计算机算法设计与分析

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研究生计算机科学教案:算法设计与分析

研究生计算机科学教案:算法设计与分析

研究生计算机科学教案:算法设计与分析1. 引言本课程教案旨在帮助研究生计算机科学专业的学生深入理解算法设计与分析的基本原理和方法。

通过系统学习和实践,学生将能够掌握常见的算法设计技巧,理解并应用各种算法的时间复杂度和空间复杂度分析方法。

2. 教学目标本教案旨在让学生达到以下几个方面的教学目标:•理解常见的算法设计技巧,包括递归、贪心、动态规划等;•掌握各种排序、查找和图算法的设计原理及实现;•能够使用大O符号来评估和比较不同算法的时间复杂度;•能够进行基础数据结构(如栈、队列、链表等)及其应用场景的分析;•能够运用所学知识解决实际问题,并进行正确性和效率上的评估。

3. 教学内容3.1 算法设计基础•递归与分治策略•贪心策略•动态规划策略3.2 排序和查找算法•冒泡排序•快速排序•归并排序•二分查找3.3 图算法设计与分析•深度优先搜索(DFS)•广度优先搜索(BFS)•最短路径算法:Dijkstra算法、Bellman-Ford算法、Floyd-Warshall算法•最小生成树算法:Prim算法、Kruskal算法3.4 大O符号和时间复杂度分析•时间复杂度的定义与计算方法•常见算法时间复杂度的比较和分析•最好情况、最坏情况和平均情况下的时间复杂度4. 教学方法与评估方式本课程将采用以下教学方法:1.理论讲解:通过教师授课、案例演示等方式,介绍各种算法的设计思想和实现原理。

2.实践练习:通过编写程序,解决实际问题,加深对所学知识的理解和应用能力。

3.小组讨论:学生自主组成小组,共同研究和探讨课程中的难点问题,并提交一份小组报告。

4.课堂互动:教师引导学生进行课堂互动,提问和回答问题,加强学生对知识的理解和记忆。

评估方式包括:•平时作业:包括理论题目、编程练习和小组讨论报告。

•期中考试:笔试形式,测试学生对算法设计与分析原理的掌握程度。

•期末项目:要求学生编写一个程序解决一个实际问题,并进行正确性和效率上的评估。

计算机算法设计与分析(第5版)

计算机算法设计与分析(第5版)
该教材采用面向对象的C++语言作为算法描述手段,在保持C++优点的同时,尽量使算法描述简明、清晰。每 章的章首为学习要点提示,章末配有难易适度的习题,分为算法分析题和算法实现题两部分,以强化实践环节 。
作者简介
王晓东:男,1957年生,山东人,福建工程学院副院长,教授,博士生导师,福建省计算机学会理事长。主 讲课程:算法与数据结构、算法设计与分析、文献阅读与选题报告 。
目录
(注:目录排版顺序为从左列至右列 )
教学资源
《计算机算法设计与分析(第5版)》有配套教材——《计算机算法设计与分析习题解答(第5版)》 。
教材特色
《计算机算法设计与分析(第5版)》修正了第4版中发现的一些错误,并将各章的习题分为算法分析题和算 法实现题两部分,增加了算法实践性内容,增加了有关串和序列的算法内容。
《计算机算法设计与分析(第5版)》由王晓东担任主编;傅清祥教授、吴英杰教授、傅仰耿博士和朱达欣教 授参加了该教材有关章节的讨论,对该教材内容及各章节的编排提出了意见;田俊教授审阅了全书。该教材在编 写过程中,得到了全国高等学校计算机专业教学指导委员会的支持。福州大学“211工程”计算机与信息工程重 点学科实验室和福建工程学院为该教材的写作提供了设备和工作环境 。
该教材各章的论述中,首先介绍一种算法设计策略的基本思想,然后从解决计算机科学和应用中的实际问题 入手,描述几个算法。同时对每个算法所需的时间和空间进行分析,使读者既能学到一些常用的算法,也能通过 对算法设计策略的反复应用,牢固掌握这些算法设计的基本策略。该教材选择某些问题,通过对解同一问题的不 同算法的比较,使读者体会到每种算法的设计要点。
2018年8月,该教材由电子工业出版社出版 。

