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程序演算法有哪些

發布時間:2024-08-20 08:16:28

程序員必須掌握哪些演算法

  1. A搜索演算法——圖形搜索演算法,從給定起點到給定終點計算出路徑。其中使用了一種啟發式的估算,為每個節點估算通過該節點的最佳路徑,並以之為各個地點排定次序。演算法以得到的次序訪問這些節點。因此,A*搜索演算法是最佳優先搜索的範例。

  2. 集束搜索(又名定向搜索,BeamSearch)——最佳優先搜索演算法的優化。使用啟發式函數評估它檢查的每個節點的能力。不過,集束搜索只能在每個深度中發現最前面的m個最符合條件的節點,m是固定數字——集束的寬度。

  3. 二分查找(BinarySearch)——在線性數組中找特定值的演算法,每個步驟去掉一半不符合要求的數據。

  4. 分支界定演算法(BranchandBound)——在多種最優化問題中尋找特定最優化解決方案的演算法,特別是針對離散、組合的最優化。

  5. Buchberger演算法——一種數學演算法,可將其視為針對單變數最大公約數求解的歐幾里得演算法和線性系統中高斯消元法的泛化。

  6. 數據壓縮——採取特定編碼方案,使用更少的位元組數(或是其他信息承載單元)對信息編碼的過程,又叫來源編碼。

  7. Diffie-Hellman密鑰交換演算法——一種加密協議,允許雙方在事先不了解對方的情況下,在不安全的通信信道中,共同建立共享密鑰。該密鑰以後可與一個對稱密碼一起,加密後續通訊。

  8. Dijkstra演算法——針對沒有負值權重邊的有向圖,計算其中的單一起點最短演算法。

  9. 離散微分演算法(Discretedifferentiation)

  10. 動態規劃演算法(DynamicProgramming)——展示互相覆蓋的子問題和最優子架構演算法

  11. 歐幾里得演算法(Euclideanalgorithm)——計算兩個整數的最大公約數。最古老的演算法之一,出現在公元前300前歐幾里得的《幾何原本》。

  12. 期望-最大演算法(Expectation-maximizationalgorithm,又名EM-Training)——在統計計算中,期望-最大演算法在概率模型中尋找可能性最大的參數估算值,其中模型依賴於未發現的潛在變數。EM在兩個步驟中交替計算,第一步是計算期望,利用對隱藏變數的現有估計值,計算其最大可能估計值;第二步是最大化,最大化在第一步上求得的最大可能值來計算參數的值。

  13. 快速傅里葉變換(FastFouriertransform,FFT)——計算離散的傅里葉變換(DFT)及其反轉。該演算法應用范圍很廣,從數字信號處理到解決偏微分方程,到快速計算大整數乘積。

  14. 梯度下降(Gradientdescent)——一種數學上的最優化演算法。

  15. 哈希演算法(Hashing)

  16. 堆排序(Heaps)

  17. Karatsuba乘法——需要完成上千位整數的乘法的系統中使用,比如計算機代數系統和大數程序庫,如果使用長乘法,速度太慢。該演算法發現於1962年。

  18. LLL演算法(Lenstra-Lenstra-Lovaszlatticerection)——以格規約(lattice)基數為輸入,輸出短正交向量基數。LLL演算法在以下公共密鑰加密方法中有大量使用:背包加密系統(knapsack)、有特定設置的RSA加密等等。

  19. 最大流量演算法(Maximumflow)——該演算法試圖從一個流量網路中找到最大的流。它優勢被定義為找到這樣一個流的值。最大流問題可以看作更復雜的網路流問題的特定情況。最大流與網路中的界面有關,這就是最大流-最小截定理(Max-flowmin-cuttheorem)。Ford-Fulkerson能找到一個流網路中的最大流。

  20. 合並排序(MergeSort)

  21. 牛頓法(Newton'smethod)——求非線性方程(組)零點的一種重要的迭代法。

  22. Q-learning學習演算法——這是一種通過學習動作值函數(action-valuefunction)完成的強化學習演算法,函數採取在給定狀態的給定動作,並計算出期望的效用價值,在此後遵循固定的策略。Q-leanring的優勢是,在不需要環境模型的情況下,可以對比可採納行動的期望效用。

  23. 兩次篩法(QuadraticSieve)——現代整數因子分解演算法,在實踐中,是目前已知第二快的此類演算法(僅次於數域篩法NumberFieldSieve)。對於110位以下的十位整數,它仍是最快的,而且都認為它比數域篩法更簡單。

  24. RANSAC——是「RANdomSAmpleConsensus」的縮寫。該演算法根據一系列觀察得到的數據,數據中包含異常值,估算一個數學模型的參數值。其基本假設是:數據包含非異化值,也就是能夠通過某些模型參數解釋的值,異化值就是那些不符合模型的數據點。

