1月21日 Reference Data Type 数据类型,算法基础说明,二分搜索算法。(课程内容)

Reference Datat Types 引用参考数据类型 -> 组合数据类型

Array, Hash和程序员自定义的复合资料类型

组合数据的修改:

组合数据类型的变量,不是直接存值,而是存一个reference引用位置,指向另一块真正存值的内存空间。

因为组合数据类型是个容器,这个容器可能存有非常多的数据,复制的成本是很高的。因此在默认的情况下,我们不会真的去复制它的值,而是复制引用而已。

object_id 方法 显示内存位置

> a = [1,2,3]
 => [1, 2, 3]
> b = a
 => [1, 2, 3]
> a.object_id
 => 70317611561980
> b.object_id
 => 70317611561980
> a[0] = 9
 => 9
> a
 => [9, 2, 3]
> b
 => [9, 2, 3]
> a.object_id
 => 70317611561980    
> b.object_id
 => 70317611561980

方法调用也必须注意参数是基本类型还是引用类型:

def foo(x) 
 x = 9999 
 return x 
end 
x = 1 foo(x); 
x #=> 基本类型外部的局部变量不会被foo方法所改变

但是Reference Data Type则会被改变。

def bar(x) {
x[0] = 9999;
}
arr = [1,2,3];
bar(arr) #=> [999,2,3]

clone方法

组合数据类别的 = 指派只会复制引用,如果需要真的复制值,需要用clone方法。

⚠️  :Ruby内建的 clone 方法是不支援 deep clone (深度复制,嵌套内的复制)

> a = ["a", "bb"]
 => ["a", "bb"]
> b = a
 => ["a", "bb"]
> c = a.clone
 => ["a", "bb"]
> a[0]= 11
 => 11
> a
 => [11, "bb"]
> b
 => [11, "bb"]
> c
 => ["a", "bb"]    #=>  c 是clone的值,所以不会变化。
内建的 clone 是不支援 deep clone,如果真的要复制,你需要自己写方法。
a = [1,2,3]
b = [0, a] c = b.clone
a[0] = 999 b
c
b和c都会变为[0,[999,2,3]]

11 什么是算法?

1960年代发明的Structured programming是一种编程典范,它采用function,程序码区块,循环等结构,来取代传统的goto语法(c语言)。希望借此来改善电脑程序的明晰性,品质以及开发时间,并且避免写出面条式的代码。

现代编程语言的特性: Flow control and function

所谓算法是一种有次序,明确定义和可行,最终会结束,有输出的可执行步骤。

def find_max(arr)
max = arr[0] arr.each do |a|
if a > max
max = a
end
end return max
end
暴力搜寻技术。穷尽可能。

12 评估算法

当数据越来越多,一个算法需要耗费的时间。 Big-O 的符号来描述算法复杂度

def constant(n)
result = n * n
result = result + 1 return result
end
不管n 是多少,执行步骤时间固定,时间复杂度O(1),常数。
def quadratic(n)
sum = 0
1.upto(n) do |i|
1.upto(n) do |j|
sum = sum + i + j
end
end return sum
end
quadratic方法,当n越大,里面的循环就得平方多次,时间复杂度o(n^2)平方的。
def logarithmic(n)
result = 0
while n > 1
n = n.to_f / 2
result += 1
end return result
end
O(logn),对数时间。当n从100变为100000时,时间只是2.5倍而已。

1月21日 Reference Data Type 数据类型,算法基础说明,二分搜索算法。(课程内容)。在数学中,真数 x(对于底数β)的对数是 βy 的指数y,使得 x=βy

例子:

1月21日 Reference Data Type 数据类型,算法基础说明,二分搜索算法。(课程内容)

我们可以得出

1月21日 Reference Data Type 数据类型,算法基础说明,二分搜索算法。(课程内容)