计算机算法分析与设计

计算机算法分析与设计

计算机算法分析与设计计算机算法分析与设计是计算机科学中的重要领域,涉及到设计和分析各种算法以解决特定问题的方法和技巧。

本文将介绍计算机算法分析与设计的基本概念、常见算法和它们的应用案例。

一、算法分析与设计的概念算法分析与设计是指对解决问题的方法、步骤和操作序列进行评估和设计的过程。

算法分析主要关注算法的效率和性能,通过评估算法的时间复杂度和空间复杂度来衡量算法的优劣。

算法设计则强调如何根据问题的特性和要求来构思和设计算法,以实现高效解决问题的目标。

二、常见算法及其应用案例1. 排序算法排序算法是计算机算法设计中最基本也是最常用的算法之一。

常见的排序算法包括冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序等。

这些算法可以在各种场景中应用,比如对数组、链表等数据结构进行排序,按照规则将数据进行有序排列。

2. 查找算法查找算法用于在给定数据集中搜索目标元素的位置。

常见的查找算法包括线性查找、二分查找、哈希查找等。

这些算法在各种应用中发挥着重要作用,比如在数据库查询、关键词搜索、图像匹配等方面。

3. 图算法图算法用于解决与图相关的问题,如最短路径问题、最小生成树问题、网络流问题等。

著名的图算法包括Dijkstra算法、Kruskal算法、Floyd算法等。

图算法在交通规划、通信网络设计、社交网络分析等领域得到广泛应用。

4. 动态规划算法动态规划算法用于解决一类具有最优子结构的问题,通过将问题分解为较小的子问题,并通过保存子问题的解来避免重复计算,从而得到问题的最优解。

背包问题、最长公共子序列问题等都可采用动态规划算法求解。

5. 贪心算法贪心算法是一种简单而高效的算法策略,它采用每一步局部最优的选择来达到全局最优解。

常见的贪心算法包括霍夫曼编码、Prim算法、Kruskal算法等。

贪心算法在压缩编码、最小生成树等领域有重要应用。

三、算法分析与设计的重要性算法分析与设计在计算机科学中具有重要的地位和作用,主要体现在以下几个方面:1. 效率提升:通过对算法进行分析和设计,可以提高计算机程序的效率和性能。

