算法的概念

算法(algorithm)是解决一系列问题的清晰指令,也就是,能对一定规范的输入,在有限的时间内获得所要求的输出。

​ 简单来说,算法就是解决一个问题的具体方法和步骤。算法是程序的灵魂

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程序 = 算法+数据结构

算法的特征

可行性

​ 算法中执行的任何计算步骤都可以分解为基本可执行的操作步,即每个计算步都可以在有限时间里完成(也称之为有效性)

确定性

​ 算法的每一步都要有确切的意义,不能有二义性。例如“增加x的值”,并没有说增加多少,计算机就无法执行明确的运算。

有穷性

​ 算法的有穷性是指算法必须在执行有限个步骤后终止。操作次数不宜过大,不能超过人们事先设定的时间限制。

输入

算法有0个或多个输入,以刻画运算对象的初始情况,所谓0个输入是指算法已经给出了初始条件。

输出

一个算法可能有1个或多个输出,以反映输入数据加工后的代码,没有输出的算法是没有意义的!

算法的评价

通常一个好算法应该达到如下目标:

正确性

算法应该正确的解决问题。

可读性

算法应该具有较好的可读性,让人们理解算法的作用。

健壮性

输入非法数据时,算法也可以做出适当的反应,而不会产生奇奇怪怪的输出。

算法的复杂度

算法复杂度是指算法在变为可执行程序后所耗费的时间资源和内存,一般分为两种。

  • 时间复杂度:评估程序所需要的时间。

  • 空间复杂度:评估程序所需要的储存空间。

空间复杂度一般不作考虑,一般都优先考虑时间复杂度。

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常见时间复杂度

复杂度 标记符号 说明
常量 O(1) 操作数量为常数,与输入数据的规模无关
对数 O(log2n) 与输入数据的比例是 log2(n)
线性 O(n) 与输入数据成正比
平方 O(n²) 与输入数据规模的比例为平方
立方 O(n³) 与输入数据规模的比例为立方

O(2ⁿ)
指数 O(kⁿ) 快速增长,应该尽量减少这种代码
O(n!)