《算法设计与分析》一一3.1 基于遍历的选择与查找

简介: 本节书摘来自华章出版社《算法设计与分析》一 书中的第3章,第3.1节,作者:黄宇 著 ,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

3.1 基于遍历的选择与查找

选择是与元素之间的序关系紧密相关的一个问题。首先对于一个包含n个各不相同元素的全序集,定义元素的阶(rank)的概念:定义一个元素的阶为k(1≤k≤n),如果有k-1个元素比它小,n-k个元素比它大。阶为k的元素即为排名第k小的元素。基于阶的概念,我们可以定义选择问题。
定义3.1(选择问题)
●输入:n个各不相同的元素组成的全序集,参数k (1≤k≤n)。
●输出:阶为k的元素。
选择问题的一个简单而常用的特例是选择最大(阶为n)/最小(阶为1)的元素。为此只需要简单遍历所有输入的元素,记录遇到的最大/最小值的元素即可。这一方法的实现如算法3所示。选择问题的另一个常用的特例是选择中位数,即阶为n2的元素。使用上述反复遍历选择最值的方法,选择中位数的代价为O(n2)。对于一般的选择阶为k的元素的问题,我们可以通过反复选出最小的元素,重复k次直至选出第k小的元素。这一基于反复遍历方法的代价为O(kn),这一代价在最坏情况下同样是O(n2)。在第8章,我们将讨论如何将选择的时间改进到线性时间。算法3:SELECT-MAX(A[1..n])
1 index-of-max∶=-1;
2 current-max∶=-∞;
3 for i∶=1 to n do
4 if A[i]>current-max then
5 current-max∶=A[i];
6 index-of-max∶=i;7 return index-of-max;查找问题要求从一堆键值中找出指定的值。
定义3.2(查找问题)
●输入:n个键值{k1,k2,…,kn},键值key。
●输出:是否有某个键值ki=key(1≤i≤n)。
假设待查找的n个键值存储在一个数组中。如果未对键值作任何特殊的组织,则只能通过遍历整个线性表来查找指定的值。其实现如1.3节的算法2所示。要提高查找的效率,本质是对需要查找的数据作某种组织,并利用组织后的数据的特性,降低查找的代价。以基于遍历的查找为基础,我们将在第9章讨论更高效的数据组织方法与相应的查找算法。

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