电大计算机本科_算法设计与分析

电大计算机本科_算法设计与分析

电大计算机本科_算法设计与分析
算法设计与分析是计算机科学和数学领域的重要课程。

它涉及到一系
列算法设计、分析和实现的方面,涉及到算法流程、语法、数据结构等多
方面。

在算法设计与分析这门课程中,学生首先要学习怎么设计一个算法,
怎么从实际问题中提取算法,怎么分析算法复杂度,怎么评价算法效率。

接下来要学习算法,基本排序算法和选择算法,分治算法,贪婪算法,动
态规划,回溯算法,朴素贝叶斯,马尔科夫链等等各种算法。

学生还要熟
悉现代算法建模工具(如Matlab、SAS、C++),熟悉算法的优化技巧,
掌握算法的编码实现方法,并研究其实际应用。

本课程可以使学生充分发挥自己的能力,培养学生的算法设计能力,
提高实践能力,掌握算法的基本原理及运用,把握算法分析及其优化技术。

它不仅帮助学生提高数学思维能力,同时也有助于他们在计算机编程方面
的能力。

学习算法设计与分析有助于学生全面掌握算法设计这一重要组成
部分,也可以拓展学生的应用领域,使学生更具有竞争力。

学习算法设计与分析也有其困难之处,首先是算法编程比较抽象,学
生需要有较强的理论功底和数学能力。

计算机算法设计与分析

计算机算法设计与分析

计算机算法设计与分析计算机算法设计与分析在计算机科学领域扮演着重要的角色。

它是研究和开发高效算法的过程,以解决各种计算问题。

在本文中,我们将探讨算法设计与分析的基本原理、常见算法类型以及算法分析的重要性。

一、算法设计与分析的基本原理算法设计的目标是开发一种能够解决特定问题的步骤序列。

这些步骤应该是明确的、非歧义的,并且能够在有限的时间内产生预期的结果。

为了实现这一目标,算法设计需要考虑以下几个主要原理:1. 问题抽象:将实际问题转化为计算机能够理解和处理的抽象形式。

这涉及到定义输入和输出,以及建立问题的数学模型。

2. 分解与合成:将复杂问题分解为更简单的子问题,然后将子问题的解合并成原始问题的解。

这种分解与合成的过程可以提高算法的可读性和效率。

3. 数据结构选择:选择适当的数据结构来存储和操作问题的输入和输出。

不同的数据结构对于不同的问题具有不同的性能和效率。

4. 控制结构设计:设计算法控制结构,如循环、条件语句和递归等,以实现预期的计算过程。

二、常见的算法类型在算法设计与分析中,有各种各样的算法类型可供选择。

以下是一些常见的算法类型:1. 排序算法:排序算法用于按照一定的规则对数据进行排序。

常见的排序算法包括冒泡排序、插入排序、选择排序、归并排序和快速排序等。

2. 搜索算法:搜索算法用于查找指定数据的位置或者判断数据是否存在。

常见的搜索算法包括线性搜索、二分搜索和哈希搜索等。

3. 图算法:图算法用于处理图数据结构上的问题。

常见的图算法包括最短路径算法、最小生成树算法和拓扑排序算法等。

4. 动态规划算法:动态规划算法用于解决一些最优化问题,它通过将问题分解为子问题,并利用已解决的子问题的解来解决原始问题。

三、算法分析的重要性算法分析是评估算法性能和效率的过程,它对于算法设计与分析至关重要。

通过对算法进行分析,我们可以了解算法的时间复杂度、空间复杂度和性能边界等关键指标。

这些指标可以帮助我们选择最适合特定问题的算法,并预测算法在不同输入情况下的表现。

计算机算法设计与分析第1章算法概述

计算机算法设计与分析第1章算法概述
课程安排

理论课:1~10周,40学时 周二(5-6)、周五(1-2)
上机: 18学时



期末考试: 闭卷笔试,第 11周
上课点名三次不到者取消考试资格; 迟到或作业缺交,一次扣10分(平时成绩)。
1
教学目的和要求
本课程是计算机类专业的专业基础课程; 通过课程学习和上机实践,对计算机常用算 法有一个较全面的了解,掌握通用算法的一 般设计方法; 学会对算法的时间、空间复杂度分析,掌握 提高算法效率的方法和途径。
24
三、算法复杂性分析

本课程主要对算法的时间复杂性进行分析。
关于算法的复杂性,有两个问题要弄清楚:
(1)用怎样的一个量(指标)来表达一个算法的
复杂性;

(2)对于一个算法,怎样具体计算它的复杂性。
25
1、算法的三种时间复杂性

算法的最坏、最好和平均时间复杂性 (1)最坏情况下的时间复杂性 Tmax(n) = max{ T(I) | size(I)=n } (2)最好情况下的时间复杂性
8
图1.1 算法的概念图
(一)算法的性质

1、算法具有某些特性,如下几条:
(1)输入:有零个或多个外部提供的量作为算
法的输入。

(2)输出:算法产生至少一个量作为输出。这 些输出是和输入有某种特定关系的量。
9
(一)算法的性质

(3)确定性:组成算法的每条指令是清晰,无
歧义的。

(4)有限性(有穷性):算法中每条指令的执

29
2、算法的时间复杂性计算
int search(int A[ ], int m, int c) { int i=1; while( A[i]<c && i<m ) i=i+1; if (A[i]==c) return i; else return 0; }

