此外,如果说“算法是解决问题的步骤”,那么撇开计算机的数据处理不论,现实生活中也有很多问题的解决方法蕴含了算法的思想。这其中的代表就是菜谱。
我们都知道,记录做出各色各样的菜品所需步骤的东西就是菜谱。
例如:
鸡肉咖喱
马铃薯炖肉
像这样对给定问题(做一道鸡肉咖喱等)给出可行解法的菜谱,也就是“解决问题的步骤”,正可以称得上是不错的算法范例。
算法是人类智慧的结晶
按照菜谱指定的方法做菜,有时候也不一定能做出好吃的菜。如果分毫不差地遵照一份菜谱,结果做出来的菜并不好吃,那么我们可以说那一份菜谱“不是很好的菜谱”。于是很自然地,那份菜谱也就渐渐地没什么人用了。
而可以做出大家都觉得美味的菜的菜谱,会有越来越多的人重复使用。这样的菜谱也就成了“好的菜谱”。而好的菜谱在越来越多人使用的情况下,会被慢慢地改善,可以指导人做出越来越美味的菜。像这样,好的菜谱上就聚集了为了做出美味的菜而付出的前人的智慧的结晶。
了解算法对玩游戏有帮助吗
优秀的算法是编写程序的范本,能帮助我们巧妙地解决问题。这和玩游戏时用的攻略异曲同工。
在游戏对战的时候,采取更好的战略往往容易获得胜利。曾经有这么一款射击游戏,它的玩法是:“用移动的炮台把从游戏画面上方不断迫近的敌人击落”。在这款游戏的设计中,甚至还有直接写成招式名称的游戏定式,譬如“○○式”、“△△攻击”等。依照定式所指示的步骤来操作,无论谁每次都可以打倒同样的敌人。这种为游戏通关设计的定式,也算是不错的算法。
所谓的“定式”,原本是围棋术语,指的是“在某种局面下,最优的固定下法”。在将棋1或者国际象棋中,同等的东西被称为“棋式”,在英文里叫“theory”。在下围棋的时候,在某种局面下只要知道相应的定式,就可以在没有“思考往后几步的下法,在各种下法中找出最好的下法”的情况下,直接下出最好的一步棋。定式中汇集了无数前人的智慧,因此知道的定式越多,下赢不知道定式的对手就越简单。
而计算机中的算法也是如此。一个学习过算法的人,即便没有多高的天份,在编写同样功能的程序时,完成度比没有学习过算法的人有明显的优势。
算法有两个必要条件
作为“解决问题的处理顺序”的算法,必须要具备下述两个重要的条件。
1.准确性
对相应的问题,算法必须能够得出正确的结果。这正是算法的准确性。所谓算法的准确性,指的是“输入符合指定条件的值,一定要保证能得到正确的输出”。算法准确性的证明事实上并不简单。乍看之下能够得出正确结果的算法,很可能在多了某些特别的边界输入值的情况下就会发生谬误。证明算法准确性的其中一个方法是,“对于算法中的任意一个步骤,输入当前步骤满足条件的值,看看是否能得到当前步骤产生的准确的结果,以此细分并判定。”这种方法叫断言(Assertion)。
2.可停止性
要特别了解的重要算法
编写程序时必要的算法浩如烟海,而其中有些是要特别了解的重要的算法。本书将介绍一些比较有代表性的算法。
1.专用于数论计算的算法
求解最大公约数的辗转相除法
求解联立方程的高斯消元法
求解定积分近似值的梯形公式
计算质数的埃拉托斯特尼筛法
2.对一组乱序的数据进行升序或者降序排序的算法(sort)
选择排序
冒泡排序
插入排序
希尔排序
归并排序
快速排序
3.在大量数据中找出目标数据的搜索算法(search)
线性搜索(linearsearch)
二分搜索(binarysearch)
4.在一个字符串中找到符合特定模式的子串(子字符串)的匹配算法