算法分析一般步骤

    很多程序员都爱犯的一个毛病,就是刚开始动手写代码就想找到最优解,对那些已经被人解决过的问题,还可以通过网络获取最优化的解决方案,当进入一个全新的领域,这种想毕其功于一役的想法会限制人的能力,推迟项目进度。

更一般的做法是:

1)先分析问题,找到一个可行的方案

2)将方案落地

3)思考当问题规模增大一个量级(10倍)时,这套方案能在可接受的时间内给出问题答案吗

4)如果随着问题规模不断增长,方案不能在期望时间内给出问题答案,我们就要分析,那一块儿出现了性能瓶颈,优化它

5) 就这样不断优化方案,直到处理能力达到数学规定的上界,就有了最优解

来看一个twoSum问题:

输入一个数组,找出数组中和为0的数字对之和。

先给出一个简单的方案:使用暴力枚举法,粗犷,但是能解决小规模问题

public class TwoSum {

    public static int twoSum(int[] arr){

        int cnt = 0;

        for(int i = 0; i < arr.length; i++)

            for(int j = i + 1; j < arr.length; j++)

                if(arr[i] + arr[j] == 0)

                    cnt++;

        return cnt;

    }

    public static void main(String[] args) {

        int[] arr = {1,-1,0,2,-2,3,-3,5,6,7,-7};

        System.out.println(TwoSum.twoSum(arr));

    }

这个方案的复杂度是n^2,随着问题规模不断增大,性能会越来越差,难以满足需求,那就想办法将其复杂度降为n\lg n,即问题转化为将一个n降为\ln n。我们知道二分法可以实现这种需求:

public class BinarySearch {

    public static int rank(int key, int[] arr) {

        if(arr == null || arr.length == 0) {

            return -1;

        }

        int high = arr.length - 1;

        int low = 0;

        while(low <= high) {

            int mid = low + (high -low)/2;

            if(arr[mid] == key){

                return mid;

            }

            if(arr[mid] > key) {

                high = mid - 1;

            }

            if(arr[mid] < key) {

                low = mid + 1;

            }

        }

        return -1;

    }

    public static void main(String[] args) {

        int[] arr = {1,2,3,4,5,6,7,-1,10,15};

        System.out.println(BinarySearch.rank(5, arr));

    }

利用二分法来改进算法:

public class TwoSumFast {

    public static int twoSumFast(int[] arr){

        int cnt = 0;

        Arrays.sort(arr);

        for(int i = 0; i < arr.length; i++) {

            if(BinarySearch.rank(-arr[i], arr) > i) {

                cnt++;

            }

        }

        return cnt;

    }

    public static void main(String[] args) {

        int[] arr = {1,-1,0,2,-2,3,-3,5,6,7,-7};

        System.out.println(TwoSumFast.twoSumFast(arr));

    }

须知,如果a[i] + a[j] = 0,那么a[j] = -a[i],即遍历数组,如果存在-a[i],那么一定存在满足twoSum规则的子数组。

那么还有比这种防范更快的算法吗?数学上可以证明,没有,这是最优解了。

最后,要明白一点:一个能不断演化的算法更有价值,一个能不断成长的人生更有意义!

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