计算机算法的设计与分析

计算机算法的设计与分析

计算机算法的设计与分析计算机算法的设计和分析随着计算机技术的不断发展,算法成为了关键的核心技术之一。

算法的设计和分析是指通过一系列的步骤和方法来解决计算机问题的过程。

本文将详细介绍计算机算法的设计和分析。

一、算法设计的步骤:1. 理解和定义问题:首先需要明确所要解决的问题,并对其进行深入的理解,确定问题的输入和输出。

2. 分析问题:对问题进行分析,确定问题的规模、特点和约束条件,以及可能存在的问题解决思路和方法。

3. 设计算法:根据问题的性质和特点,选择合适的算法设计方法,从而得到解决问题的具体算法。

常见的算法设计方法包括贪心算法、分治算法、动态规划算法等。

4. 实现算法:将步骤3中设计的算法转化为计算机程序,并确保程序的正确性和可靠性。

5. 调试和测试算法:对实现的算法进行调试和测试,包括样本测试、边界测试、异常输入测试等,以验证算法的正确性和效率。

二、算法分析的步骤:1. 理解算法的效率:算法的效率是指算法解决问题所需的时间和空间资源。

理解算法的时间复杂度和空间复杂度是进行算法分析的基础。

2. 计算时间复杂度:时间复杂度用来表示算法解决问题所需的时间量级。

常用的时间复杂度包括常数时间O(1)、对数时间O(logn)、线性时间O(n)、平方时间O(n^2)等。

3. 计算空间复杂度:空间复杂度用来表示算法解决问题所需的空间资源量级。

常用的空间复杂度包括常数空间O(1)、线性空间O(n)、指数空间O(2^n)等。

4. 分析算法的最坏情况和平均情况:算法的最坏情况时间复杂度和平均情况时间复杂度是进行算法分析的关键指标。

最坏情况时间复杂度表示在最不利条件下算法所需的时间量级,平均情况时间复杂度表示在一般情况下算法所需的时间量级。

5. 比较算法的优劣:通过对不同算法的时间复杂度和空间复杂度进行分析,可以对算法的优劣进行比较,从而选择合适的算法。

三、常见的算法设计与分析方法:1. 贪心算法:贪心算法通过每一步的选择来寻求最优解,并且这些选择并不依赖于其他选择。

高校计算机专业算法设计与分析课程知识点梳理

高校计算机专业算法设计与分析课程知识点梳理

高校计算机专业算法设计与分析课程知识点梳理在高校计算机专业中,算法设计与分析是一门重要的课程,它涉及到计算机领域中各种算法的设计与分析方法。

本文将对这门课程的知识点进行梳理,以帮助读者更好地理解和掌握相关内容。

一、算法的基本概念与复杂度分析1.1 算法的概念与特性算法的定义与特性,包括输入、输出、确定性、可行性以及有穷性等。

同时介绍算法的基本表示方法,如伪代码和流程图。

1.2 算法的效率与复杂度介绍算法的效率概念,包括时间复杂度和空间复杂度。

讲解如何通过渐进分析来评估算法的复杂度,并介绍常见的渐进符号。

二、算法设计与分析方法2.1 穷举法与递归法介绍穷举法与递归法的基本思想和应用场景。

着重讲解递归的思想与递归函数的编写方法,并引入递归算法的时间复杂度计算方法。

2.2 分治法与动态规划介绍分治法和动态规划的思想和应用场景。

解释如何将问题划分为子问题,并通过合并子问题的解来得到原始问题的解。

同时介绍动态规划的基本原理和递推关系的建立。

2.3 贪心算法与回溯法介绍贪心算法和回溯法的基本思想和解决方法。

分析贪心算法的优缺点,并通过实例详细说明回溯法的应用。

三、常见算法的设计与分析3.1 排序算法介绍常见的排序算法,包括冒泡排序、插入排序、选择排序、快速排序和归并排序等。

讲解每种排序算法的基本思想、实现过程和时间复杂度分析。

3.2 查找算法介绍常见的查找算法,包括顺序查找、二分查找和哈希查找等。

分析每种查找算法的优劣和适用场景,并讲解它们的实现原理和时间复杂度。

3.3 图算法介绍图的基本概念和表示方法,然后讲解常见的图算法,包括深度优先搜索算法和广度优先搜索算法。

给出算法的伪代码和流程图,并分析它们的时间复杂度。

四、高级算法与数据结构4.1 贪心算法深入介绍贪心算法的概念和特点,以及如何设计贪心算法解决实际问题。

通过实例详细说明贪心算法的应用,并分析其正确性和适用性。

4.2 动态规划算法进一步讲解动态规划算法的原理和实现方法。

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---撰写报告 Part2:课程设计撰写的主要规范
