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信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾

时间:2022-12-27 22:32:35浏览次数:69  
标签:信息学 01 int 赛培 链表 算法 排序 集训


导读

信息学能够有助于孩子未来工作发展,提升孩子的综合能力。


这一期课,我们继续深入学习数据结构和算法,学的更深,学的更多!在此之前,我们需要先掌握好上一期的课程,打好基础,再深入这一期课程,这一节课,我们一起来简单回顾上一期课的一些重点内容。


1 基础数据结构回顾

首先我们先来复习一下数据结构吧。

1 数据结构总述

在前面的内容中,我们学习了数据结构的相关概念,学习了一些基础的线性结构,包括:


普通线性表:顺序表、链表
受限制的线性表:栈、队列
特殊线性表:


接下来,让我们一起来详细复习一下重点内容吧!

2 线性结构总结

1、顺序表


顺序表是最基本的线性结构,我们经常用数组来描述它。但是顺序表又和普通数组不一样,顺序表和普通数组的差别在如下几个方面:


顺序表要包含:数据域、长度、容量
顺序表的容量是可调节的


顺序表的优缺点如下:


【优点】
1、可以实现随机存取,访问数据效率高;
2、只需要定义结构存储数据,占用内存空间小。
【缺点】
1、增删数据时,需要移动大量元素,增删数据效率低;
2、需要计算机内存中有较大的完整空间,无法利用比顺序表容量小的空间,造成大量空间碎片。


我们可以使用STL库中的vector数组来实现顺序表。


我们可以通过如下几篇文章,深入学习顺序表:





信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_链表

​数据结构前导课 | 4 初试锋芒——顺序表写起来也很简单​



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_链表_02

​数据结构前导课 | 5 小试牛刀——STL库之vector数组​



2、链表


链表是线性表使用链式存储的经典代表,其优缺点如下:


【优点】
1、增删数据时,无需移动元素,增删数据效率高;
2、节点无需相邻,对空间利用率更高。
【缺点】
1、顺序存取,访问数据需要从一个往后顺序寻找,效率低;
2、需要定义额外的空间,存储指向其后续节点的指针,浪费大量空间。


链表主要有单链表、双向链表和循环链表:


信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_链表_03


链表更多的是出现在信息学初赛中的理论分析,在复赛中很少使用。真正使用,也是使用数组和索引去模拟链表。在STL库中,也提供了list链表供大家使用。


具体大家可以看如下的文章去复习:



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_顺序表_04

​数据结构前导课 | 6触类旁通——链表基本理论与信息学竞赛必考点​



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_排序算法_05

​数据结构前导课 | 7 更进一步——STL库之List链表​


3、栈


栈是一种受限制的线性表,只能在一端插入与删除,不能在另一端做操作。栈是先进后出的结构。


在STL库中,我们提供了stack来实现栈。栈最常用的操作就是获取栈顶元素,入栈和出栈。


具体请看:



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_排序算法_06

​信息学集训 | 06 栈理论与实战​


4、队列


队列是一种受限制的线性表,普通队列只能在一端插入,另一端删除。栈是先进先出的结构。


在一些特定场景,会有一些特殊的队列,例如双端队列可以实现在两端的插入和删除。循环队列可以解决普通队列中出队导致空间浪费的问题。


在STL库中,我们提供了deque来实现双端队列。提供queue来实现普通队列,通过结合取余运算实现循环队列。


具体请看:



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_排序算法_07

​信息学集训 | 07 队列理论与实战​


5、字符串


作为特殊的线性表,字符串也有其独特的性质,也有独立的方法,包括字符串的插入、截取、删除、获取字符串长度、比较等等。


具体请看:



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_顺序表_08

​信息学集训 | 05 字符串进阶操作​


2 基础算法回顾

接下来让我们回顾一下算法。

1 算法复杂度

算法复杂度是用来衡量算法性能的重要指标,也是信息学竞赛要求的硬性指标。


算法复杂度主要包括时间复杂度和空间复杂度。我们考虑最多的是时间复杂度。


具体请看:



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_排序算法_09

​信息学集训 | 09 算法及其复杂度​


2 排序算法

排序算法是我们很早就接触到的算法,这一期我们系统讲解了所有的排序算法。


1、排序算法的评价指标


排序算法有四个评价指标,除了上面的两个复杂度,还包括稳定性适用性


2、排序算法


我们学习了如下排序算法:


1、插入排序:直接插入排序、折半插入排序、希尔排序


2、交换排序:冒泡排序、快速排序


3、选择排序:简单选择排序、堆排序


4、归并排序


5、基数排序


3、sort函数


一般来说,在竞赛中,我们直接使用sort函数即可,重点是排序的策略的设置。


排序算法我们通过三节课详细讲解,具体请看:



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_链表_10

​信息学集训 | 10 经典排序算法思想精讲1​



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_顺序表_11

​信息学集训 | 11 经典排序算法思想精讲2​



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_排序算法_12

​信息学集训 | 12 排序算法分析与sort函数详解​


3 枚举算法

枚举算法是最基本的算法,就是将所有情况列举出来。


枚举算法的优点在于,枚举算法思想简单,并且能遍历所有情况,会找到全局最优解等。不会出现遗漏。


但缺点在于,要遍历所有情况,时间复杂度就会很高。


在竞赛中,如果大家找不到更好地方案,那就是用枚举算法,尽可能获得更高的分数。


具体请看:



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_顺序表_13

​信息学集训 | 13 枚举算法理论与实战​


4 贪心算法

贪心算法追求的是当前最优,因为不考虑后效性,所以思想比较简单,也容易实现。但是贪心算法在一些问题中难以获得全局最优解。


贪心算法重点是贪心策略的选择,有时候选择好的贪心策略能够得到最优解或者能够让算法性能更高。


具体请看:





信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_排序算法_14

​信息学集训 | 14 贪心算法理论与实战​

5 分治算法

分治算法强调的是三个部分:


分:是指通过递归不断分解直到子问题可解。
治:是指可以通过某种算法解决子问题。
并:是指将所有子问题的解合并。


并且分治算法要满足如下几方面的原则:


1、问题必须是可分解的;
2、分解得到的子问题应该是同类型问题;
3、子问题必须相互独立;
4、子问题可以继续分解为更小的子问题。(非强制)
5、最小子问题必须是可解的
6、子问题的解能合并为父问题的解,并最终合并为该问题的解。


这些原则与上面的三个部分,其实也是分别对应的。


具体请看:



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_排序算法_15

​信息学集训 | 15 分治算法理论与实战​


6 高精度算法

上一期课,我们最后学习了高精度算法。高精度算法是上一期课中,算法最难的。不过高精度比较固定,适用范围也较小。


高精度要考虑这么几个问题:


怎么存储:使用数组输出,然后转化为高精度
怎么输出:按位输出,设置输出函数
怎么运算:要自己写对应的运算算法


具体请看:



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_链表_16

​信息学集训 | 16 高精度算法理论与实现1​



信息学赛培 | 01 基础数据结构与算法回顾_顺序表_17

​信息学集训 | 17 高精度算法理论与实现2​


3 算法题目实训

复习完知识,让我们一起来做几道题目吧!

1 求根号2的近似值

【题目】


编写一个算法,求 


【分析】


考虑求近似值,可以使用分治-二分法。因为  ,所以我们初始两端为1和2,然后我们找1和2的中间1.5,如果1.5的平方比2大,说明  在1和1.5中间,然后我们找1和1.5的中间1.25……以此类推,直到满足精度要求即可。


【代码】


代码如下:


#include<iostream>
using namespace std;

int main(){
float l=1,r=2,m;
while(2-l*l>0.001){
m = (l+r)/2;
if(m*m>2) r = m;
else l = m;
}
cout<<l<<endl;
return 0;
}


2 斐波那契数列

【题目】


小明学习了斐波那契数列,想自己设置前两个数,生成对应的序列,现在要你帮小明实现它的想法,并输出前10个斐波那契数列值;


【分析】


我们知道斐波那契数列前两个值是设定的,后面的值满足 


【代码】


代码如下:


#include<iostream>
using namespace std;

int main(){
int a[10];
cin>>a[0]>>a[1];
for(int i = 2;i<10;i++){
a[i] = a[i-1]+a[i-2];
}
for(int i = 0;i<10;i++){
cout<<a[i]<<endl;
}
return 0;
}


3 工作时长

【题目】


某工厂有10名员工,现在有项任务,领导要派3个人参加。已知这十名员工每人每天的工作量为  ,任务的总工作量为 


注:  和 


【分析】


时间最短,那就要效率最高的,也就是使用贪心策略选择三名效率最高的员工。


注意是几天,如果不是整天完成,要向上取整。


【代码】


代码如下:


#include<iostream>
using namespace std;

int main(){
int a[10],A,t,day;
for(int i = 0;i<10;i++){
cin>>a[i];
}
cin>>A;
for(int i = 0;i<3;i++){
for(int j = i+1;i<10;i++){
if(a[i]<a[j]){
t = a[i];
a[i] = a[j];
a[j] = t;
}
}
}

day = A/(a[0]+a[1]+a[2]);
if(A%(a[0]+a[1]+a[2])) day++; //向上取整
cout<<day<<endl;
return 0;
}


4 作业

本节课的作业,就是复习上面的所有知识,并完成下面的题目!

1 a+b

实现高精度数据a和b的加法,a和b是整数,可正可负。


​ ​ ​ ​ ​


AI与区块链技术

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