算法与算法分析

简介: 算法与算法分析

一  概述

  1. 对特定问题求解方法和步骤的一种描述,它是指令的有限序列。其中每个指令表示一个或多个操作
  2. 简而言之:算法就是解决问题的方法和步骤
  3. 描述:
  1. 自然语言:英文,中文
  2. 流程图:传统流程图,NS流程图
  3. 伪代码:类语言
  1. 算法与程序
  1. 算法是解决问题的一种方法或一个过程,考虑如何将输入转化成输出,一个问题可以有多种算法
  2. 程序是用某种程序语言对算法的具体实现
  1. 算法特性:一个算法必须具备的五种特性
  1. 有穷性:每一个代码必须在执行有穷步之后结束,且每一步都在有穷的时间内完成
  2. 确定性:算法中的每一条指令必须有准确的含义,没有二义性,在任何条件下,只有唯一的执行路径,即对于相同的输入只能得到相同的输出
  3. 可行性:算法是可执行的,算法描述的操作可通过已经实现的基本操作执行有限次来实现
  4. 输入:算法有零个或多个输入
  5. 输出:算法有一个或多个输出
  1. 设计要求
  1. 正确性:算法满足问题要求,能正确解决问题。在转化为程序后:程序对于精心设计的、典型的、苛刻且带有刁难性的几组输入数据能够得到满足要求的结果
  2. 可读性:主要为了易于人的阅读与交流,其次才是为了计算机的执行
  3. 健壮性:当输入非法指令时,算法恰当做出相应的反应,处理出错的方法,不应该是中断执行,而应返回一个表示错误或错误性质的值
  4. 高效性:运行要求花费尽量少的时间与内存空间

二  算法分析

  1. 算法在正确性,可读性,健壮性都满足的前提下,通过算法效率来判断算法的优劣
  2. 算法效率的考虑
  1. 时间效率:指算法所耗费的时间
  2. 空间效率:指算法执行过程中消耗的存储空间
  3. 时间效率与空间效率有的时候是矛盾的
  1. 算法时间效率的度量依据该算法编制的程序在计算机上的执行所消耗的时间来度量
  1. 度量方法:事后统计:将算法实现,测算其时间和空间的开销。缺点:编写程序实现算法需要消耗时间和经历,所得的实验结果也依赖于计算机的软硬件等环境因素,掩盖了算法本身的优劣
  2. 度量方法:事前分析:对算法消耗资源的一种估算方法。估算方法:执行的一种简单操作(如:赋值,比较,移动等)所需的时间与操作次数乘积
  3. 算法运行时间 = 每条语句的执行次数 x 该条语句执行一次的时间
  4. 语句执行的时间,一般是随机器而异的。取决于机器的指令性能、速度以及编译的代码质量(使用的编译语言,往往高级语言耗费的时间较长)。是由机器本身软硬件环境决定的,它于算法本身无关。所以,我们可以假设每条语句执行所需的时间均为单位时间此时对时间的讨论可以转化成讨论语句执行的次数,即频率之和
  5. 例如:计算俩个n × n 的矩阵
for (i = 0; i < n; i++){  //执行 n+1 次,内循环n次,最后一次判断条件是否成立
    for (j = 0; j < n; j++){  //执行 n*(n+1) 次
        c[i][j] = 0;  //执行 n*n次
        for (k = 0; k < n; k++){  //执行n*n*(n+1)次
        c[i][j] = c[i][j] + a[i][k] * b[k][j];  //执行n*n*n次
        }
    }
}1. for (i = 0; i < n; i++){  //执行 n+1 次,内循环n次,最后一次判断条件是否成立
2. for (j = 0; j < n; j++){  //执行 n*(n+1) 次
3.         c[i][j] = 0;  //执行 n*n次
4. for (k = 0; k < n; k++){  //执行n*n*(n+1)次
5.         c[i][j] = c[i][j] + a[i][k] * b[k][j];  //执行n*n*n次
6.         }
7.     }
8. }

image.png

  1. 算法中基本语法重复执行的次数问题规模n的某个函数f(n),n越大执行时间越长。
排列 n为记录数
矩阵 n为矩阵的阶数
多项式 n为多项式的项数
集合 n为元素的个数
n为树的结点个数
n为图的顶点数或边数

  1. 分析时间复杂度的基本方法
  1. 找出语句频率最大的那条语句作为基本语句
  2. 计算基本语句的频度得到问题规模n的函数f(n)
  3. 找出数量级使用T(n) = O(n的次数表示)
  4. 算法中基本操作重复执行的次数还随问题的输入数据集不同而不同。例如查找数据是存在:最坏,平均,最好时间复杂度,一般考虑最坏的情况
  5. 例:
int i = 1;
while (i <= n){
    i = i * 2;
}
分析:
若循环执行一次:i = 2
若循环执行二次:i = 2^2
若循环执行三次:i = 2^3
……
若循环执行x次:i = 2^x
执行判断条件 i = 2^x <= n  
即 x <= log以2为底的n
则 T(n) = O(log以2为底的n)
  1. 对于复杂的算法,可以将它分成几个容易估计的部分,然后利用O(n)的乘法与加法法则进行计算
  1. 算法时间效率的比较image.png

