数据结构学习笔记二 - 算法

算法

算法定义

算法是解决特定问题求解步骤的描述,在计算机中表现为指令的有限序列,并且每条指令表示一个或多个操作;
特性:输入、输出、有穷性、确定性和可行性;

输入输出

算法具有零个或者多个输入,算法至少有一个或者多个输出;

有穷性

指算法在执行有限的步骤之后,自动结束而不会出现无线循环,并且每一个步骤在可接受的时间内完成;

确定性

算法的每一步骤都具有确定的含义,不会出现二义性。

可行性

算法的每一步都必须是可行的,也就是说,每一步都能通过执行有限的次数完成。

算法的数据要求

正确性

算法的正确性是指算法至少应该具有输入、输出和加工处理无歧义、能正确反映问题的需求、能够得到问题的正确答案;

  • 算法程序没有语法错误;
  • 算法程序对于合法的输入数据能够产生满足要求的输出结果;
  • 算法程序对于非法的输入数据能够得出满足规格说明的结果;
  • 算法程序对于精心选择的,甚至刁难的测试数据都有满足要求的输出结果;

可读性

算法设计的另一目的是为了便于阅读、理解和交流;

健壮性

当输入数据不合法时,书法也能做出相关处理,而不是产生异常或者莫名其妙的结果;

时间效率高和存储量低

算法效率的度量方法

  • 事后统计法:这种方法主要是通过设计好的测试程序和数据,利用计算机计时器对不同算法编制的程序的运行时间进行比较,从而确定算法效率的高低;

  • 事前分析估算方法: 在计算机程序编制钱,依据统计方法对算法进行估算;

函数的渐近增长

输入规模 n 在没有限制的情况下,只要超过一个数值N,这个函数就总大于另一个函数,称这个函数是渐进增长的;

给定两个函数f(n) 和g(n),如果存在一个整数 N,使得对于所有的 n>N,f(n) 总比 g(n) 大,那么,我们说 f(n) 的增长渐近快鱼 g(n);

判断一个算法的效率时,函数中的常数和其他次要项常常可以忽略,而更应该关注主项(最高阶项)的阶数;

算法时间复杂度

在进行算法分析时,语句执行次数 T(n) 是关于问题规模 n 的函数,进而分析 T(n) 随 n 的变化情况确定 T(n) 的数量级。算法的时间复杂度,也就是算法的时间量度记作 T(n) = O(f(n))。它表示随问题规模 n 的增大算法执行时间的增长率和 f(n) 的增长率相同,称作算法的渐近时间复杂度,简称为时间复杂度。其中 f(n) 是问题规模 n 的某个函数。

  • 一般情况下 随着 n 的增大, T(n) 增长最慢的算法称为最优算法;

推导大O阶方法

1、用常数1取代运行时间中的所有加法常数;
2、在修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项;
3、如果最高阶项存在且不是1,则去除与这个项相乘的常数;
4、得到的结果就是大O阶。

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