  25. RSA——公鑰加密演算法。首個適用於以簽名作為加密的演算法。RSA在電商行業中仍大規模使用,大家也相信它有足夠安全長度的公鑰。

  26. Schönhage-Strassen演算法——在數學中,Schönhage-Strassen演算法是用來完成大整數的乘法的快速漸近演算法。其演算法復雜度為:O(Nlog(N)log(log(N))),該演算法使用了傅里葉變換。

  27. 單純型演算法(SimplexAlgorithm)——在數學的優化理論中,單純型演算法是常用的技術,用來找到線性規劃問題的數值解。線性規劃問題包括在一組實變數上的一系列線性不等式組,以及一個等待最大化(或最小化)的固定線性函數。

  28. 奇異值分解(Singularvaluedecomposition,簡稱SVD)——在線性代數中,SVD是重要的實數或復數矩陣的分解方法,在信號處理和統計中有多種應用,比如計算矩陣的偽逆矩陣(以求解最小二乘法問題)、解決超定線性系統(overdeterminedlinearsystems)、矩陣逼近、數值天氣預報等等。

  29. 求解線性方程組()——線性方程組是數學中最古老的問題,它們有很多應用,比如在數字信號處理、線性規劃中的估算和預測、數值分析中的非線性問題逼近等等。求解線性方程組,可以使用高斯—約當消去法(Gauss-Jordanelimination),或是柯列斯基分解(Choleskydecomposition)。

  30. Strukturtensor演算法——應用於模式識別領域,為所有像素找出一種計算方法,看看該像素是否處於同質區域(homogenousregion),看看它是否屬於邊緣,還是是一個頂點。

  31. 合並查找演算法(Union-find)——給定一組元素,該演算法常常用來把這些元素分為多個分離的、彼此不重合的組。不相交集(disjoint-set)的數據結構可以跟蹤這樣的切分方法。合並查找演算法可以在此種數據結構上完成兩個有用的操作:

  32. 查找:判斷某特定元素屬於哪個組。

  33. 合並:聯合或合並兩個組為一個組。

  34. 維特比演算法(Viterbialgorithm)——尋找隱藏狀態最有可能序列的動態規劃演算法,這種序列被稱為維特比路徑,其結果是一系列可以觀察到的事件,特別是在隱藏的Markov模型中。

② 程序中一定會有演算法么

不一定,演算法和程序還是有區別的,演算法一般是針對某個數學問題。簡單的常見演算法主要有查找、排序。復雜一些的演算法比如有加密、搜索引擎、3D渲染等等。

程序和演算法最顯著的區別是,演算法一定可以在有限的時間內結束,而程序則不必。比如QQ,你只要不關閉它,就可以讓它一直運行下去,這就是程序。而搜索引擎,你點一下搜索,它會很快給出搜索的結果,這就是演算法。

至於Hello World嘛……太簡單了,無所謂演算法……

補充回答:
演算法存在的意義是解決某個特定問題的,否則就沒有意義了。只要你的這種組合符合演算法的定義和特徵的,那麼沒有爭議,就是演算法。Google的搜索引擎演算法不知道有多復雜,據說有上萬個參數,但那也是演算法。

其實樓主大可不必糾結於概念,大師們之所以把「演算法」這個概念抽象出來,是為了更好的解決一些常見的計算問題,當然由此也衍生出了演算法復雜度等一系列概念。只要能夠更好的解決問題,概念是次要的,結果才是主要的。

③ 程序員必須掌握哪些演算法

一.基本演算法:

枚舉. (poj1753,poj2965)

貪心(poj1328,poj2109,poj2586)

遞歸和分治法.

遞推.

構造法.(poj3295)

模擬法.(poj1068,poj2632,poj1573,poj2993,poj2996)

二.圖演算法:

圖的深度優先遍歷和廣度優先遍歷.

最短路徑演算法(dijkstra,bellman-ford,floyd,heap+dijkstra)
(poj1860,poj3259,poj1062,poj2253,poj1125,poj2240)
最小生成樹演算法(prim,kruskal)
(poj1789,poj2485,poj1258,poj3026)
拓撲排序 (poj1094)

二分圖的最大匹配 (匈牙利演算法) (poj3041,poj3020)

最大流的增廣路演算法(KM演算法). (poj1459,poj3436)

三.數據結構.

串 (poj1035,poj3080,poj1936)

排序(快排、歸並排(與逆序數有關)、堆排) (poj2388,poj2299)

簡單並查集的應用.

