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47
notes/算法.md
47
notes/算法.md
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@ -1,6 +1,5 @@
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<!-- GFM-TOC -->
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<!-- GFM-TOC -->
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* [一、算法分析](#一算法分析)
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* [一、算法分析](#一算法分析)
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* [函数转换](#函数转换)
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* [数学模型](#数学模型)
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* [数学模型](#数学模型)
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* [ThreeSum](#threesum)
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* [ThreeSum](#threesum)
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* [倍率实验](#倍率实验)
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* [倍率实验](#倍率实验)
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@ -34,31 +33,15 @@
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# 一、算法分析
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# 一、算法分析
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## 函数转换
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指数函数可以转换为线性函数,从而在函数图像上显示的更直观。例如
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<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?T(N)=aN^3"/></div> <br>
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可以在其两端同时取对数,得到:
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<div align="center"><img src="https://latex.codecogs.com/gif.latex?log(T(N))=3logN+loga"/></div> <br>
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<div align="center"> <img src="../pics//a9098783-c24a-45b2-a226-725a59b6768e.png" width="800"/> </div><br>
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## 数学模型
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## 数学模型
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### 1. 近似
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### 1. 近似
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使用 \~f(N) 来表示所有随着 N 的增大除以 f(N) 的结果趋近于 1 的函数,例如 N<sup>3</sup>/6-N<sup>2</sup>/2+N/3 \~ N<sup>3</sup>/6。
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N<sup>3</sup>/6-N<sup>2</sup>/2+N/3 \~ N<sup>3</sup>/6。使用 \~f(N) 来表示所有随着 N 的增大除以 f(N) 的结果趋近于 1 的函数。
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<div align="center"> <img src="../pics//81eb9879-40f2-421a-87de-2b953cfe8c32.png" width="800"/> </div><br>
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### 2. 增长数量级
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### 2. 增长数量级
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增长数量级将算法与它的实现隔离开来,一个算法的增长数量级为 N<sup>3</sup> 与它是否用 Java 实现,是否运行于特定计算机上无关。
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N<sup>3</sup>/6-N<sup>2</sup>/2+N/3 的增长数量级为 O(N<sup>3</sup>)。增长数量级将算法与它的实现隔离开来,一个算法的增长数量级为 O(N<sup>3</sup>)与它是否用 Java 实现,是否运行于特定计算机上无关。
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<div align="center"> <img src="../pics//051760ba-e658-401f-9a1c-15adcb405191.png" width="800"/> </div><br>
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### 3. 内循环
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### 3. 内循环
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@ -91,7 +74,7 @@ public class ThreeSum {
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}
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}
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该算法的内循环为`if (a[i] + a[j] + a[k] == 0)`语句,总共执行的次数为 N(N-1)(N-2) = N<sup>3</sup>/6 - N<sup>2</sup>/2 + N/3,因此它的近似执行次数为 \~N<sup>3</sup>/6,增长数量级为 N<sup>3</sup>。
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该算法的内循环为 if (a[i] + a[j] + a[k] == 0) 语句,总共执行的次数为 N(N-1)(N-2) = N<sup>3</sup>/6 - N<sup>2</sup>/2 + N/3,因此它的近似执行次数为 \~N<sup>3</sup>/6,增长数量级为 N<sup>3</sup>。
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<font size=4> **改进** </font></br>
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<font size=4> **改进** </font></br>
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@ -125,7 +108,14 @@ public class ThreeSumFast {
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例如对于暴力方法的 ThreeSum 算法,近似时间为 \~N<sup>3</sup>/6。进行如下实验:多次运行该算法,每次取的 N 值为前一次的两倍,统计每次执行的时间,并统计本次运行时间与前一次运行时间的比值,得到如下结果:
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例如对于暴力方法的 ThreeSum 算法,近似时间为 \~N<sup>3</sup>/6。进行如下实验:多次运行该算法,每次取的 N 值为前一次的两倍,统计每次执行的时间,并统计本次运行时间与前一次运行时间的比值,得到如下结果:
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<div align="center"> <img src="../pics//2093ccfa-e560-44f3-84c7-487d66451708.png" width="300"/> </div><br>
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| N | Time | Ratio |
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| --- | --- | --- |
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| 250 | 0.0 | 2.7 |
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| 500 | 0.0 | 4.8 |
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| 1000 | 0.1 | 6.9 |
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| 2000 | 0.8 | 7.7 |
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| 4000 | 6.4 | 8.0 |
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| 8000 | 51.1 | 8.0 |
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可以看到,T(2N)/T(N) \~ 2<sup>3</sup>,因此可以确定 T(N) \~ aN<sup>3</sup>logN。
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可以看到,T(2N)/T(N) \~ 2<sup>3</sup>,因此可以确定 T(N) \~ aN<sup>3</sup>logN。
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@ -155,9 +145,7 @@ public class ThreeSumFast {
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## 栈
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## 栈
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first-in-last-out(FILO)
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> First-In-Last-Out
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<div align="center"> <img src="../pics//cc7bfdeb-452e-4fae-9bc8-323338b0dedb.png" width="400"/> </div><br>
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<font size=4> **1. 数组实现** </font></br>
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<font size=4> **1. 数组实现** </font></br>
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@ -220,12 +208,6 @@ public class ResizeArrayStack<Item> implements Iterable<Item> {
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}
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}
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上面实现使用了泛型,Java 不能直接创建泛型数组,只能使用转型来创建。
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```java
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Item[] arr = (Item[]) new Object[N];
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<font size=4> **2. 链表实现** </font></br>
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<font size=4> **2. 链表实现** </font></br>
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需要使用链表的头插法来实现,因为头插法中最后压入栈的元素在链表的开头,它的 next 指针指向前一个压入栈的元素,在弹出元素使就可以通过 next 指针遍历到前一个压入栈的元素从而让这个元素称为新的栈顶元素。
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需要使用链表的头插法来实现,因为头插法中最后压入栈的元素在链表的开头,它的 next 指针指向前一个压入栈的元素,在弹出元素使就可以通过 next 指针遍历到前一个压入栈的元素从而让这个元素称为新的栈顶元素。
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@ -265,11 +247,10 @@ public class Stack<Item> {
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}
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}
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}
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}
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## 队列
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## 队列
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first-in-first-out(FIFO)
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> First-In-First-Out
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<div align="center"> <img src="../pics//d9efd6bd-3f34-497e-911c-16d5ea38ce88.png" width="400"/> </div><br>
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下面是队列的链表实现,需要维护 first 和 last 节点指针,分别指向队首和队尾。
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下面是队列的链表实现,需要维护 first 和 last 节点指针,分别指向队首和队尾。
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