算法设计与分析基础(python实现)-- 1

欧几里得算法求最大公约数
其方法就是重复应用下列等式,知道m mod n等于0:

gcd(m,n) = gcd(n,m mod n)

python代码

def gdc(m, n):
    if n == 0:
        return m
    else:
        tmp = m
        m = n
        n = tmp%n
        print('gdc({},{})'.format(m,n))
        return gdc(m,n)

if __name__ == "__main__":
    m = input('first number:')
    n = input('second number:')
    value = gdc(int(m), int(n))
    print('gdc value is {}'.format(value))

斐波那切数列(递归与非递归方法)

fib1.py
def fib(n):
    if n<=1:
        return n
    else:
        return fib(n-1)+fib(n-2)

if __name__ == "__main__":
    n = int(input('input a number:'))
    sum = fib(n)
    print('Fib value is {}'.format(sum))
fib2.py
def fib(n):
    num1 = 0
    num2 = 1
    for i in range(1,n):
        fibnum = num1 + num2
        num1 = num2
        num2 = fibnum
    return fibnum

if __name__ =="__main__":
    num = int(input('input a num:'))
    fibnum = fib(10)    
    print('Fib value is:{}'.format(fibnum))

蛮力法:

选择排序

def selection_sort(c_list):
    length = len(c_list)
    for i in range(length-1):
        t_list = c_list[i:]
        print(t_list)
        min_num = min(t_list)
        index = c_list.index(min_num)
        c_list[i], c_list[index] = c_list[index], c_list[i]
    return c_list

if __name__ == '__main__':
    c_list = [3,5,4,1,2]
    ret_list = selection_sort(c_list)
    print(ret_list)

冒泡排序:

def bubble_sort(c_list):
    length = len(c_list)
    for i in range(length-1):
        for j in range(length-1-i):
            if c_list[j] > c_list[j+1]:
                c_list[j], c_list[j+1] = c_list[j+1], c_list[j]
    return c_list

if __name__ == '__main__':
    c_list = [3,5,4,1,2]
    ret_list = bubble_sort(c_list)
    print(ret_list)

蛮力查找

def sequential_search(c_list, t):
    for item in c_list:
        if item == t:
            return 'found'
    return 'not found'

if __name__ == '__main__':
    c_list = [3,4,5,1,2]
    t = 3
    print(sequential_search(c_list, t))
    t = 6
    print(sequential_search(c_list, t))

书上还有一个蛮力字符串匹配,蛮力法实在是简单暴力,这个就略了。
下面还是在蛮力法,不过是对一些著名问题的蛮力求解的解法,如凸包、背包、旅行商等等。以后章节会有其相应的最优解法。
最近对问题
要求:找出一个包含n个点的集合中距离最近的两个点。

import math
def closest_points(p_list):
    length = len(p_list)
    dmin = float('inf')
    dmin_node1 = dmin_node2 = 0
    for i in range(length-1):
        p1 = p_list[i]
        for j in range(i+1, length):
            p2 = p_list[j]
            dis = math.sqrt(pow(p1[0]-p2[0],2)+pow(p1[1]-p2[1],2))
            if dis < dmin:
                dmin = dis
                dmin_node1 = p1
                dmin_node2 = p2
    print('closest points is:',p1,p2)
    print('min distance is:',dmin)

if __name__ == '__main__':
    p_list = [(1,1), (2,2), (2,1)]
    closest_points(p_list)

也可以减少计算,不计算平方根函数,只求平方和。

凸包问题
凸集合:在欧氏空间中,凸集是对于集合内的每一对点,连接该对点的直线段上的每个点也在该集合内。
凸包:对于平面上n个点的集合,它的凸包就是包含所有这些点(或者在内部,或者在边界上)的最小凸多边形。对这个概念,其实还蛮抽象的,书上有一个更加温和的解释,把所讨论的点想象成定在胶合板上的钉子,胶合板代表平面,撑开一根橡皮筋,把所有的钉子都围住,然后松开手,凸包就是以橡皮圈为边界的区域。
因此,凸包问题就是为一个n个点的集合构造凸包的问题。
用蛮力法可以这样理解,线段构成了凸包的边界,那么就可以基于这个设计一个简单但缺乏效率的算法:对于一个n个点集合中的两个点Pi和Pj,当且仅当该集合中的其他点都位于这两点的直线的同一边时,他们的连线是该集合凸包边界的一部分。对每一对点都做一遍检验后,满足该条件的线段就构成了该凸包的边界。

def convex(n_list):
    length = len(n_list)
    for i in range(length-1):
        pi = n_list[i]
        for j in range(i+1, length):
            pj = n_list[j]
            a = pj[1] - pi[1]
            b = pi[0] - pj[0]
            c = pi[0]*pj[1] - pi[1]*pj[0]
            j_dic = {}
            for k in range(length):
                pk = n_list[k]
                if k!=i and k!=j:
                    if a*pk[0]+b*pk[1] < c:
                        j_dic['negative'] = True
                    else:
                        j_dic['positive'] = True
            if len(j_dic) == 1:
                print('edge:',pi,pj)

if __name__ == '__main__':
    n_list = [(0,0),(1,0),(0.5,1)]
    n_list = [(5,0),(4,2),(0,0),(3,1),(6,1),(4,3),(0,3),(2,2)]
    convex(n_list)

旅行商问题
算法设计与分析基础(python实现)-- 1_第1张图片
背包问题
算法设计与分析基础(python实现)-- 1_第2张图片
算法设计与分析基础(python实现)-- 1_第3张图片
分配问题
算法设计与分析基础(python实现)-- 1_第4张图片
总结
蛮力法的优点就是能够以一种简单的方法解决问题,暴力求解,直接基于问题的描述和概念定义等切入。
缺点就是蛮力法基本上效率都不高,但是也可以在其基础上进行适当的修改提升效率。

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