哈希表和二分查找等高效查找法(數的Hash,串的Hash)
(poj3349,poj3274,POJ2151,poj1840,poj2002,poj2503)
哈夫曼樹(poj3253)



trie樹(靜態建樹、動態建樹) (poj2513)

四.簡單搜索

深度優先搜索 (poj2488,poj3083,poj3009,poj1321,poj2251)

廣度優先搜索(poj3278,poj1426,poj3126,poj3087.poj3414)

簡單搜索技巧和剪枝(poj2531,poj1416,poj2676,1129)

五.動態規劃

背包問題. (poj1837,poj1276)

型如下表的簡單DP(可參考lrj的書 page149):
E[j]=opt{D+w(i,j)} (poj3267,poj1836,poj1260,poj2533)
E[i,j]=opt{D[i-1,j]+xi,D[i,j-1]+yj,D[i-1][j-1]+zij} (最長公共子序列) (poj3176,poj1080,poj1159)
C[i,j]=w[i,j]+opt{C[i,k-1]+C[k,j]}.(最優二分檢索樹問題)
六.數學

組合數學:
1.加法原理和乘法原理.
2.排列組合.
3.遞推關系.
(POJ3252,poj1850,poj1019,poj1942)
數論.
1.素數與整除問題
2.進制位.
3.同餘模運算.
(poj2635, poj3292,poj1845,poj2115)
計算方法.
1.二分法求解單調函數相關知識.(poj3273,poj3258,poj1905,poj3122)
七.計算幾何學.

幾何公式.

叉積和點積的運用(如線段相交的判定,點到線段的距離等). (poj2031,poj1039)

多邊型的簡單演算法(求面積)和相關判定(點在多邊型內,多邊型是否相交)
(poj1408,poj1584)
凸包. (poj2187,poj1113)

中級(校賽壓軸及省賽中等難度):
一.基本演算法:

C++的標准模版庫的應用. (poj3096,poj3007)

較為復雜的模擬題的訓練(poj3393,poj1472,poj3371,poj1027,poj2706)

二.圖演算法:

差分約束系統的建立和求解. (poj1201,poj2983)

最小費用最大流(poj2516,poj2516,poj2195)

雙連通分量(poj2942)

強連通分支及其縮點.(poj2186)

圖的割邊和割點(poj3352)

最小割模型、網路流規約(poj3308)

三.數據結構.

線段樹. (poj2528,poj2828,poj2777,poj2886,poj2750)

靜態二叉檢索樹. (poj2482,poj2352)

樹狀樹組(poj1195,poj3321)

RMQ. (poj3264,poj3368)

並查集的高級應用. (poj1703,2492)

KMP演算法. (poj1961,poj2406)

四.搜索

最優化剪枝和可行性剪枝

搜索的技巧和優化 (poj3411,poj1724)

記憶化搜索(poj3373,poj1691)

五.動態規劃

較為復雜的動態規劃(如動態規劃解特別的旅行商TSP問題等)
(poj1191,poj1054,poj3280,poj2029,poj2948,poj1925,poj3034)
記錄狀態的動態規劃. (POJ3254,poj2411,poj1185)

樹型動態規劃(poj2057,poj1947,poj2486,poj3140)

六.數學

組合數學:
1.容斥原理.
2.抽屜原理.
3.置換群與Polya定理(poj1286,poj2409,poj3270,poj1026).
4.遞推關系和母函數.
數學.
1.高斯消元法(poj2947,poj1487, poj2065,poj1166,poj1222)
2.概率問題. (poj3071,poj3440)
3.GCD、擴展的歐幾里德(中國剩餘定理) (poj3101)
計算方法.
1.0/1分數規劃. (poj2976)
2.三分法求解單峰(單谷)的極值.
3.矩陣法(poj3150,poj3422,poj3070)
4.迭代逼近(poj3301)
隨機化演算法(poj3318,poj2454)
雜題(poj1870,poj3296,poj3286,poj1095)
七.計算幾何學.

坐標離散化.

掃描線演算法(例如求矩形的面積和周長並,常和線段樹或堆一起使用)
(poj1765,poj1177,poj1151,poj3277,poj2280,poj3004)
多邊形的內核(半平面交)(poj3130,poj3335)

幾何工具的綜合應用.(poj1819,poj1066,poj2043,poj3227,poj2165,poj3429)

高級(regional中等難度):
一.基本演算法要求:

代碼快速寫成,精簡但不失風格

(poj2525,poj1684,poj1421,poj1048,poj2050,poj3306)

保證正確性和高效性. poj3434

二.圖演算法:

度限制最小生成樹和第K最短路. (poj1639)

最短路,最小生成樹,二分圖,最大流問題的相關理論(主要是模型建立和求解)
(poj3155, poj2112,poj1966,poj3281,poj1087,poj2289,poj3216,poj2446
最優比率生成樹. (poj2728)

最小樹形圖(poj3164)

次小生成樹.