1. 题目分析:主要阐述学生对题目的分析结果,包括题目描述、 分析得出的有关模型、相关定义及假设;
2. 总体设计:系统的基本组成部分,各部分所完成的功能及相互 关系;
3. 数据结设计:主要功能模块所需的数据结构,集中在逻辑设 计上;
4. 算法设计:在数据结构基础上,完成算法设计; 5. 物理实现:主要有数据结构的物理存储,算法的物理实现,系
实验四 回溯算法和分支限界法………………………………………………………………12 1、符号三角形问题 ……………………………………………………………………………12 2、0—1 背包问题………………………………………………………………………………14 3、实验小结 ……………………………………………………………………………………18
统相关的实现。具体在重要结果的截图,测试案例的结果数据, 核心算法的实现结果等; 6. 结果分析:对第五步的分析,包括定性分析和定量分析,正确 性分析,功能结构分析,复杂性分析等; 7. 结论:学生需对自己的课程设计进行总结,给出评价,并写出 设计体会; 8. 附录:带有注释的源代码,系统使用说明等; 9. 参考文献:列出在撰写过程中所需要用到的参考文献。
cin>>a[i];
cin>>x;
void BinarySearch(int a[],int n,int x); BinarySearch(a, n, x);
return 0; } void BinarySearch(int a[],int n,int x) {
int i,j,mid=0,left=0; int right=n-1; while(left<right+1&&left>=0) {
实验结果:
结果分析: 实验时入得数据为:所要划分的整数是 7,他的划分的最大加数的值不得大于 7,根据实际 其划分的情况为 15 种,因而可知其程序的运行结果是正确的。
二:棋盘覆盖问题
2
计算机算法设计与分析——实验报告
一、实验目的与要求 1、掌握棋盘覆盖问题的算法; 2、初步掌握分治算法 二、实验题:
实验二 动态规划算法(4 学时)
一:最长公共子序列问题
一、实验目的与要求 1、熟悉最长公共子序列问题的算法; 2、初步掌握动态规划算法; 二、实验题
若给定序列 X={x1,x2,…,xm},则另一序列 Z={z1,z2,…,zk},是 X 的子序列是指存在一个 严格递增下标序列{i1,i2,…,ik}使得对于所有 j=1,2,…,k 有:zj=xij。例如,序列 Z={B,C,D, B}是序列 X={A,B,C,B,D,A,B}的子序列,相应的递增下标序列为{2,3,5,7}。 给定 2 个序列 X 和 Y,当另一序列 Z 既是 X 的子序列又是 Y 的子序列时,称 Z 是序列 X 和 Y 的公共子序列。 三、实验程序 #include<iostream> using namespace std; int fun(char *x) {
实验五 多种排序算法效率比较 1、算法:起泡排序、选择排序、插入排序、shell 排序,归并排序、快速排序等............19 2、实验小结 ……………………………………………………………………………………18
计算机算法设计与分析——实验报告
Part1:课程设计过程 设计选题--题目分析---系统设计--系统实现--结果分析
else {
5
计算机算法设计与分析——实验报告
i=right; j=left; cout<<"所找的数据不在数组中,其前后下标为:"<<i<<','<<j<<endl; } }
如上图所示数组的长度为 5,其内容 依次为 1 2 3 4 5,所要找的数据位 3,他的下表正好是 2,结果是正确的
如上图数组的长度为 7,输入的数组是 1 3 4 6 7 8 9,所要查找的数字式 5,它不在数组中, 其前后的下表分别为 2,3 结果是正确的。 实验小结: 第一个实验自己做了出来,然而第二个实验卡了很久,对棋盘覆盖问题上课听懂了但是应用 到实际上就有点问题了,最后还是在同学的帮助下完成的!后面的这个提高题也是查考同学 的,虽然自己没能做出来,但是感觉还是应该去学习!
else {// 此棋盘中无特殊方格
// 用 t 号 L 型骨牌覆盖右下角
board[tr + s - 1][tc + s - 1] = t;
3
计算机算法设计与分析——实验报告
