算法设计与分析---论序

算法绪论

算法设计与分析主要的目的是让我们学会怎么设计高效的算法,分析算法的性能,并且两者交互验证。
什么是交互验证呢,就是在设计出算法的同时,能够分析出来算法的性能。

算法的由来

公元前300年,欧几里得的辗转相除法,算最大公约数。
算法最早出自周髀算经中,随着演进,在魏晋时期的九章算术的割圆术。
唐高宗时,总结出《算经十书》。
等等等等......随着演进,一直到图灵计算机的出现,是算法与计算机的结合。

算法的定义

生活中的算法,就像扑克牌的顺序,就是一种排序。

算法定义:

  • 给定数据输入,计算满足某种性质输出的问题
  • 给定计算问题,算法是一系列定义的计算步骤注意执行计算步骤,得出结果。

插入排序

将数组待排序元素依次插入到已排序的部分,使已排序的部分保持升序的性质

算法实例:

算法设计与分析---论序_第1张图片

一组待排序,将24为已排序的部分,17跟24比较,17<24,将17往前提取。

算法设计与分析---论序_第2张图片

然后一直循环,逐一插入,从而使数据规范化。

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选择排序

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简单来说,就是双指针,第一个指针指向的是顺序,第二个指针寻找最小的值,然后与第一个指针所指的值进行比较。

算法的性质

  1. 有穷性

    • 算法必须在有限个步骤后终止
  2. 确定性

    • 算法必须没有歧义,不能含糊不清
  3. 可行性

    • 可机械的一步一步执行基本操作步骤

算法的表示

自然语言

优势:贴近人类思维

机器语言

优势:精确表达逻辑,避免歧义。
劣势:不同编程语言,有差异。

伪代码

是一种更贴近自然语言,并且移植了编程语言的语法结构。
例如:
算法设计与分析---论序_第5张图片

算法的分析

如何比较不同算法的性能呢,常言道:“快者为优,小者为胜。”算法的性能主要是从两个方面进行比较,一个是时间复杂度,一个是空间复杂度

算法分析的原则

由于计算机性能也会影响算法的运行速度,所以,统一机器性能后,算法运行时间便会依赖于算法的规模,同时,输入的情况也影响算法的时间。

在进行比较时,最好情况不具有普遍性,最坏情况确定上界,更具一般性。

一般情况分析复杂,分析难度大,所以分析时,要统一机器性能,同时分析最坏的情况,这时,输入规模T(n)是影响最大的。

算法分析工具

由于正常分析规模大,所以引进渐进分析。

渐进分析:
在这里插入图片描述

引入渐进分析后,我们在分析算法的时间复杂度时,只关注最高阶便可。

同时,渐进分为渐近上界,渐进下界,渐进紧确界。

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算法分析实例

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渐近上界是该曲线的最大值,也就是最坏情况下我们的取值。

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一般用渐进上界来确定时间复杂度。
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