無向圖、有向圖的最小環

三.數據結構.

trie圖的建立和應用. (poj2778)

LCA和RMQ問題(LCA(最近公共祖先問題) 有離線演算法(並查集+dfs) 和 在線演算法(RMQ+dfs)).(poj1330)
雙端隊列和它的應用(維護一個單調的隊列,常常在動態規劃中起到優化狀態轉移的目的). (poj2823)
左偏樹(可合並堆).

後綴樹(非常有用的數據結構,也是賽區考題的熱點).(poj3415,poj3294)
四.搜索

較麻煩的搜索題目訓練(poj1069,poj3322,poj1475,poj1924,poj2049,poj3426)

廣搜的狀態優化:利用M進制數存儲狀態、轉化為串用hash表判重、按位壓縮存儲狀態、雙向廣搜、A*演算法. (poj1768,poj1184,poj1872,poj1324,poj2046,poj1482)

深搜的優化:盡量用位運算、一定要加剪枝、函數參數盡可能少、層數不易過大、可以考慮雙向搜索或者是輪換搜索、IDA*演算法. (poj3131,poj2870,poj2286)

五.動態規劃

需要用數據結構優化的動態規劃.(poj2754,poj3378,poj3017)
四邊形不等式理論.

較難的狀態DP(poj3133)

六.數學

組合數學.
1.MoBius反演(poj2888,poj2154)
2.偏序關系理論.
博奕論.
1.極大極小過程(poj3317,poj1085)
2.Nim問題.
七.計算幾何學.

半平面求交(poj3384,poj2540)

可視圖的建立(poj2966)

點集最小圓覆蓋.

對踵點(poj2079)

④ 計算機演算法的三種基本結構

網路知道
計算機程序的三種基本結構是啥?
yezi1950
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計算機程序的三種基本結構是:順序結構、分支結構、循環結構
1、順序結構:
順序結構是一個程序從第一行一直運行到最後一行,也就是程序從頭到尾運行。
2、分支結構:
分支結構的執行是依據一定的條件選擇執行路徑,而不是嚴格按照語句出現的物理順序。分支結構的程序設計方法的關鍵在於構造合適的分支條件和分析程序流程,根據不同的程序流程選擇適當的分支語句。分支結構適合於帶有邏輯或關系比較等條件判斷的計算,設計這類程序時往往都要先繪制其程序流程圖,然後根據程序流程寫出源程序,這樣做把程序設計分析與語言分開,使得問題簡單化,易於理解。
3、循環結構:
一般用於重復某段需要不斷重復執行的代碼。
共同特點:
① 三種結構都是只有一個入口,一個出口。
② 三種結構內都不存在死循環。

⑤ 程序員都應該精通的六種演算法,你會了嗎

對於一名優秀的程序員來說,面對一個項目的需求的時候,一定會在腦海里浮現出最適合解決這個問題的方法是什麼,選對了演算法,就會起到事半功倍的效果,反之,則可能會使程序運行效率低下,還容易出bug。因此,熟悉掌握常用的演算法,是對於一個優秀程序員最基本的要求。


那麼,常用的演算法都有哪些呢?一般來講,在我們日常工作中涉及到的演算法,通常分為以下幾個類型:分治、貪心、迭代、枚舉、回溯、動態規劃。下面我們來一一介紹這幾種演算法。


一、分治演算法


分治演算法,顧名思義,是將一個難以直接解決的大問題,分割成一些規模較小的相同問題,以便各個擊破,分而治之。


分治演算法一般分為三個部分:分解問題、解決問題、合並解。

分治演算法適用於那些問題的規模縮小到一定程度就可以解決、並且各子問題之間相互獨立,求出來的解可以合並為該問題的解的情況。


典型例子比如求解一個無序數組中的最大值,即可以採用分治演算法,示例如下:


def pidAndConquer(arr,leftIndex,rightIndex):

if(rightIndex==leftIndex+1 || rightIndex==leftIndex){

return Math.max(arr[leftIndex],arr[rightIndex]);

}

int mid=(leftIndex+rightIndex)/2;

int leftMax=pidAndConquer(arr,leftIndex,mid);

int rightMax=pidAndConquer(arr,mid,rightIndex);

return Math.max(leftMax,rightMax);


二、貪心演算法


貪心演算法是指在對問題求解時,總是做出在當前看來是最好的選擇。也就是說,不從整體最優上加以考慮,他所做出的僅是在某種意義上的局部最優解。


貪心演算法的基本思路是把問題分成若干個子問題,然後對每個子問題求解,得到子問題的局部最優解,最後再把子問題的最優解合並成原問題的一個解。這里要注意一點就是貪心演算法得到的不一定是全局最優解。這一缺陷導致了貪心演算法的適用范圍較少,更大的用途在於平衡演算法效率和最終結果應用,類似於:反正就走這么多步,肯定給你一個值,至於是不是最優的,那我就管不了了。就好像去菜市場買幾樣菜,可以經過反復比價之後再買,或者是看到有賣的不管三七二十一先買了,總之最終結果是菜能買回來,但搞不好多花了幾塊錢。


