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feat: Revised the book (#978)
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This commit is contained in:
@ -8,15 +8,15 @@
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### for 循环
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`for` 循环是最常见的迭代形式之一,**适合预先知道迭代次数时使用**。
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`for` 循环是最常见的迭代形式之一,**适合在预先知道迭代次数时使用**。
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以下函数基于 `for` 循环实现了求和 $1 + 2 + \dots + n$ ,求和结果使用变量 `res` 记录。需要注意的是,Python 中 `range(a, b)` 对应的区间是“左闭右开”的,对应的遍历范围为 $a, a + 1, \dots, b-1$ 。
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以下函数基于 `for` 循环实现了求和 $1 + 2 + \dots + n$ ,求和结果使用变量 `res` 记录。需要注意的是,Python 中 `range(a, b)` 对应的区间是“左闭右开”的,对应的遍历范围为 $a, a + 1, \dots, b-1$ :
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```src
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[file]{iteration}-[class]{}-[func]{for_loop}
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```
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下图展示了该求和函数的流程框图。
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下图是该求和函数的流程框图。
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@ -24,17 +24,17 @@
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### while 循环
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与 `for` 循环类似,`while` 循环也是一种实现迭代的方法。在 `while` 循环中,程序每轮都会先检查条件,如果条件为真则继续执行,否则就结束循环。
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与 `for` 循环类似,`while` 循环也是一种实现迭代的方法。在 `while` 循环中,程序每轮都会先检查条件,如果条件为真,则继续执行,否则就结束循环。
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下面,我们用 `while` 循环来实现求和 $1 + 2 + \dots + n$ 。
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下面我们用 `while` 循环来实现求和 $1 + 2 + \dots + n$ :
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```src
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[file]{iteration}-[class]{}-[func]{while_loop}
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```
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**`while` 循环比 `for` 循环的自由度更高**。在 `while` 循环中,我们可以自由设计条件变量的初始化和更新步骤。
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**`while` 循环比 `for` 循环的自由度更高**。在 `while` 循环中,我们可以自由地设计条件变量的初始化和更新步骤。
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例如在以下代码中,条件变量 $i$ 每轮进行了两次更新,这种情况就不太方便用 `for` 循环实现。
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例如在以下代码中,条件变量 $i$ 每轮进行两次更新,这种情况就不太方便用 `for` 循环实现:
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```src
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[file]{iteration}-[class]{}-[func]{while_loop_ii}
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@ -44,19 +44,19 @@
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### 嵌套循环
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我们可以在一个循环结构内嵌套另一个循环结构,以 `for` 循环为例:
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我们可以在一个循环结构内嵌套另一个循环结构,下面以 `for` 循环为例:
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```src
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[file]{iteration}-[class]{}-[func]{nested_for_loop}
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```
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下图给出了该嵌套循环的流程框图。
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下图是该嵌套循环的流程框图。
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在这种情况下,函数的操作数量与 $n^2$ 成正比,或者说算法运行时间和输入数据大小 $n$ 成“平方关系”。
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我们可以继续添加嵌套循环,每一次嵌套都是一次“升维”,将会使时间复杂度提高至“立方关系”、“四次方关系”、以此类推。
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我们可以继续添加嵌套循环,每一次嵌套都是一次“升维”,将会使时间复杂度提高至“立方关系”“四次方关系”,以此类推。
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## 递归
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@ -86,7 +86,7 @@
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- **迭代**:“自下而上”地解决问题。从最基础的步骤开始,然后不断重复或累加这些步骤,直到任务完成。
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- **递归**:“自上而下”地解决问题。将原问题分解为更小的子问题,这些子问题和原问题具有相同的形式。接下来将子问题继续分解为更小的子问题,直到基本情况时停止(基本情况的解是已知的)。
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以上述的求和函数为例,设问题 $f(n) = 1 + 2 + \dots + n$ 。
