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算法设计与分析考试重点归纳

算法设计考试重点整理

题型:

一选择题(10*2=20分)

二简答题(4*5=20分)

三应用题(3*10=30分)

四算法题(3*10=30分)

第一、二章

算法的定义:

解某一特定问题的一组有穷规则的集合(对特定问题求解步骤的一种描述,是指令的有限序列)

算法的特征:

1)有限性2)确定性3)输入4)输出5)能行性

算法分析的目的:

基本数据结构:

线性结构(元素之间是一对一的关系)

用顺序存储结构存储的线性表称为顺序表

用链式存储结构存储的线性表称为链表。

树形结构(元素之间是一对多的关系)

图(网)状结构(元素之间是多对多的关系)

栈:

是一种只允许在表的一端进行插入或删除操作的线性表。

允许进行插入、删除操作的一端称为栈顶,另一端称为栈底。

当栈中没有数据元素时,称之为空栈。

栈的插入操作称为进压栈,删除操作称为出栈。

队列:

只允许在一端进行插入操作,在另一端进行删除操作的线性表。

允许进行插入操作的一端称为队尾。

允许进行删除操作的一端称为队头。

当队列中没有数据元素时,称之为空队列。

队列的插入操作称为进队或入队。

队列的删除操作称为退队或出队。

树:

树型结构是一种非线性结构,它用于描述数据元素之间的层次关系图

图:

G=(V,E)是一个二元组

其中:

V是图G中数据元素(顶点)的非空有限集集合

E是图G中关系的有限集合

由表达式求渐进表达式:

例:

(n2+n)/4n2/4(增长速率最快的那一项)

时间复杂度的计算:

(P23)

性能的比较:

O

(1)

第三章

算法思想、稳定性、时间复杂度、应用、排序的移动次数:

希尔排序(数据结构P265):

先将待排序列分割为若干个子序列分别进行直接插入排序;待整个序列基本有序时,再对全体记录进行一次直接插入排序。

也称缩小增量的直接插入排序。

希尔排序的时间复杂度在O(nlog2n)和O(n2)之间,大致为O(n1.3)

合并排序(P59):

设初始序列含有n个记录,则可看成n个表长为1的有序表将这n个有序表两两合并,则可得n/2个表长为2的有序表再将这n/2个有序表两两合并,则可得n/4个长为4的有序表依次重复,直到对2个表长为n/2的有序表两两合并得1个表长为n的有序表为止。

堆排序、堆调整(P62):

初始时把要排序的n个数的序列看作是一棵顺序存储的二叉树(一维数组存储二叉树),调整它们的存储序,使之成为一个堆,将堆顶元素输出,得到n个元素中最小(或最大)的元素,这时堆的根节点的数最小(或者最大)。

然后对前面(n-1)个元素重新调整使之成为堆,输出堆顶元素,得到n个元素中次小(或次大)的元素。

依此类推,直到只有两个节点的堆,并对它们作交换,最后得到有n个节点的有序序列。

基数排序(P71):

不进行记录关键字的比较,借助多关键字排序的思想对单逻辑关键字进行排序。

算法

时间复杂度

稳定性

希尔排序

O(n1.3)

不稳定

快速排序

O(nlogn)

不稳定

堆排序

O(nlogn)

不稳定宁

归(合)并排序

O(nlogn)

稳定

基数排序

O(n)

稳定

第四章(考一个算法题,课后,不在书上)

算法思想:

基于归纳的递归算法解规模为n的问题P(n),归纳法的思想如下:

1.基础步:

a1是问题P

(1)的解

2.归纳步:

对所有的k(1

则p(ak)是问题P(k+1)的解,

其中p(ak)是对ak的某种运算或处理

为求问题P(n)的解an,先求问题P(n–1)的解an-1

再对an-1进行p(an-1)运算或处理,得到an

为求问题P(n–1)的解an-1,先求问题P(n–2)的解an-2

再进行p(an-2)运算或处理,得到an-1

如此等等,不断地进行递归求解,直到P

(1)的解a1为止

当得到P

(1)的解之后,再回过头来,不断地把所得到的解进行p运算或处理,直到得到P(n)的解为止

分治法:

对于一个规模为n的问题p(n),可以把它分解为k个规模较小的子问题,这些子问题相互独立,且结构与原来问题的结构相同。

在解这些子问题时,又对每一个问题进一步的分解,直到某个阀值n0为止。

递归地解决这些子问题,再把各个子问题的解合并起来,就得到原来问题的解。

分治法设计的3个步骤:

1)划分步:

把输入的问题实例划分为k个子问题。

尽量使k个子问题的规模大致相同。

例如,k=2,如最大最小问题

取其中的一部分,而丢弃另一部分,如二叉检索问题用

分治法处理的情况

2)治理步:

由k个递归调用组成

3)组合步:

把k个子问题的解组合起来

算法思想、应用:

快速排序(数据结构P269):

把序列就地划分为两个子序列,使第一个子序列的所有元素都小于第二个子序列的所有元素,不断地进行这样的划分,最后构成n个子序列,每个子序列只有一个元素,这时,整个序列就是按递增顺序排序的序列了

不稳定

选择算法:

(P125)

1)选择问题:

用递归方法以O(n)时间选取数组的中值元素、或任意的第k小元素的算法

2)选择问题的思想方法:

在递归调用的每一步,放弃固定部分的元素,对其余元素进行递归,使问题的规模以几何级数递减

残缺棋盘问题(P131):

把棋盘划分为四个区域,每个区域是一个2k-1×2k-1个方格的子棋盘,其中

有一个是残缺子棋盘。

用一个L型三格板覆盖在其余三个非残缺子棋盘的交界处,把覆盖一个2k×2k个方格的残缺棋盘,转化为覆盖4个2k-1×2k-1个方格的残缺子棋盘。

对每一个子棋盘继续进行这样处理,直到要覆盖的子棋盘转化为2×2个方格的残缺子棋盘为止。

这时只要用一个L型三格板覆盖三个非残缺方格即可。

第五章(考一个算法题)

可行解:

满足约束方程的向量

最优解:

使目标函数达极值的向量

贪婪发的设计思:

贪婪算法采用的是逐步构造最优解的方法。

从某个初始状态出发,根据当前局部的而不是全局的最优决策(因此所构造的可行解不一定是问题的最优解),以满足约束方程为条件、以使得目标函数的值增加最快或最慢为准则,选择一个能够最快地达到要求的输入元素(选择一旦做出,就不再更改),以便尽快地构成问题的可行解。

作出这个局部最优决策所依照的标准称为贪心准则。

贪婪发求解步骤:

首先根据问题确定约束条件和贪心准则,然后根据贪心准则获得当前每一步的最优解,最终得出解向量。

贪婪法求解的问题需满足2个性质:

1)贪心选择性质:

指所求问题的整体最优解可以通过一系列局部最优的选择来达到

2)最优子结构性质:

当一个问题的最优解包含其子问题的最优解时,称此问题具有最优子结构性质。

算法思想、应用:

狄斯奎诺:

(P146)

贪心算法:

Dijkstra提出按路径长度递增的次序产生最短路径。

贪心准则:

使当前已经加入的所有路径的长度之和最小。

为了符合这一准则,其中每一条单独的路径都必须具有最小的长度。

最小生成树的应用:

(P151)克鲁斯卡尔,普里姆

哈夫曼中的一个基本概念(P159)

第六章

最优性原理:

无论过程的初始状态和初始决策是什么,其余决策都必须相对于初始决策所产生的状态,构成一个最优决策序列

多段图的概念、应用、求最短路径

有向连通赋权图G=,顶点集合V划分成k个不相交的子集vi,1ik,k≥2,使得E中的任一边(u,v),必有uvi,vvi+m,m≥1,称G为多段图。

数塔问题的应用:

如图所示的一个数塔,从顶部出发,在每一结点可以选择向左走或是向右走,一直走到底层,要求找出一条路径,使路径上的数值和最大。

算法思想、应用:

0/1背包(P190)

第七章(考一个算法题,一个简答题)

回溯法的基本思想:

在确定了解空间的组织结构后,回溯法就从开始结点(根结点)出发,以深度优先的方式搜索整个解空间。

这个开始结点就成为一个活结点,同时也成为当前的扩展结点。

在当前的扩展结点处,搜索向纵深方向移至一个新结点。

这个新结点就成为一个新的活结点,并成为当前扩展结点。

如果在当前的扩展结点处不能再向纵深方向移动,则当前扩展结点就成为死结点。

换句话说,这个结点不再是一个活结点。

此时,应往回移动(回溯)至最近的一个活结点处,并使这个活结点成为当前的扩展结点。

回溯法即以这种工作方式递归地在解空间中搜索,直至找到所要求的解或解空间中已没有活结点时为止。

回溯法的求解步骤

1)对所给定的问题,定义问题的解空间

2)确定状态空间树的结构

3)用深度优先搜索方法搜索解空间,用约束方程和目标函数的界对状态空间树进行修剪,生成搜索树,取得问题的解。

状态空间树:

问题解空间的树形式表示

活结点:

所搜索到的结点不是叶结点,且满足约束条件和目标函数的界,其儿子结点还

未全部搜索完毕

扩展结点:

正在搜索其儿子结点的结点,它也是一个活结点;

死结点:

不满足约束条件、目标函数、或其儿子结点已全部搜索完毕的结点、或者叶结点。

算法思想、判定函数,如何判定(约束方程)

n后问题(P208)

图的着色问题(P212)

哈密尔顿回路问题(P216)

简答题考算法思想之类的。

应用题考排序、以上各种算法的应用(要求写求解步骤嗯,排序只求移动次数,不求比较次数)。

算法题预测题:

*1设计一个分支算法,求二叉树的高度。

intHeight(BTreet){

inth1,h2;

if(t==NULL)return0;

else{

h1=Height(t->lchild)+1;

h2=Height(t->rchild)+1;

returnh1>h2?

h1:

h2;

}

}

*2假定用面值为2角5分、1角、5分、1分的硬币,来支付n分钱。

设计一个算法,使付出的枚数最少(n由键盘输入)

voidsolve(intp[],intx[],intn){

inti;

for(i=0;i<4;i++){

x[i]=n/p[i];

n=n%p[i];

}

}

*3对于给定的邮箱网G,求网中指定的顶点v到其余各顶点的最短路径。

P147

*4n后问题(P210)

5图的着色问题(P214)

6哈密尔顿回路问题(P217)

 

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