典型例子比如部分背包問題:有n個物體,第i個物體的重量為Wi,價值為Vi,在總重量不超過C的情況下讓總價值盡量高。每一個物體可以只取走一部分,價值和重量按比例計算。

貪心策略就是,每次都先拿性價比高的,判斷不超過C。


三、迭代演算法


迭代法也稱輾轉法,是一種不斷用變數的舊值遞推新值的過程。迭代演算法是用計算機解決問題的一種基本方法,它利用計算機運算速度快、適合做重復性操作的特點,讓計算機對一組指令(或一定步驟)進行重復執行,在每次執行這組指令(或這些步驟)時,都從變數的原值推出它的一個新值。最終得到問題的結果。


迭代演算法適用於那些每步輸入參數變數一定,前值可以作為下一步輸入參數的問題。


典型例子比如說,用迭代演算法計算斐波那契數列。


四、枚舉演算法


枚舉演算法是我們在日常中使用到的最多的一個演算法,它的核心思想就是:枚舉所有的可能。枚舉法的本質就是從所有候選答案中去搜索正確地解。

枚舉演算法適用於候選答案數量一定的情況。


典型例子包括雞錢問題,有公雞5,母雞3,三小雞1,求m錢n雞的所有可能解。可以採用一個三重循環將所有情況枚舉出來。代碼如下:



五、回溯演算法


回溯演算法是一個類似枚舉的搜索嘗試過程,主要是在搜索嘗試過程中尋找問題的解,當發現已不滿足求解條件時,就「回溯」返回,嘗試別的路徑。

許多復雜的,規模較大的問題都可以使用回溯法,有「通用解題方法」的美稱。


典型例子是8皇後演算法。在8 8格的國際象棋上擺放八個皇後,使其不能互相攻擊,即任意兩個皇後都不能處於同一行、同一列或同一斜線上,問一共有多少種擺法。


回溯法是求解皇後問題最經典的方法。演算法的思想在於如果一個皇後選定了位置,那麼下一個皇後的位置便被限制住了,下一個皇後需要一直找直到找到安全位置,如果沒有找到,那麼便要回溯到上一個皇後,那麼上一個皇後的位置就要改變,這樣一直遞歸直到所有的情況都被舉出。


六、動態規劃演算法


動態規劃過程是:每次決策依賴於當前狀態,又隨即引起狀態的轉移。一個決策序列就是在變化的狀態中產生出來的,所以,這種多階段最優化決策解決問題的過程就稱為動態規劃。


動態規劃演算法適用於當某階段狀態給定以後,在這階段以後的過程的發展不受這段以前各段狀態的影響,即無後效性的問題。


典型例子比如說背包問題,給定背包容量及物品重量和價值,要求背包裝的物品價值最大。


⑥ C語言演算法有哪些 並舉例和分析

演算法大全(C,C++)
一、 數論演算法

1.求兩數的最大公約數
function gcd(a,b:integer):integer;
begin
if b=0 then gcd:=a
else gcd:=gcd (b,a mod b);
end ;

2.求兩數的最小公倍數
function lcm(a,b:integer):integer;
begin
if a<b then swap(a,b);
lcm:=a;
while lcm mod b>0 do inc(lcm,a);
end;

3.素數的求法
A.小范圍內判斷一個數是否為質數:
function prime (n: integer): Boolean;
var I: integer;
begin
for I:=2 to trunc(sqrt(n)) do
if n mod I=0 then begin
prime:=false; exit;
end;
prime:=true;
end;

B.判斷longint范圍內的數是否為素數(包含求50000以內的素數表):
procere getprime;
var
i,j:longint;
p:array[1..50000] of boolean;
begin
fillchar(p,sizeof(p),true);
p[1]:=false;
i:=2;
while i<50000 do begin
if p[i] then begin
j:=i*2;
while j<50000 do begin
p[j]:=false;
inc(j,i);
end;
end;
inc(i);
end;
l:=0;
for i:=1 to 50000 do
if p[i] then begin
inc(l);pr[l]:=i;
end;
end;{getprime}

function prime(x:longint):integer;
var i:integer;
begin
prime:=false;
for i:=1 to l do
if pr[i]>=x then break
else if x mod pr[i]=0 then exit;
prime:=true;
end;{prime}

