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Polish the chapter preface, introduction and complexity anlysis
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2023-08-08 23:16:33 +08:00
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**例二:整理扑克**。我们在打牌时,每局都需要整理扑克牌,使其从小到大排列,实现流程如下:
1. 将扑克牌划分为“有序”和“无序”两部分,并假设初始状态下最左 1 张扑克牌已经有序。
2. 在无序区间抽出一张扑克牌,插入至有序区间的正确位置;完成后最左 2 张扑克已经有序。
3. 在无序区间抽出一张扑克牌,插入至有序区间的正确位置;完成后最左 3 张扑克已经有序。
4. 不断循环以上操作,直至所有扑克牌都有序后终止。
以上整理扑克牌的方法本质上就是「插入排序」算法,它在处理小型数据集时非常高效。许多编程语言的排序库函数中都存在插入排序的身影。
2. 在无序部分抽出一张扑克牌,插入至有序部分的正确位置;完成后最左 2 张扑克已经有序。
3. 不断循环步骤 `2.` ,每一轮将一张扑克牌从无序部分插入至有序部分,直至所有扑克牌都有序。
![扑克排序步骤](algorithms_are_everywhere.assets/playing_cards_sorting.png)
上述整理扑克牌的方法本质上是「插入排序」算法,它在处理小型数据集时非常高效。许多编程语言的排序库函数中都存在插入排序的身影。
**例三:货币找零**。假设我们在超市购买了 $69$ 元的商品,给收银员付了 $100$ 元,则收银员需要给我们找 $31$ 元。他会很自然地完成以下思考:
1. 可选项是比 $31$ 元面值更小的货币,包括 $1$ , $5$ , $10$ , $20$ 元。
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4. 从剩余可选项中拿出最大的 $1$ 元,剩余 $1 - 1 = 0$ 元。
5. 完成找零,方案为 $20 + 10 + 1 = 31$ 元。
在以上步骤中,我们每一步都采取当前看来最好的选择(尽可能用大面额的货币),最终得到了可行的找零方案。从数据结构与算法的角度看,这种方法本质上是「贪心算法」。
![货币找零过程](algorithms_are_everywhere.assets/greedy_change.png)
在以上步骤中,我们每一步都采取当前看来最好的选择(尽可能用大面额的货币),最终得到了可行的找零方案。从数据结构与算法的角度看,这种方法本质上是「贪心算法」。
小到烹饪一道菜,大到星际航行,几乎所有问题的解决都离不开算法。计算机的出现使我们能够通过编程将数据结构存储在内存中,同时编写代码调用 CPU 和 GPU 执行算法。这样一来,我们就能把生活中的问题转移到计算机上,以更高效的方式解决各种复杂问题。
!!! tip
阅读至此,如果你对数据结构、算法、数组和二分查找等概念仍感到一知半解,那么太好了!因为这正是本书存在的意义。接下来,这本书将一步步引导你深入数据结构与算法的知识殿堂。
阅读至此,如果你对数据结构、算法、数组和二分查找等概念仍感到一知半解,那么太好了!因为这正是本书存在的意义。接下来,这本书将引导你一步步深入数据结构与算法的知识殿堂。

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## 算法定义
「算法 Algorithm」是在有限时间内解决特定问题的一组指令或操作步骤。算法具有以下特性:
「算法 Algorithm」是在有限时间内解决特定问题的一组指令或操作步骤。具有以下特性:
- 问题是明确的,包含清晰的输入和输出定义。
- 具有可行性,能够在有限步骤、时间和内存空间下完成。
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## 数据结构定义
「数据结构 Data Structure」是计算机中组织和存储数据的方式。为了提高数据存储和操作性能,数据结构的设计目标包括:
「数据结构 Data Structure」是计算机中组织和存储数据的方式。的设计目标包括:
- 空间占用尽量减少,节省计算机内存。
- 数据操作尽可能快速,涵盖数据访问、添加、删除、更新等。
- 提供简洁的数据表示和逻辑信息,以便使得算法高效运行。
数据结构设计是一个充满权衡的过程,这意味着要在某方面取得优势,往往需要在另一方面作出妥协例如,链表相较于数组,在数据添加和删除操作上更加便捷,但牺牲了数据访问速度;图相较于链表,提供了更丰富的逻辑信息,但需要占用更大的内存空间。
**数据结构设计是一个充满权衡的过程**。如果想要在某方面取得提升,往往需要在另一方面作出妥协例如
- 链表相较于数组,在数据添加和删除操作上更加便捷,但牺牲了数据访问速度。
- 图相较于链表,提供了更丰富的逻辑信息,但需要占用更大的内存空间。
## 数据结构与算法的关系
数据结构」与「算法高度相关紧密结合,具体表现在:
数据结构算法高度相关紧密结合,具体表现在:
- 数据结构是算法的基石。数据结构为算法提供了结构化存储的数据,以及用于操作数据的方法。
- 算法是数据结构发挥的舞台。数据结构本身仅存储数据信息,通过结合算法才能解决特定问题。
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![数据结构与算法的关系](what_is_dsa.assets/relationship_between_data_structure_and_algorithm.png)
我们可以把数据结构与算法类比为拼装积木。一套积木,除了包含许多零件之外,还附有详细的组装说明书。我们按照说明书一步步操作,就能组装出精美的积木模型。
数据结构与算法犹如拼装积木。一套积木,除了包含许多零件之外,还附有详细的组装说明书。我们按照说明书一步步操作,就能组装出精美的积木模型。
![拼装积木](what_is_dsa.assets/assembling_blocks.jpg)
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值得注意的是,数据结构与算法独立于编程语言。正因如此,本书得以提供多种编程语言的实现。
值得说明的是,数据结构与算法独立于编程语言。正因如此,本书得以提供多种编程语言的实现。
!!! tip "约定俗成的简称"
在实际讨论时,我们通常会将「数据结构与算法」简称为「算法」。例如,众所周知的 LeetCode 算法题目,实际上同时考察了数据结构和算法两方面的知识。
在实际讨论时,我们通常会将「数据结构与算法」简称为「算法」。比如众所周知的 LeetCode 算法题目,实际上同时考察了数据结构和算法两方面的知识。