。值传递意味数组参数将会是原数组的别名（指向同一个内存空间）：方法中使用数组参数变量能引用调用者的数组并改变其内容（不能改变原数组变量本身）
- 方法名可重载
- 方法只能返回一个值，但能包含多个返回语句
- void的静态方法会产生副作用（输入输出等）
递归（❤）
- 递归总有一个简单情况，方法的第一条语句总是包含return的条件语句
- 递归调用自己总是去尝试解决子问题，hence，递归收敛到最简单的情况
- 递归调用的父问题与子问题不该有交集（如二分法的子问题操作的数组部分不同）
静态方法库
- 定义Java类中的一组静态方法
- 模块化即面向对象编程
- Java开发模式是编写一个静态方法库（包含main方法）来完成某任务，实现模块（静态方法库）化编程
- main方法的参数是输入的字符串组成的数组
- main方法可编成测试用例，当用例复杂时，可独立成一模块
外部库
- 系统标准库（默认导入）：java.lang.*
- 导入的系统库
- 第三方库
- 本地库
- 第三方及自己模块化方法编写的方法库扩展了编程模型
- 用例指的是调用其他库中方法的程序
- 实现指的是实现某API的Java代码
- Math库方法实例（见书P17）
- 本书编写的库（见P18-19）
自己编写库
- 编写用例，在实现算法中将计算过程分解为可控的部分
- 明确库与其对应的API（API将实现与调用分离）
- 实现API及能独立测试的main函数
tips
- 创建数组时指明数组大小是因为让编译器知道为数组预留的空间
- 数组的方法，包括reverse和矩阵乘法（见书）
字符串
- 一连串字符（char型值）组成
- 字符串拼接
- 字符串类型转换（同基本数据类型）
- 自动转换：基本数据类型+字符串=字符串
- 命令行参数：main方法的参数是命令行输入的字符串组成的数组
- 以后学习string类在Java中的表示方法
输入输出
- 本书提供一外部库用以建立Java程序与外界交流的简易模型
- 经典模型中，Java程序可从命令行参数或从一个抽象字符流（即标准输入流）中获得输入，并将输出写入一个名为标准输出流的字符流中
- 我们需要考虑Java程序和操作系统之间的接口-》简要地讨论OS和IDE所提供的相应机制：
- 默认情况下，命令行参数，标准输入输出与应用程序绑定，而应用程序是由能接受命令输入的操作系统或开发环境所支持 。我们笼统地用终端来指这个应用程序提供的供输入和显示的窗口
命令和参数
- 通过命令行向OS输入命令行参数（默认为字符串），OS将其传递给Java程序
- OS常用命令（见书,javac/java/more）
标准输出（❤）
- 格式化输出（printf），第一个参数为格式字符串，描述第二个参数如何在输出被转化为一个字符串（PS:该方法有多个参数）
- 格式字符串第一个字符是%，后面跟一个字符表示的转换代码（如d,f,s）， 之间可插入整数表示转换后的字符串宽度），若宽度不够，则左边加空格，要想右边加空格，要使用负宽度，若转换后的字符串宽度要大于指定宽度，则宽度设置忽略
- 实例： “3.2f”:表示小数位保留2位（小数点后的2，若对于字符串，则表示截取的长度），宽度为3（更多见书P23）
- 转换代码表示的数据类型和对应参数数据类型匹配
- Sring的format方法参数同printf
标准输入（❤）
- 从标准输入流中获取数据
- by default，系统会将标准输出定位到虚拟终端
- 输入的内容即为输入流
- 输入时，多参数用空白字符分隔，空白字符包括空格，制表符，换行符等
- 我们标准输入库中静态方法的API(P24)
重定向和管道(理解基本意思)
- 标准输入和输出使得我们可利用命令行的扩展功能，只需要向命令中加入提示符（> 或<），可将输出或输入重定向为一文件
- 标准输出流默认打印至虚拟终端，可重定向为一文件
- 标准输入流默认从终端读取数据，可重定向为一文件
- 一个程序的输出重定向另一个程序的输入称为管道（% java Random 1000 10 20 | java Average）
- 上述解释：两个Java程序，第一个产生随机数，第二个求平均值，将Random的标准输出流和Average的标准输入流指定为同一个流
- 上述方法突破能处理的输入输出流的长度限制（计算机即使没有空间存储10亿个数也行），一边输出，将输出流的末尾添加字符串，一边输入，从输入流的开头删除字符串
- 见书P25图
本书提供的库
- 基于文件的输入输出库（In,Out）：我们库提供了向文件写入或读取文件的数组的方法
- 标准绘图库(StdDraw)：当前，输入输出抽象层的重点只是文本字符串，加入标准绘图库（标准绘图抽象层），产生图像输出的抽象层，该标准绘图库默认比例尺为段位正方形（所有坐标均在0和1之间），标准的实现将画布显示为一窗口，图形为黑色，背景为白色，各API使用见书P26-27
二分查找
- 特点：高效，应用广泛，借此展示学习算法的过程
- 程序见P28
- 关注其功能（波浪线处）：输入流（这里重定向为一文本文件）获取entry，过滤掉存在于白名单文件（另一个文本文件）的entry，并打印（输出）输入流中还剩下的entry
数据抽象
即面向对象编程，模块化编程，其好处在于
- 模块化编程复用代码
- 方便构造数据结构（如链式）
- 准确定义算法问题，如对于一些算法问题，解决方式都是定义数据结构并高效地实现它们的一组操作
答疑
- Java的字节码：Java程序的一种低级表示，可以运行于JVM，将程序抽象为字节码并保证其跨平台性
- Java允许整型溢出并返回错误的值，因为Java对于原始数据类型不自动检查溢出
- 使用内置常数：Double.POSITIVE_INFINITY和Double.NEGATIVE_INFINITY可将double变量初始化为无限大
- Java自动进行类型转换
- 若使用一变量前未初始化，且代码中存在使用该未初始化的变量的路径，Java抛出编译异常
- 1/0与1.0/0.0，前者产生运行时除以0的异常（终止程序，由于该值未定义），后者是无穷大
- 只有原始数据类型定义<和>运算符
- 表达式a/b的商会向0取整
- &，|，^表示整数的位逻辑操作，&&和||仅在独立的布尔表达式中有效
- 嵌套if语句中的else与最近的if相搭配
- for循环头部代码和主体代码在同一个代码段中，递增变量循环结束后便不可用，而等价的while则不然