// 覆盖其余方格 chessBoard(tr, tc, tr+s-1, tc+s-1, s); }// 覆盖右上角子棋盘 if (dr < tr + s && dc >= tc + s) // 特殊方格在此棋盘中 chessBoard(tr, tc+s, dr, dc, s); else {// 此棋盘中无特殊方格// 用 t 号 L 型骨牌覆盖左下角 board[tr + s - 1][tc + s] = t; // 覆盖其余方格 chessBoard(tr, tc+s, tr+s-1, tc+s, s); }// 覆盖左下角子棋盘 if (dr >= tr + s && dc < tc + s) // 特殊方格在此棋盘中 chessBoard(tr+s, tc, dr, dc, s); else {// 用 t 号 L 型骨牌覆盖右上角 board[tr + s][tc + s - 1] = t;// 覆盖其余方格 chessBoard(tr+s, tc, tr+s, tc+s-1, s); }// 覆盖右下角子棋盘 if (dr >= tr + s && dc >= tc + s) // 特殊方格在此棋盘中 chessBoard(tr+s, tc+s, dr, dc, s); else {// 用 t 号 L 型骨牌覆盖左上角 board[tr + s][tc + s] = t;// 覆盖其余方格 chessBoard(tr+s, tc+s, tr+s, tc+s, s); } } 试验运行结果
6
计算机算法设计与分析——实验报告
int tr, tc, dr, dc, size; int tile=0; //全局变量,表示特殊格的号 void chessBoard(int tr, int tc, int dr, int dc, int size); cout<<"输入数据"<<endl; cin>>tr>>tc>>dr>>dc>>size; cout<<endl<<endl; chessBoard(tr, tc, dr, dc, size); for(int i=1;i<=size;i++) {
实验三 贪心算法…… …………………………………………………………………………8 1、多机调度问题………………………………………………………………………………8 2、用贪心算法求解最小生成树………………………………………………………………10 3、实验小结……………………………………………………………………………………12
for(int j=1;j<=size;j++) cout<<board[i][j]<<" ";
cout<<endl; }
return 0;
} void chessBoard(int tr, int tc, int dr, int dc, int size)//左上角行号、列号,特殊格的行号、列号棋 盘大小
盘覆盖问题:在一个 2k×2k 个方格组成的棋盘中,恰有一个方格与其它方格不同,称该 方格为一特殊方格,且称该棋盘为一特殊棋盘。在棋盘覆盖问题中,要用图示的 4 种不同形 态的 L 型骨牌覆盖给定的特殊棋盘上除特殊方格以外的所有方格,且任何 2 个 L 型骨牌不 得重叠覆盖。 三、程序代码:
#include <iostream> using namespace std; int tile=0; //全局变量,表示特殊格的号 int board[1000][1000]; int main() {
{
if (size == 1)
return;
//???????tiao chu
int t = ++tile, // L 型骨牌号 ??????
s = size/2; // 分割棋盘 // 覆盖左上角子棋盘
if (dr < tr + s && dc < tc + s)// 特殊方格在此棋盘中
chessBoard(tr, tc, dr, dc, s);
int mid=(left+right)/2; if(x==a[mid]) {
i=j=mid; break; } if(x>a[mid]) left=mid+1; else right=mid-1; }
//n:数组长度,i,j 分别表示下标
if ((i==j)&&(i>=0)) cout<<"所找的数据在数组中下标为:"<<i<<endl;
int a,b,c; int q(int n,int m); cout<<"请输入整数及大于最大加数的数"<<endl; cin>>a>>b;
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