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<h1 id="11">1.1 算法无处不在<a class="headerlink" href="#11" title="Permanent link">¶</a></h1>
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<p>当我们听到“算法”这个词时,很自然地会想到数学。然而实际上,许多算法并不涉及复杂数学,而是更多地依赖于基本逻辑,这些逻辑在我们的日常生活中处处可见。</p>
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<p>在正式探讨算法之前,有一个有趣的事实值得分享:<strong>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</strong>。下面,我将举几个具体例子来证实这一点。</p>
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<p><strong>例一:查阅字典</strong>。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 <span class="arithmatex">\(r\)</span> 的字,通常会按照下图所示的方式实现。</p>
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<p><strong>例一:查阅字典</strong>。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 <span class="arithmatex">\(r\)</span> 的字,通常会按照图 1-1 所示的方式实现。</p>
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<ol>
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<li>翻开字典约一半的页数,查看该页的首字母是什么,假设首字母为 <span class="arithmatex">\(m\)</span> 。</li>
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<li>由于在拼音字母表中 <span class="arithmatex">\(r\)</span> 位于 <span class="arithmatex">\(m\)</span> 之后,所以排除字典前半部分,查找范围缩小到后半部分。</li>
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@@ -3373,20 +3373,20 @@
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<p align="center"> 图:查字典步骤 </p>
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<p align="center"> 图 1-1 查字典步骤 </p>
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<p>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”。</p>
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<p><strong>例二:整理扑克</strong>。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。</p>
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<p><strong>例二:整理扑克</strong>。我们在打牌时,每局都需要整理扑克牌,使其从小到大排列,实现流程如图 1-2 所示。</p>
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<li>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。</li>
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<li>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。</li>
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<li>不断循环步骤 <code>2.</code> ,每一轮将一张扑克牌从无序部分插入至有序部分,直至所有扑克牌都有序。</li>
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</ol>
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<p><img alt="扑克排序步骤" src="../algorithms_are_everywhere.assets/playing_cards_sorting.png" /></p>
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<p align="center"> 图:扑克排序步骤 </p>
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<p align="center"> 图 1-2 扑克排序步骤 </p>
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<p>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。</p>
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<p><strong>例三:货币找零</strong>。假设我们在超市购买了 <span class="arithmatex">\(69\)</span> 元的商品,给收银员付了 <span class="arithmatex">\(100\)</span> 元,则收银员需要找我们 <span class="arithmatex">\(31\)</span> 元。他会很自然地完成下图所示的思考。</p>
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<p><strong>例三:货币找零</strong>。假设我们在超市购买了 <span class="arithmatex">\(69\)</span> 元的商品,给收银员付了 <span class="arithmatex">\(100\)</span> 元,则收银员需要找我们 <span class="arithmatex">\(31\)</span> 元。他会很自然地完成图 1-3 所示的思考。</p>
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<ol>
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<li>可选项是比 <span class="arithmatex">\(31\)</span> 元面值更小的货币,包括 <span class="arithmatex">\(1\)</span> 元、<span class="arithmatex">\(5\)</span> 元、<span class="arithmatex">\(10\)</span> 元、<span class="arithmatex">\(20\)</span> 元。</li>
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<li>从可选项中拿出最大的 <span class="arithmatex">\(20\)</span> 元,剩余 <span class="arithmatex">\(31 - 20 = 11\)</span> 元。</li>
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@@ -3395,7 +3395,7 @@
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<li>完成找零,方案为 <span class="arithmatex">\(20 + 10 + 1 = 31\)</span> 元。</li>
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</ol>
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<p><img alt="货币找零过程" src="../algorithms_are_everywhere.assets/greedy_change.png" /></p>
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<p align="center"> 图:货币找零过程 </p>
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<p align="center"> 图 1-3 货币找零过程 </p>
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<p>在以上步骤中,我们每一步都采取当前看来最好的选择(尽可能用大面额的货币),最终得到了可行的找零方案。从数据结构与算法的角度看,这种方法本质上是“贪心”算法。</p>
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<p>小到烹饪一道菜,大到星际航行,几乎所有问题的解决都离不开算法。计算机的出现使我们能够通过编程将数据结构存储在内存中,同时编写代码调用 CPU 和 GPU 执行算法。这样一来,我们就能把生活中的问题转移到计算机上,以更高效的方式解决各种复杂问题。</p>
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@@ -3446,21 +3446,21 @@
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<li>图相较于链表,提供了更丰富的逻辑信息,但需要占用更大的内存空间。</li>
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</ul>
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<h2 id="123">1.2.3 数据结构与算法的关系<a class="headerlink" href="#123" title="Permanent link">¶</a></h2>
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<p>数据结构与算法高度相关、紧密结合,具体表现在下图所示的几个方面。</p>
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<p>数据结构与算法高度相关、紧密结合,具体表现在图 1-4 所示的几个方面。</p>
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<ul>
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<li>数据结构是算法的基石。数据结构为算法提供了结构化存储的数据,以及用于操作数据的方法。</li>
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<li>算法是数据结构发挥作用的舞台。数据结构本身仅存储数据信息,结合算法才能解决特定问题。</li>
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<li>算法通常可以基于不同的数据结构进行实现,并往往有对应最优的数据结构,但最终执行效率可能相差很大。</li>
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</ul>
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<p><img alt="数据结构与算法的关系" src="../what_is_dsa.assets/relationship_between_data_structure_and_algorithm.png" /></p>
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<p align="center"> 图:数据结构与算法的关系 </p>
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<p align="center"> 图 1-4 数据结构与算法的关系 </p>
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<p>数据结构与算法犹如下图所示的拼装积木。一套积木,除了包含许多零件之外,还附有详细的组装说明书。我们按照说明书一步步操作,就能组装出精美的积木模型。</p>
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<p>数据结构与算法犹如图 1-5 所示的拼装积木。一套积木,除了包含许多零件之外,还附有详细的组装说明书。我们按照说明书一步步操作,就能组装出精美的积木模型。</p>
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<p><img alt="拼装积木" src="../what_is_dsa.assets/assembling_blocks.jpg" /></p>
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<p align="center"> 图:拼装积木 </p>
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<p align="center"> 图 1-5 拼装积木 </p>
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<p>两者的详细对应关系如下表所示。</p>
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<p align="center"> 表:将数据结构与算法类比为积木 </p>
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<p>两者的详细对应关系如表 1-1 所示。</p>
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<p align="center"> 表 1-1 将数据结构与算法类比为积木 </p>
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<div class="center-table">
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