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以上述求和函数为例,设问题 $f(n) = 1 + 2 + \dots + n$ 。
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- **迭代**:在循环中模拟求和过程,从 $1$ 遍历到 $n$ ,每轮执行求和操作,即可求得 $f(n)$ 。
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- **递归**:将问题分解为子问题 $f(n) = n + f(n-1)$ ,不断(递归地)分解下去,直至基本情况 $f(1) = 1$ 时终止。
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@ -102,22 +102,22 @@
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在实际中,编程语言允许的递归深度通常是有限的,过深的递归可能导致栈溢出报错。
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在实际中,编程语言允许的递归深度通常是有限的,过深的递归可能导致栈溢出错误。
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### 尾递归
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有趣的是,**如果函数在返回前的最后一步才进行递归调用**,则该函数可以被编译器或解释器优化,使其在空间效率上与迭代相当。这种情况被称为「尾递归 tail recursion」。
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- **普通递归**:当函数返回到上一层级的函数后,需要继续执行代码,因此系统需要保存上一层调用的上下文。
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- **尾递归**:递归调用是函数返回前的最后一个操作,这意味着函数返回到上一层级后,无需继续执行其他操作,因此系统无需保存上一层函数的上下文。
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- **尾递归**:递归调用是函数返回前的最后一个操作,这意味着函数返回到上一层级后,无须继续执行其他操作,因此系统无须保存上一层函数的上下文。
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以计算 $1 + 2 + \dots + n$ 为例,我们可以将结果变量 `res` 设为函数参数,从而实现尾递归。
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以计算 $1 + 2 + \dots + n$ 为例,我们可以将结果变量 `res` 设为函数参数,从而实现尾递归:
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```src
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[file]{recursion}-[class]{}-[func]{tail_recur}
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```
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尾递归的执行过程如下图所示。对比普通递归和尾递归,求和操作的执行点是不同的。
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尾递归的执行过程如下图所示。对比普通递归和尾递归,两者的求和操作的执行点是不同的。
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- **普通递归**:求和操作是在“归”的过程中执行的,每层返回后都要再执行一次求和操作。
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- **尾递归**:求和操作是在“递”的过程中执行的,“归”的过程只需层层返回。
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@ -126,7 +126,7 @@
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!!! tip
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请注意,许多编译器或解释器并不支持尾递归优化。例如,Python 默认不支持尾递归优化,因此即使函数是尾递归形式,但仍然可能会遇到栈溢出问题。
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请注意,许多编译器或解释器并不支持尾递归优化。例如,Python 默认不支持尾递归优化,因此即使函数是尾递归形式,仍然可能会遇到栈溢出问题。
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### 递归树
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@ -141,19 +141,19 @@
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- 数列的前两个数字为 $f(1) = 0$ 和 $f(2) = 1$ 。
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- 数列中的每个数字是前两个数字的和,即 $f(n) = f(n - 1) + f(n - 2)$ 。
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按照递推关系进行递归调用,将前两个数字作为终止条件,便可写出递归代码。调用 `fib(n)` 即可得到斐波那契数列的第 $n$ 个数字。
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按照递推关系进行递归调用,将前两个数字作为终止条件,便可写出递归代码。调用 `fib(n)` 即可得到斐波那契数列的第 $n$ 个数字:
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```src
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[file]{recursion}-[class]{}-[func]{fib}
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```
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观察以上代码,我们在函数内递归调用了两个函数,**这意味着从一个调用产生了两个调用分支**。如下图所示,这样不断递归调用下去,最终将产生一个层数为 $n$ 的「递归树 recursion tree」。
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观察以上代码,我们在函数内递归调用了两个函数,**这意味着从一个调用产生了两个调用分支**。如下图所示,这样不断递归调用下去,最终将产生一棵层数为 $n$ 的「递归树 recursion tree」。
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本质上看,递归体现“将问题分解为更小子问题”的思维范式,这种分治策略是至关重要的。
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从本质上看,递归体现了“将问题分解为更小子问题”的思维范式,这种分治策略至关重要。
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- 从算法角度看,搜索、排序、回溯、分治、动态规划等许多重要算法策略都直接或间接地应用这种思维方式。
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- 从算法角度看,搜索、排序、回溯、分治、动态规划等许多重要算法策略直接或间接地应用了这种思维方式。
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- 从数据结构角度看,递归天然适合处理链表、树和图的相关问题,因为它们非常适合用分治思想进行分析。
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## 两者对比
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