《图解算法》读后

有一本像小说一样有趣的算法入门书,我不会告诉你,它的封面是下面那样。

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一.二分查找

        在大学毕业之际,室友聚餐,在等菜的时候,为了打发无聊的时间,大家又不想各看手机,最后决定玩猜数字游戏。每个人轮流各出一个数字,然后大家猜,在一百以内,

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        大家没有从1开始去一个一个往上猜(不过这样的确可以打发时间),大家都是从中间50开始猜的。

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      不管是小了还是大了,首先会排除一半的数字,假设猜小了,那下一个人就会猜50到100中间的数字75,

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大了,那又排除了一半的数字,接下来的人就去猜50到75之间的数字63。

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是的,没错,这就是二分查找,每次猜测排除的数字个数如下,

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不管这个数字是多少,轮流到第7个人的时候一定会猜到。

        一般而言,对于包含n个元素的列表,用二分查找最多需要log2n(这里的2是底)步,而简单查找(前面所说的从1开始一个一个猜的情况)最多需要n步。

下面看看用python写的完整代码(书中的):

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我用c语言给大家也给出了一个接口:

int SearchFun(int a[], int n, int x)

{

int mid,low,high;

low=0;

high=n-1;

while(low <= high)

{

mid=(low+high)/2;

if(a[mid] ==x)

      return mid;

else if(a[mid] >x)

    high = mid-1;

else

    low = mid+1;

}

return -1;

}


运行时间

      每次介绍算法时,我都将讨论其运行时间。一般而言,应选择效率最高的算法,以最大限度地减少运行时间或占用空间。

        回到前面的二分查找。使用它可节省多少时间呢?简单查找逐个地检查数字,如果列表包含100个数字,最多需要猜100次。如果列表包含40亿个数字,最多需要猜40亿次。换言之,最多需要猜测的次数与列表长度相同,这被称为线性时间(linear time)。

        二分查找则不同。如果列表包含100个元素,最多要猜7次;如果列表包含40亿个数字,最多需猜32次。厉害吧?二分查找的运行时间为对数时间(或log时间)。下表总结了我们发现的情况。

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常见的大O运行时间

下面按从快到慢的顺序列出了你经常会遇到的5种大O运行时间。

❑ O(log n),也叫对数时间,这样的算法包括二分查找。

❑ O(n),也叫线性时间,这样的算法包括简单查找。

❑ O(n * log n),这样的算法包括第4章将介绍的快速排序——一种速度较快的排序算法。

❑ O(n2),这样的算法包括第2章将介绍的选择排序——一种速度较慢的排序算法。

❑ O(n! ),这样的算法包括接下来将介绍的旅行商问题的解决方案——一种非常慢的算法。


二、排序算法

二分查找法的前提是,查找的这一系列数字串必须是有序的。

在学习查找算法前我们简单的了解一下数组和链表。

数组链表

假设你要编写一个

管理待办事项的应用程序,为此你需要将这些待办事项储存在内存中,是使用数组还是链表呢?

我们先说使用数组吧,使用数组意味着所有待办事项在内存中都是相连的(紧靠在一起的)。

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如果你要添加第四个待办事项,但是第四个被别人给占了

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就相当于你和朋友一起去看电影,你们先左下,如果再来一个朋友,发现坐的地方没有空位置了,但你们必须要坐到一起,因此你们都要起来去找一个可以左下你们且椅子连着的位置。一个解决的办法是"预留座位",即使只有三个人,但预留十个座位,这样一来,如果后面还有人来就不用再去占位置了,就相当于在图书馆里占座位,不过这样一来有两个缺点

1.浪费内存

2.如果超过了10个还得移位子

链表

链表中的元素可存储在内存的任何地方。

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链表的每个元素都存储了下一个元素的地址,从而使一系列随机的内存地址串在一起。

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使用链表试,根本不需要移动元素。假设你与五位朋友去看一部很火的电影。你们六人想坐在一起,但看电影的人较多,没有六个在一起的座位。这个时候不需要坐在一起,链表相当于来说,"我们分开坐",这也就是链表的优势——插入。

数组

链表在读取最后一个元素的时候,你不能直接去读取,因为你不知道它所处的地址,必须一个一个访问,直到访问最后一个元素。需要同时读取所有元素时,链表的效率很高:你读取第一个元素,根据其中的地址再读取第二个元素,以此类推。但如果你需要跳跃,链表的效率真的很低。

数组与此不同:你知道其中每个元素的地址。例如,假设有一个数组,它包含五个元素,起始地址为00,那么元素#5的地址是多少呢?

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只需执行简单的数学运算就知道:04。需要随机地读取元素时,数组的效率很高,因为可迅速找到数组的任何元素。

总结

链表的优势:插入、删除

数组的优势:读取

下面是常见数组和链表操作的运行时间。

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选择排序

看看书中的讲解。

你的计算机中储存了很多歌曲

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你要将这个列表按照从多到少的顺序排序,一种办法是我们遍历整个数组,找到听的次数最多的那首歌曲放到一个新列表中

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再次这样做,找到第二多

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继续这样做,你将得到一个这样的列表

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以上的排序方法就是选择排序,选择排序是一种灵巧的算法,但其速度不是很快。

python代码

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我在此给出了c语言接口:

void SelectionSort(int *a,int len)

{

int i,j,k;

int temp;

for(i=0;i < len-1;i++)

{

      k=i;

      for(j=i+1;j<len;j++)

      {

            if(a[j] < a[k])

                    k=j;

      }

      if(k!=i)

    {

            temp=a[i];

            a[i]=a[k];

            a[k]=temp;

      }

}

}

注:文章中的图片均是来自本书。

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