用日常语言说,以3为底81的对数是4。

快速排序法,(quick sort)—O(n log n)期望时间,O(n2)最坏情况;对于大的、随机数列表一般相信是最快的已知排序。

Ruby中的 Array#sort 就是用快速排序法。

见笔记http://www.cnblogs.com/chentianwei/p/8244728.html,或者*

13 什么是数据结构

数据结构定义资料之间的相互关系,是设计算法的载体,数据输入输出和设计算法步骤时,都会对应于使用的数据结构。而不同的数据结构有不同的特性。在计算机本科生的课程中,有门数据结构的课,就是在分析各种不同的数据结构,做不同操作时的优点点和复杂度:Common Data Structure Operations

对 Ruby 程序员来说,最常用的就是 Array 和 Hash,现在我们来分析一下常用的操作,对 Array 和 Hash 的算法复杂度。

插入和删除到容器里面

要在数组中插入一个值,如果刚好在最后(例如 Arrar#push 方法),是 O(1)
如果在数组中间插入一个值,因为数组是内存中「连续」的空间,中间新插入,会需要搬动后面所有元素的位置往后移动一格,这是 O(n) 的算法,n 越大需要移动的元素越多。

对散列 Hash 来说,插入是平均复杂度是 O(1)。

检查一个值都没有在容器里面

Array 是 O(n),需要走访整个数组依序检查

Hash 是 O(1),只要将 key 经过散列算法,就可以直接检查那个位置有没有数据。

Ruby 内建有 benchmark 工具,可以让我们量测一个方法的执行时间

还有一道二分算法搜索题。没做。

这门教程的知识点非常多,包括了计算机大学本科 1. 数据结构 2. 算法 3. 操作系统 4. 编译器 5. 编程语言,大一到大三共五门必修课程的主要概念。我推荐以下的书籍可以继续进修:


二分搜索:

Ruby 的 Array#find_index 方法可以从数组中寻找一个值,回传它的索引,这个算法是 O(n)。

arr = [5,1,9,6] arr.find_index(9) # 回传 2   

Ruby 还有一个 Array#bsearch,实作了 二分搜索算法 binary search。如果你已知数组是排序过的,这个算法会是 O(log n)。

https://gist.github.com/michaelmakun/5a3ac6c03fd386e0629d5f1ed8a10ed1

require 'benchmark'
def binary_search(arr,int)
  head = 0
  tail = arr.size - 1
  while head <= tail   #如果当head = tail 后仍然没有匹配的,就会退出循环。
    mid = ( head + tail ) / 2
    if arr[mid] > int
      tail = mid - 1
    elsif arr[mid] < int
      head = mid + 1
    else
      return p mid
    end
  end
  return p "找不到对应元素"
end
def sorted_array(size)
  arr = Array.new(size){ rand(100)}
  arr.sort
end
arr = [0, 5, 13, 13, 30, 42, 52, 70, 85, 96, 103, 111, 116, 127, 130, 143, 150, 150, 161, 175, 207, 210, 218, 246, 257, 257, 263, 280, 304, 310, 326, 327,
  332, 346, 360, 371, 374, 378, 406, 407, 407, 408, 428, 431, 437, 442, 445, 479, 489, 491, 505, 517, 520, 536, 548, 598, 602, 605, 618, 642, 649, 654, 659, 662, 677,
  678, 682, 689, 695, 696, 697, 701, 711, 717, 727, 737, 745, 749, 754, 757, 770, 786, 802, 805, 814, 832, 840, 850, 853, 854, 888, 894, 904, 913, 913, 945, 962, 964,
  972, 998]
binary_search(arr, 371)  #结果是35
a1 = sorted_array(10)
a2 = sorted_array(10_000)
a3 = sorted_array(1_000_000)
Benchmark.bm do |x|
  x.report("10个元素的运行效果"){binary_search(a1,35)}
  x.report("10000个元素的运行效果"){binary_search(a2,35)}
  x.report("1000000个元素的运行效果"){binary_search(a3,35)}
end
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