数据结构与算法的重要性
編程好比是一輛汽車,而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法是汽車內(nèi)部的變速箱。一個開車的人不懂變速箱的原理也是能開車的,同理一個不懂?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的人也能編程。但是如果一個開車的人懂變速箱的原理,比如降低速度來獲得更大的牽引力,或者通過降低牽引力來獲得更快的行駛速度。那么爬坡時使用1檔,便可以獲得更大的牽引力;下坡時便使用低檔限制車的行駛速度。
回到編程而言,比如將一個班級的學(xué)生名字要臨時存儲在內(nèi)存中,你會選擇什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲,數(shù)組還是ArrayList,或者HashSet,或者別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如果不懂?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的,可能隨便選擇一個容器來存儲,也能完成所有的功能,但是后期如果隨著學(xué)生數(shù)據(jù)量的增多,隨便選擇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)肯定會存在性能問題,而一個懂?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的人,在實(shí)際編程中會選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來解決相應(yīng)的問題,會極大的提高程序的性能。
一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機(jī)存儲、組織數(shù)據(jù)的方式,指相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。
通常情況下,精心選擇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以帶來更高的運(yùn)行或者存儲效率。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)往往同高效的檢索算法和索引技術(shù)有關(guān)。
1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本功能
2、常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
這幾種結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)如下:
二、算法
算法簡單來說就是解決問題的步驟。
在Java中,算法通常都是由類的方法來實(shí)現(xiàn)的。前面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),比如鏈表為啥插入、刪除快,而查找慢,平衡的二叉樹插入、刪除、查找都快,這都是實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法所造成的。后面我們講的各種排序?qū)崿F(xiàn)也是算法范疇的重要領(lǐng)域。
1、算法的五個特征
①、有窮性:對于任意一組合法輸入值,在執(zhí)行又窮步驟之后一定能結(jié)束,即:算法中的每個步驟都能在有限時間內(nèi)完成。
②、確定性:在每種情況下所應(yīng)執(zhí)行的操作,在算法中都有確切的規(guī)定,使算法的執(zhí)行者或閱讀者都能明確其含義及如何執(zhí)行。并且在任何條件下,算法都只有一條執(zhí)行路徑。
③、可行性:算法中的所有操作都必須足夠基本,都可以通過已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的基本操作運(yùn)算有限次實(shí)現(xiàn)之。
④、有輸入:作為算法加工對象的量值,通常體現(xiàn)在算法當(dāng)中的一組變量。有些輸入量需要在算法執(zhí)行的過程中輸入,而有的算法表面上可以沒有輸入,實(shí)際上已被嵌入算法之中。
⑤、有輸出:它是一組與“輸入”有確定關(guān)系的量值,是算法進(jìn)行信息加工后得到的結(jié)果,這種確定關(guān)系即為算法功能。
2、算法的設(shè)計原則
①、正確性:首先,算法應(yīng)當(dāng)滿足以特定的“規(guī)則說明”方式給出的需求。其次,對算法是否“正確”的理解可以有以下四個層次:
程序語法錯誤。
程序?qū)τ趲捉M輸入數(shù)據(jù)能夠得出滿足需要的結(jié)果。
程序?qū)τ诰倪x擇的、典型、苛刻切帶有刁難性的幾組輸入數(shù)據(jù)能夠得出滿足要求的結(jié)果。
程序?qū)τ谝磺泻戏ǖ妮斎霐?shù)據(jù)都能得到滿足要求的結(jié)果。
PS:通常以第 三 層意義的正確性作為衡量一個算法是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。
②、可讀性:算法為了人的閱讀與交流,其次才是計算機(jī)執(zhí)行。因此算法應(yīng)該易于人的理解;另一方面,晦澀難懂的程序易于隱藏較多的錯誤而難以調(diào)試。
③、健壯性:當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)非法時,算法應(yīng)當(dāng)恰當(dāng)?shù)淖龀龇磻?yīng)或進(jìn)行相應(yīng)處理,而不是產(chǎn)生莫名其妙的輸出結(jié)果。并且,處理出錯的方法不應(yīng)是中斷程序執(zhí)行,而是應(yīng)當(dāng)返回一個表示錯誤或錯誤性質(zhì)的值,以便在更高的抽象層次上進(jìn)行處理。
④、高效率與低存儲量需求:通常算法效率值得是算法執(zhí)行時間;存儲量是指算法執(zhí)行過程中所需要的最大存儲空間,兩者都與問題的規(guī)模有關(guān)。
前面三點(diǎn) 正確性,可讀性和健壯性相信都好理解。對于第四點(diǎn)算法的執(zhí)行效率和存儲量,我們知道比較算法的時候,可能會說“A算法比B算法快兩倍”之類的話,但實(shí)際上這種說法沒有任何意義。
因?yàn)楫?dāng)數(shù)據(jù)項(xiàng)個數(shù)發(fā)生變化時,A算法和B算法的效率比例也會發(fā)生變化,比如數(shù)據(jù)項(xiàng)增加了50%,可能A算法比B算法快三倍,但是如果數(shù)據(jù)項(xiàng)減少了50%,可能A算法和B算法速度一樣。所以描述算法的速度必須要和數(shù)據(jù)項(xiàng)的個數(shù)聯(lián)系起來。也就是“大O”表示法,它是一種算法復(fù)雜度的相對表示方式,這里我簡單介紹一下,后面會根據(jù)具體的算法來描述。
相對(relative):你只能比較相同的事物。你不能把一個做算數(shù)乘法的算法和排序整數(shù)列表的算法進(jìn)行比較。但是,比較2個算法所做的算術(shù)操作(一個做乘法,一個做加法)將會告訴你一些有意義的東西;
表示(representation):大O(用它最簡單的形式)把算法間的比較簡化為了一個單一變量。這個變量的選擇基于觀察或假設(shè)。例如,排序算法之間的對比通常是基于比較操作(比較2個結(jié)點(diǎn)來決定這2個結(jié)點(diǎn)的相對順序)。這里面就假設(shè)了比較操作的計算開銷很大。但是,如果比較操作的計算開銷不大,而交換操作的計算開銷很大,又會怎么樣呢?這就改變了先前的比較方式;
復(fù)雜度(complexity):如果排序10,000個元素花費(fèi)了我1秒,那么排序1百萬個元素會花多少時間?在這個例子里,復(fù)雜度就是相對其他東西的度量結(jié)果。
然后我們在說說算法的存儲量,包括:
- 程序本身所占空間;
- 輸入數(shù)據(jù)所占空間;
- 輔助變量所占空間;
一個算法的效率越高越好,而存儲量是越低越好。
本篇文章我們簡單的介紹了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的概念,算法是解決問題的步驟,而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)離不開算法,可能理解起來比較模糊,不用擔(dān)心,我們一起來看下列視頻并跟著老師一起學(xué)習(xí)。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的数据结构与算法的重要性的全部內(nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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