二、圖論演算法

1.最小生成樹

A.Prim演算法:

procere prim(v0:integer);
var
lowcost,closest:array[1..maxn] of integer;
i,j,k,min:integer;
begin
for i:=1 to n do begin
lowcost[i]:=cost[v0,i];
closest[i]:=v0;
end;
for i:=1 to n-1 do begin
{尋找離生成樹最近的未加入頂點k}
min:=maxlongint;
for j:=1 to n do
if (lowcost[j]<min) and (lowcost[j]<>0) then begin
min:=lowcost[j];
k:=j;
end;
lowcost[k]:=0; {將頂點k加入生成樹}
{生成樹中增加一條新的邊k到closest[k]}
{修正各點的lowcost和closest值}
for j:=1 to n do
if cost[k,j]<lwocost[j] then begin
lowcost[j]:=cost[k,j];
closest[j]:=k;
end;
end;
end;{prim}

B.Kruskal演算法:(貪心)

按權值遞增順序刪去圖中的邊,若不形成迴路則將此邊加入最小生成樹。
function find(v:integer):integer; {返回頂點v所在的集合}
var i:integer;
begin
i:=1;
while (i<=n) and (not v in vset[i]) do inc(i);
if i<=n then find:=i else find:=0;
end;

procere kruskal;
var
tot,i,j:integer;
begin
for i:=1 to n do vset[i]:=[i];{初始化定義n個集合,第I個集合包含一個元素I}
p:=n-1; q:=1; tot:=0; {p為尚待加入的邊數,q為邊集指針}
sort;
{對所有邊按權值遞增排序,存於e[I]中,e[I].v1與e[I].v2為邊I所連接的兩個頂點的序號,e[I].len為第I條邊的長度}
while p>0 do begin
i:=find(e[q].v1);j:=find(e[q].v2);
if i<>j then begin
inc(tot,e[q].len);
vset[i]:=vset[i]+vset[j];vset[j]:=[];
dec(p);
end;
inc(q);
end;
writeln(tot);
end;

2.最短路徑

A.標號法求解單源點最短路徑:
var
a:array[1..maxn,1..maxn] of integer;
b:array[1..maxn] of integer; {b[i]指頂點i到源點的最短路徑}
mark:array[1..maxn] of boolean;

procere bhf;
var
best,best_j:integer;
begin
fillchar(mark,sizeof(mark),false);
mark[1]:=true; b[1]:=0;{1為源點}
repeat
best:=0;
for i:=1 to n do
If mark[i] then {對每一個已計算出最短路徑的點}
for j:=1 to n do
if (not mark[j]) and (a[i,j]>0) then
if (best=0) or (b[i]+a[i,j]<best) then begin
best:=b[i]+a[i,j]; best_j:=j;
end;
if best>0 then begin
b[best_j]:=best;mark[best_j]:=true;
end;
until best=0;
end;{bhf}

B.Floyed演算法求解所有頂點對之間的最短路徑:
procere floyed;
begin
for I:=1 to n do
for j:=1 to n do
if a[I,j]>0 then p[I,j]:=I else p[I,j]:=0; {p[I,j]表示I到j的最短路徑上j的前驅結點}
for k:=1 to n do {枚舉中間結點}
for i:=1 to n do
for j:=1 to n do
if a[i,k]+a[j,k]<a[i,j] then begin
a[i,j]:=a[i,k]+a[k,j];
p[I,j]:=p[k,j];
end;
end;

C. Dijkstra 演算法:

var
a:array[1..maxn,1..maxn] of integer;
b,pre:array[1..maxn] of integer; {pre[i]指最短路徑上I的前驅結點}
mark:array[1..maxn] of boolean;
procere dijkstra(v0:integer);
begin
fillchar(mark,sizeof(mark),false);
for i:=1 to n do begin
d[i]:=a[v0,i];
if d[i]<>0 then pre[i]:=v0 else pre[i]:=0;
end;
mark[v0]:=true;
repeat {每循環一次加入一個離1集合最近的結點並調整其他結點的參數}
min:=maxint; u:=0; {u記錄離1集合最近的結點}
for i:=1 to n do
if (not mark[i]) and (d[i]<min) then begin
u:=i; min:=d[i];
end;
if u<>0 then begin
mark[u]:=true;
for i:=1 to n do
if (not mark[i]) and (a[u,i]+d[u]<d[i]) then begin
d[i]:=a[u,i]+d[u];
pre[i]:=u;
end;
end;
until u=0;
end;

3.計算圖的傳遞閉包

Procere Longlink;
Var
T:array[1..maxn,1..maxn] of boolean;
Begin
Fillchar(t,sizeof(t),false);
For k:=1 to n do
For I:=1 to n do
For j:=1 to n do T[I,j]:=t[I,j] or (t[I,k] and t[k,j]);
End;

4.無向圖的連通分量

A.深度優先
procere dfs ( now,color: integer);
begin
for i:=1 to n do
if a[now,i] and c[i]=0 then begin {對結點I染色}
c[i]:=color;
dfs(I,color);
end;
end;

B 寬度優先(種子染色法)

