什么是算法？算法有哪些特性？

人工智能培训课程中会讲到许多算法，那么究竟什么是算法？

算法（algorithm）是解决特定问题的步骤描述，通俗地讲，算法就是描述解决问题步骤的方法。例如，新学期开学，从家到学校的交通方式这个问题就有很多解决方案：有的学生乘坐火车，有的学生乘坐汽车，有的学生乘坐飞机，在本市的可能会自己开车或乘坐公共汽车，离学校近的可能会步行来学校。这里每一种方案就是一种算法，这么多解决方法就是这么多种算法。

在计算机中，算法也是对某一个问题的求解方法，只是它的表现形式是计算机指令的有序序列，执行这些指令就能解决特定的问题。例如，在高级程序设计语言（如C语言）中，常用的排序算法如选择排序、冒泡排序等，都是用计算机指令编写算法，来解决排序问题。

在程序设计中，算法有3种较为常用的表示方法：伪代码法、N-S结构化流程图和流程图法，用得最多的是流程图法，接下来就简单地学习算法的流程图法。流程图是描述问题处理步骤的一种常用图形工具，它由一些图框和流程线组成。使用流程图描述问题的处理步骤，形象观，便于阅读。画流程图时必须按照功能选用相应的流程图符号，常用的流程图符号如图所示。

图1-12所示的流程图符号中列举了4个图框、1个流程线和1个连接点，具体说明如下：

·起止框用于表示流程的开始或结束。

·输入输出框用平行四边形表示，在平行四边形内可以写明输入或输出的内容。

·判断框用菱形表示，它的作用是对条件进行判断，根据条件是否成立来决定如何执行后续的操作。

·处理框用矩形表示，它代表程序中的处理功能，如算术运算和赋值等。

·流程线用单向箭线或直线表示，可以连接不同位置的图框。流程线的标准流向是从左到右和从上到下，可用直线表示，非标准流向的流程线应使用箭头指示方向。

·连接点用圆形表示，用于流程图的延续。通过上面的讲解，读者对流程图符号有了简单的认识。下面以一个数组选择排序算法

的流程图为例，学习简单的流程图，如图所示。

假设一个数组要从小到大排序，结合流程图来分析选择排序的过程：

第一步，在数组中选择出最小的元素，将它与0角标元素交换，即放在开头第1位。

第二步，除0角标元素外，在剩下的待排序元素中选择出最小的元素，将它与1角标元素交换，即放在第2位。

第三步，依次类推，直到完成最后两个元素的排序交换，就完成了升序排列。这样根据流程图来编写算法的指令代码，就会变得清晰简单。读者在以后设计算法时，最好先根据设计思路出算法的流程图，其次分析其可行性，最后再完成代码。
 

算法的特性

一个好的算法，尤其是一个成熟的算法，应该具有以下5个特性：

（1）确定性。算法的每一步都有确定的含义，不会出现二义性。即在相同条件下，只有一条执行路径，相同的输入只会产生相同的输出结果。

（2）可行性。算法的每一步都是可执行的，通过执行有限次操作来完成其功能。

（3）有穷性。一个算法必须在执行有穷步骤之后结束，且每一步都可在有穷时间内完成。这里的有穷概念不是数学意义上的，而是指在实际应用当中可以接受的、合理的时间和步骤。

（4）高效率与低存储。算法的效率通常指的是算法的执行时间，对于同一个问题的多种算法，执行时间短的其效率就高。存储量指的是算法在执行过程中所需的最大存储空间，包括所用到的内存及外存。设计算法时应考虑到执行效率和存储需求，设计出一个“性价比”较高的算法。

要设计出一个好的算法，就要综合考虑其正确性、可读性、健壮性，还要考虑其执行效率和存储量需求。