数据结构与算法笔记day20:图的表示|深度和广度优先搜索|字符串匹配基础

    1图的表示

        这节课学习了这种非线性表数据结构,关于图,我们需要理解这样几个概念:无向图、有向图、带权图、定点、边、度、入度、出度。除此之外,我们还学习了图的两个主要的存储方式:邻接矩阵邻接表

        邻接矩阵存储方法的缺点是比较浪费空间,但是优点是查询效率高,而且方便矩阵运算。邻接表存储方法中每个顶点都对应一个链表,存储与其相连接的其他顶点。尽管邻接表的存储方式比较节省存储空间,但链表不方便查找,所以查询效率没有邻接矩阵存储方式高。针对这个问题,邻接表还有改进升级版,即将链表换成更加高效的动态数据结构,比如平衡二叉查找树、跳表、散列表等。

    2深度和广度优先搜索

        广度优先搜索和深度优先搜索是图上的两种最常用、最基本的搜索算法,比起其他高级的搜索算法,比如A*、IDA*等,要简单粗暴,没有什么优化,所以,也被叫做暴力搜索算法。所以,这两种搜索算法仅适用于状态空间不大,也就是说图不大的搜索。

        广度优先搜索,通俗的理解就是,地毯式层层推进,从起始顶点开始,依次往外遍历。广度优先搜索需要借助队列来实现,遍历得到的路径就是,起始顶点到终止顶点的最短路径。    

        深度优先搜索用的是回溯思想,非常适合用递归实现。换种说法,深度优先搜索是借助栈来实现的。

        在执行效率方面,深度优先搜索和广度优先搜索的时间复杂度都是O(E),空间复杂度是O(V)

    3字符串匹配基础(上)

        这节课学习了两种字符串匹配算法,BF算法和RK算法。

        BF算法是最简单、粗暴的字符串匹配算法,它的实现思路是,拿模式串与主串中所有子串匹配,看是否有能匹配的子串。所以,时间复杂度也比较高,是O(n*m),n、m表示主串和模式串的长度。不过在实际的软件开发中,这种算法实现简单,对于处理小规模的字符串匹配很好用。

        RK算法是借助哈希算法对BF算法进行改造,即对每个子串分别求哈希值,然后拿子串的哈希值与模式串的哈希值比较,减少了比较的时间。所以,理想情况下,RK算法的时间复杂度是O(n),跟BF算法相比,效率提高了很多。不过这样的效率取决于哈希算法的设计方法,如果存在冲突的情况下,时间复杂度可能会退化。极端情况下,哈希算法大量冲突,时间复杂度就退化为O(n*m)。

    4字符串匹配基础(中)

        这节课学习了一种比较复杂的字符串匹配算法,BM算法。尽管复杂、难懂,但是匹配的效率却很高,在实际的软件开发中,特别是一些文本编辑器中,应用很多。

        BM算法的核心思想是,利用模式串本身的特点,在模式串中某个字符与主串不能匹配的时候,将模式串往后多滑动几位,以此来减少不必要的字符比较,提高匹配的效率。BM算法构建的规则有两类,坏字符规则好后缀规则。好后缀规则可以独立于坏字符规则使用,因为坏字符规则的实现比较消耗内存,为了节省内存,我们可以只用好后缀规则来实现BM算法。

    5字符串匹配基础(下)

        KMP算法和上一节讲的BM算法的本质非常类似,都是根据规律在遇到坏字符的时候,把模式串往后多滑动几位。

        BM算法有两个规则,坏字符和好后缀。KMP算法借鉴BM算法的思想,可以总结成好前缀规则。这里面最难懂的就是next数组的计算。如果用最笨的方法来计算,确实不难,但是效率会比较低。所以我们学习了一种类似动态规划的方法,按照下标i从小到大,依次计算next[i],并且next[i]的计算通过前面已经计算出来的next[0],next[1],......,next[i-1]来推导。

        KMP算法的时间复杂度是O(n+m),不过它的分析过程稍微需要一点技巧,不那么直观,我们懂了即可,无需掌握,在平常的开发中,很少会有这么难分析的代码。

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