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introduction, computational complexity.
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在正式探讨算法之前,有一个有趣的事实值得分享:**你已经在不知不觉中学会了许多算法,并习惯将它们应用到日常生活中了**。下面,我将举几个具体例子来证实这一点。
**例一:查阅字典**。在字典里,每个汉字都对应一个拼音,而字典是按照拼音的英文字母顺序排列的。假设我们需要查找一个拼音首字母为 $r$ 的字,通常会这样操作:
**例一:查阅字典**。在字典里,每个汉字都对应一个拼音,而字典是按照拼音字母顺序排列的。假设我们需要查找一个拼音首字母为 $r$ 的字,通常会按照下图所示的方式实现。
1. 翻开字典约一半的页数,查看该页首字母是什么,假设首字母为 $m$ 。
2. 由于在英文字母表中 $r$ 位于 $m$ 之后,所以排除字典前半部分,查找范围缩小到后半部分。
3. 不断重复步骤 1-2 ,直至找到拼音首字母为 $r$ 的页码为止。
1. 翻开字典约一半的页数,查看该页首字母是什么,假设首字母为 $m$ 。
2. 由于在拼音字母表中 $r$ 位于 $m$ 之后,所以排除字典前半部分,查找范围缩小到后半部分。
3. 不断重复步骤 `1.` 和 步骤 `2.` ,直至找到拼音首字母为 $r$ 的页码为止。
=== "<1>"
![查字典步骤](algorithms_are_everywhere.assets/binary_search_dictionary_step_1.png)
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=== "<5>"
![binary_search_dictionary_step_5](algorithms_are_everywhere.assets/binary_search_dictionary_step_5.png)
查阅字典这个小学生必备技能,实际上就是著名的二分查找。从数据结构的角度,我们可以把字典视为一个已排序的「数组」;从算法的角度,我们可以将上述查字典的一系列操作看作是「二分查找」算法
查阅字典这个小学生必备技能,实际上就是著名的二分查找算法。从数据结构的角度,我们可以把字典视为一个已排序的「数组」;从算法的角度,我们可以将上述查字典的一系列操作看作是「二分查找」。
**例二:整理扑克**。我们在打牌时,每局都需要整理扑克牌,使其从小到大排列,实现流程如下
**例二:整理扑克**。我们在打牌时,每局都需要整理扑克牌,使其从小到大排列,实现流程如下图所示。
1. 将扑克牌划分为“有序”和“无序”两部分,并假设初始状态下最左 1 张扑克牌已经有序。
2. 在无序部分抽出一张扑克牌,插入至有序部分的正确位置;完成后最左 2 张扑克已经有序。
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上述整理扑克牌的方法本质上是「插入排序」算法,它在处理小型数据集时非常高效。许多编程语言的排序库函数中都存在插入排序的身影。
**例三:货币找零**。假设我们在超市购买了 $69$ 元的商品,给收银员付了 $100$ 元,则收银员需要我们 $31$ 元。他会很自然地完成以下思考
**例三:货币找零**。假设我们在超市购买了 $69$ 元的商品,给收银员付了 $100$ 元,则收银员需要我们 $31$ 元。他会很自然地完成如下图所示的思考
1. 可选项是比 $31$ 元面值更小的货币,包括 $1$ , $5$ , $10$ , $20$ 元。
1. 可选项是比 $31$ 元面值更小的货币,包括 $1$ 元、$5$ 元、$10$ 元、$20$ 元。
2. 从可选项中拿出最大的 $20$ 元,剩余 $31 - 20 = 11$ 元。
3. 从剩余可选项中拿出最大的 $10$ 元,剩余 $11 - 10 = 1$ 元。
4. 从剩余可选项中拿出最大的 $1$ 元,剩余 $1 - 1 = 0$ 元。
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!!! tip
阅读至此,如果你对数据结构、算法、数组和二分查找等概念仍感到一知半解,那么太好了!因为这正是本书存在的意义。接下来,这本书将引导你一步步深入数据结构与算法的知识殿堂。
阅读至此,如果你对数据结构、算法、数组和二分查找等概念仍感到一知半解,请继续往下阅读,因为这正是本书存在的意义。接下来,这本书将引导你一步步深入数据结构与算法的知识殿堂。