  2. 空间复杂度
  1. 算法所需要的存储空间的度量,S(n) = O(f(n))
  2. 算法本身要占的空间,输入/输出,指令,常数,变量等
  3. 算法需要的辅助空间
  4. 例:将一维数组a中的n个数逆序存放到原数组
算法1:
for (i = 0; i < n / 2; i++){
    t = a[i];
    a[i] = a[n - i -1];
    a[n - i - 1] = t;
}
即 t 为辅助空间  S(n) = O(1)原地工作
算法2:
for (i = 0; i < n; i++){
    b[i] = a[n - i -1];
}
for (i = 0; i < n; i++){
    a[i] = b[i];
}
需要提供b[n]的空间  S(n) = O(n)


目录
相关文章
|
28天前
|
数据采集 机器学习/深度学习 算法
|
23天前
|
人工智能 算法 BI
第一周算法设计与分析 D : 两面包夹芝士
这篇文章介绍了解决算法问题"两面包夹芝士"的方法,通过找出两个数组中的最大最小值,计算这两个值之间的整数个数,包括特判不存在整数的情况。
|
15天前
|
算法 数据可视化
基于SSA奇异谱分析算法的时间序列趋势线提取matlab仿真
奇异谱分析(SSA)是一种基于奇异值分解(SVD)和轨迹矩阵的非线性、非参数时间序列分析方法,适用于提取趋势、周期性和噪声成分。本项目使用MATLAB 2022a版本实现从强干扰序列中提取趋势线,并通过可视化展示了原时间序列与提取的趋势分量。代码实现了滑动窗口下的奇异值分解和分组重构,适用于非线性和非平稳时间序列分析。此方法在气候变化、金融市场和生物医学信号处理等领域有广泛应用。
|
1天前
|
机器学习/深度学习 存储 人工智能
文本情感识别分析系统Python+SVM分类算法+机器学习人工智能+计算机毕业设计
使用Python作为开发语言,基于文本数据集(一个积极的xls文本格式和一个消极的xls文本格式文件),使用Word2vec对文本进行处理。通过支持向量机SVM算法训练情绪分类模型。实现对文本消极情感和文本积极情感的识别。并基于Django框架开发网页平台实现对用户的可视化操作和数据存储。
11 0
文本情感识别分析系统Python+SVM分类算法+机器学习人工智能+计算机毕业设计
|
23天前
|
算法
算法设计与分析作业
这篇文章是关于算法设计与分析的作业,其中包含了两个算法实现:一个是使用分治算法实现的十进制大整数相乘(包括加法、减法和乘法函数),并进行了正确性和健壮性测试;另一个是使用快速排序思想实现的分治查找第K小元素的程序,并分析了其平均和最坏时间复杂度。
算法设计与分析作业
|
1月前
|
算法 Java 测试技术
算法分析(蛮力法与减治算法应用实验报告)
这篇文章是关于算法分析的实验报告,介绍了如何使用蛮力法解决背包问题,并通过伪代码和Java代码实现,同时分析了其时间效率;还介绍了基于减治法思想实现的二叉查找树的插入与查找,同样提供了伪代码、Java源代码实现和时间效率分析,最后展示了测试结果截图。
算法分析(蛮力法与减治算法应用实验报告)
|
19天前
|
编解码 算法 图形学
同一路RTSP|RTMP流如何同时回调YUV和RGB数据实现渲染和算法分析
我们播放RTSP|RTMP流,如果需要同时做渲染和算法分析的话,特别是渲染在上层实现(比如Unity),算法是python这种情况,拉两路流,更耗费带宽和性能,拉一路流,同时回调YUV和RGB数据也可以,但是更灵活的是本文提到的按需转算法期望的RGB数据,然后做算法处理
|
1月前
|
机器学习/深度学习 数据采集 算法
【优秀python算法毕设】基于python时间序列模型分析气温变化趋势的设计与实现
本文介绍了一个基于Python的时间序列模型,用于分析和预测2021-2022年重庆地区的气温变化趋势,通过ARIMA和LSTM模型的应用,揭示了气温的季节性和趋势性变化,并提供了对未来气温变化的预测,有助于气象预报和相关决策制定。
【优秀python算法毕设】基于python时间序列模型分析气温变化趋势的设计与实现
|
23天前
|
人工智能 算法
第一周算法设计与分析:C : 200和整数对之间的情缘
这篇文章介绍了解决算法问题"200和整数对之间的情缘"的方法,通过统计数组中每个数模200的余数,并计算每个同余类中数的组合数来找出所有满足条件的整数对(i, j),使得\( A_i - A_j \)是200的整数倍。
|
23天前
|
人工智能 算法
第一周算法设计与分析 G : 排队援救
这篇文章介绍了解决算法问题"排队援救"的方法,通过使用队列和映射来模拟救援点的排队过程,并确定最终得到救援的人的顺序和编号。