BIG O NOTATION - Swift Algorithms

現在打算把握自己的時間，一天至少要多吸收一些寫程式的知識，

打算在畢業之後，可以到目標的公司做出很棒的App，

不過當初在大學時候的計算機的課，還是學得不夠深入，總覺得這塊缺了點什麼。

由於訂閱NatashaTheRobot的Newsletter，所以看到一本講解Swift的演算法的書，叫做The Swift Algorithms Book，而如果透過他的推薦碼去購買，有折扣啦，所以我就在這個拮据的狀況，還是買了這本書。

// 想要優惠碼的是可以問我，私下告訴你：）

各位先別買啊，且讓我先讀一讀。

既然花了錢了，就得要看啊，不然可浪費了。

那要看，就得持之以恆囉。

所以預計每天都學一個概念，然後把它記錄在這邊，說不定讀的人也可以受益。

今天要說的主題是，大O，BIG O NOTATION。

這是一個談到演算法，就必定會碰到的一個，大家用來判斷演算法誰快誰慢的一種方式，大概可以這樣解釋。

隨著輸入的N的成長，這個演算法的效率會如何變化，在計算機科學CS當中，就是用BIG O NOTATION去表示，啊....怎麼表示勒。

想要了解它，就讓我們來看看兩種搜尋演算法，應用在排序過的陣列Array上效率的比較吧。

假設要在一個排序過的陣列裡，找到指定的數字：

例如

let numberList : Array = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

Linear Search

這個方法基本上就是暴力算法，就是從第一個一直找到最後一個，就知道有沒有包含那個數。

// 這邊透過extension來給Array新增一個比較的method
extension Array where Element: Comparable {
 
    func linearSearch(forElement key: Element) -> Bool {
                 
        //check all possible values
        for number in self {
            if number == key {
                return true
            }
        }
         
        return false        
    }
}
 
//execute search
let isFound: Bool = numberList.linearSearch(forElement: 8)

很明顯的，這種演算法，會隨著陣列的大小，線性的影響搜尋的時間。

如果用大O來表示，就是O(n)

// 如果有不懂什麼叫線性的人要說耶

Binary Search

再來，Binary Search，他是以對數logarithms成長，對數

先讓我們來看看Swift的程式：

extension Array where Element: Comparable {
     
     mutating func binarySearch(forElement key: Element) -> Bool {
                 
        var result = false
         
        //establish indices
        let min = self.startIndex
        let max = self.endIndex - 1
        let mid = self.midIndex()
         
         
        //check bounds
        if key > self[max] || key < self[min] {
            print("search value \(key) not found..")
            return false
        }
         
         
        //evaluate chosen number..
        let n = self[mid]
         
        print(String(describing: n) + "value attempted..")
         
         
        if n > key {
            var slice = Array(self[min...mid - 1])
            result = slice.binarySearch(forElement: key)
        }
             
        else if n < key {
            var slice = Array(self[mid + 1...max])
            result = slice.binarySearch(forElement: key)
        }
             
        else {
            print("search value \(key) found..")
            result = true
        }
         
        return result
    }
 
 
    //returns middle index
    func midIndex() -> Index {
        return startIndex + (count / 2)
    }
 
}

最後執行它：

//execute search
let isFound: Bool = numberList.binarySearch(forElement: 8)

簡單的敘述的話就是，因為這是個排序過的陣列，所以如果要找的數，比最小的小，或者比最大的大，代表不可能找到答案，直接回答沒有。

而如果可能有，就從中間開始比，好像玩終極密碼一樣，一直切。如果不是中間，比中間大，那就再從中間到最大值之間做一次一樣的事，直到找到為止。

這個方式如果用大O表示，就是O(log n)

我們可以知道這個演算法與Array大小成長的關係，透過O()來表達了。

把它變成圖形的話，就像這樣：

而我們可以看到，在數字小的時候，兩個需要比較的次數是沒什麼差別的，但隨著數字的增加，Binary Search的速度明顯地比線性的要快很多。

在之後的演算法的筆記當中，Big O Notation會是一個基準，要有演算法的思維，就必須先學會這個概念，才能讓我們比較並且找出最有效率以及最有效的手段。

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會有一些專有名詞：

• asymptotic analysis : is the process of describing the efficiency of algorithms as their input size (n) grows.

相關連結：
swift-algorithm-club

Reference: Wayne Bishop. “SWIFT ALGORITHMS & DATA STRUCTURES.”