5.關鍵路徑

幾個定義: 頂點1為源點,n為匯點。
a. 頂點事件最早發生時間Ve[j], Ve [j] = max{ Ve [j] + w[I,j] },其中Ve (1) = 0;
b. 頂點事件最晚發生時間 Vl[j], Vl [j] = min{ Vl[j] – w[I,j] },其中 Vl(n) = Ve(n);
c. 邊活動最早開始時間 Ee[I], 若邊I由<j,k>表示,則Ee[I] = Ve[j];
d. 邊活動最晚開始時間 El[I], 若邊I由<j,k>表示,則El[I] = Vl[k] – w[j,k];
若 Ee[j] = El[j] ,則活動j為關鍵活動,由關鍵活動組成的路徑為關鍵路徑。
求解方法:
a. 從源點起topsort,判斷是否有迴路並計算Ve;
b. 從匯點起topsort,求Vl;
c. 算Ee 和 El;

6.拓撲排序

找入度為0的點,刪去與其相連的所有邊,不斷重復這一過程。
例 尋找一數列,其中任意連續p項之和為正,任意q 項之和為負,若不存在則輸出NO.

7.迴路問題

Euler迴路(DFS)
定義:經過圖的每條邊僅一次的迴路。(充要條件:圖連同且無奇點)

Hamilton迴路
定義:經過圖的每個頂點僅一次的迴路。

一筆畫
充要條件:圖連通且奇點個數為0個或2個。

9.判斷圖中是否有負權迴路 Bellman-ford 演算法

x[I],y[I],t[I]分別表示第I條邊的起點,終點和權。共n個結點和m條邊。
procere bellman-ford
begin
for I:=0 to n-1 do d[I]:=+infinitive;
d[0]:=0;
for I:=1 to n-1 do
for j:=1 to m do {枚舉每一條邊}
if d[x[j]]+t[j]<d[y[j]] then d[y[j]]:=d[x[j]]+t[j];
for I:=1 to m do
if d[x[j]]+t[j]<d[y[j]] then return false else return true;
end;

10.第n最短路徑問題

*第二最短路徑:每舉最短路徑上的每條邊,每次刪除一條,然後求新圖的最短路徑,取這些路徑中最短的一條即為第二最短路徑。
*同理,第n最短路徑可在求解第n-1最短路徑的基礎上求解。

三、背包問題

*部分背包問題可有貪心法求解:計算Pi/Wi
數據結構:
w[i]:第i個背包的重量;
p[i]:第i個背包的價值;

1.0-1背包: 每個背包只能使用一次或有限次(可轉化為一次):

A.求最多可放入的重量。
NOIP2001 裝箱問題
有一個箱子容量為v(正整數,o≤v≤20000),同時有n個物品(o≤n≤30),每個物品有一個體積 (正整數)。要求從 n 個物品中,任取若千個裝入箱內,使箱子的剩餘空間為最小。
l 搜索方法
procere search(k,v:integer); {搜索第k個物品,剩餘空間為v}
var i,j:integer;
begin
if v<best then best:=v;
if v-(s[n]-s[k-1])>=best then exit; {s[n]為前n個物品的重量和}
if k<=n then begin
if v>w[k] then search(k+1,v-w[k]);
search(k+1,v);
end;
end;

l DP
F[I,j]為前i個物品中選擇若干個放入使其體積正好為j的標志,為布爾型。
實現:將最優化問題轉化為判定性問題
f [I, j] = f [ i-1, j-w[i] ] (w[I]<=j<=v) 邊界:f[0,0]:=true.
For I:=1 to n do
For j:=w[I] to v do F[I,j]:=f[I-1,j-w[I]];
優化:當前狀態只與前一階段狀態有關,可降至一維。
F[0]:=true;
For I:=1 to n do begin
F1:=f;
For j:=w[I] to v do
If f[j-w[I]] then f1[j]:=true;
F:=f1;
End;

B.求可以放入的最大價值。
F[I,j] 為容量為I時取前j個背包所能獲得的最大價值。
F [i,j] = max { f [ i – w [ j ], j-1] + p [ j ], f[ i,j-1] }

C.求恰好裝滿的情況數。
DP:
Procere update;
var j,k:integer;
begin
c:=a;
for j:=0 to n do
if a[j]>0 then
if j+now<=n then inc(c[j+now],a[j]);
a:=c;
end;

2.可重復背包

A求最多可放入的重量。
F[I,j]為前i個物品中選擇若干個放入使其體積正好為j的標志,為布爾型。
狀態轉移方程為
f[I,j] = f [ I-1, j – w[I]*k ] (k=1.. j div w[I])

B.求可以放入的最大價值。
USACO 1.2 Score Inflation
進行一次競賽,總時間T固定,有若干種可選擇的題目,每種題目可選入的數量不限,每種題目有一個ti(解答此題所需的時間)和一個si(解答此題所得的分數),現要選擇若干題目,使解這些題的總時間在T以內的前提下,所得的總分最大,求最大的得分。
*易想到:
f[i,j] = max { f [i- k*w[j], j-1] + k*p[j] } (0<=k<= i div w[j])
其中f[i,j]表示容量為i時取前j種背包所能達到的最大值。
*實現:
Begin
FillChar(f,SizeOf(f),0);
For i:=1 To M Do
For j:=1 To N Do
If i-problem[j].time>=0 Then
Begin
t:=problem[j].point+f[i-problem[j].time];
If t>f[i] Then f[i]:=t;
End;
Writeln(f[M]);
End.

C.求恰好裝滿的情況數。
Ahoi2001 Problem2
求自然數n本質不同的質數和的表達式的數目。
思路一,生成每個質數的系數的排列,在一一測試,這是通法。
procere try(dep:integer);
var i,j:integer;
begin
cal; {此過程計算當前系數的計算結果,now為結果}
if now>n then exit; {剪枝}
if dep=l+1 then begin {生成所有系數}
cal;
if now=n then inc(tot);
exit;
end;
for i:=0 to n div pr[dep] do begin
xs[dep]:=i;
try(dep+1);
xs[dep]:=0;
end;
end;

思路二,遞歸搜索效率較高
procere try(dep,rest:integer);
var i,j,x:integer;
begin
if (rest<=0) or (dep=l+1) then begin
if rest=0 then inc(tot);
exit;
end;
for i:=0 to rest div pr[dep] do
try(dep+1,rest-pr[dep]*i);
end;
{main: try(1,n); }

思路三:可使用動態規劃求解
USACO1.2 money system
V個物品,背包容量為n,求放法總數。
轉移方程:

Procere update;
var j,k:integer;
begin
c:=a;
for j:=0 to n do
if a[j]>0 then
for k:=1 to n div now do
if j+now*k<=n then inc(c[j+now*k],a[j]);
a:=c;
end;
{main}
begin
read(now); {讀入第一個物品的重量}
i:=0; {a[i]為背包容量為i時的放法總數}
while i<=n do begin
a[i]:=1; inc(i,now); end; {定義第一個物品重的整數倍的重量a值為1,作為初值}
for i:=2 to v do
begin
read(now);
update; {動態更新}
end;
writeln(a[n]);

四、排序演算法

A.快速排序:

procere qsort(l,r:integer);
var i,j,mid:integer;
begin
i:=l;j:=r; mid:=a[(l+r) div 2]; {將當前序列在中間位置的數定義為中間數}
repeat
while a[i]<mid do inc(i); {在左半部分尋找比中間數大的數}
while a[j]>mid do dec(j);{在右半部分尋找比中間數小的數}
if i<=j then begin {若找到一組與排序目標不一致的數對則交換它們}
swap(a[i],a[j]);
inc(i);dec(j); {繼續找}
end;
until i>j;
if l<j then qsort(l,j); {若未到兩個數的邊界,則遞歸搜索左右區間}
if i<r then qsort(i,r);
end;{sort}

B.插入排序:

思路:當前a[1]..a[i-1]已排好序了,現要插入a[i]使a[1]..a[i]有序。
procere insert_sort;
var i,j:integer;
begin
for i:=2 to n do begin
a[0]:=a[i];
j:=i-1;
while a[0]<a[j] do begin
a[j+1]:=a[j];
j:=j-1;
end;
a[j+1]:=a[0];
end;
end;{inset_sort}

C.選擇排序:
procere sort;
var i,j,k:integer;
begin
for i:=1 to n-1 do
for j:=i+1 to n do
if a[i]>a[j] then swap(a[i],a[j]);
end;

D. 冒泡排序
procere bubble_sort;
var i,j,k:integer;
begin
for i:=1 to n-1 do
for j:=n downto i+1 do
if a[j]<a[j-1] then swap( a[j],a[j-1]); {每次比較相鄰元素的關系}
end;

E.堆排序:
procere sift(i,m:integer);{調整以i為根的子樹成為堆,m為結點總數}
var k:integer;
begin
a[0]:=a[i]; k:=2*i;{在完全二叉樹中結點i的左孩子為2*i,右孩子為2*i+1}
while k<=m do begin
if (k<m) and (a[k]<a[k+1]) then inc(k);{找出a[k]與a[k+1]中較大值}
if a[0]<a[k] then begin a[i]:=a[k];i:=k;k:=2*i; end
else k:=m+1;
end;
a[i]:=a[0]; {將根放在合適的位置}
end;

procere heapsort;
var
j:integer;
begin
for j:=n div 2 downto 1 do sift(j,n);
for j:=n downto 2 do begin
swap(a[1],a[j]);
sift(1,j-1);
end;

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