《Python算法教程》——2.7 练习题

简介:

本节书摘来自异步社区《Python算法教程》一书中的第2章,第2.7节,作者[挪威]Magnus Lie Hetland(赫特兰), 凌杰 译,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

2.7 练习题

2-1. 当我们用Python中的list构建一个多维数组时,通常需要使用循环来完成(或某种与list推导式等效的技术),为什么不能用表达式[[0]10]10来创建一个10×10的数组呢?这样做会有什么问题吗?

2-2. 让我们来做个假设(也许会有点不切实际):如果我们允许在分配内存时出现未初始化的情况(也就是说,这块内存中还保有上一次被使用时留下的“垃圾数据”),并且分配内存也只需要常数时间。这时如果您想创建一个含有n 个整数的数组,并且希望跟踪其每一项——看看它是处于非初始化状态,还是您已经在它里面保存过一个数字了。这种检查操作也是可以在常数时间内完成的。那么,我们究竟应该怎样做,才能保证它在常数时间内完成它的初始化操作呢?(以及应该如何在常数时间里完成一个空邻接数组的初始化操作,以避免其成为一个以平方级时间为最小运行时间的操作?)

2-3. 请证明O 与Ω的性质正好相反,即如果f = O (g ),那么g = Ω(f ),反之亦然。

2-4. 对数通常有各自不同的底数,但在算法学上,我们往往并不会太在意它。为了明白其中的原因,我们可以来考虑一下这个等式:logbn= (logan )/(logab)。首先,您知道这个等式为什么成立吗?其次,为什么它能告诉我们不需要去操心对数的底数问题?

2-5. 请证明任何指数级操作(Θ(kn ),其中k > 1)的增长都要快于多项式级操作(Θ(nj ),其中j > 0)。

2-6. 请证明任何多项式操作(Θ(nk ),其中k 为任意常数且k > 0)的渐近增长都要快于对数级操作(Θ(lg n ))。(值得注意的是,这里的多项式中包括根数在内,如平方根(k = 0.5)等)。

2-7. 请研究或推算一下Python list类型上各个操作的渐近复杂度,如索引、元素项赋值、顺序反转、元素的追加及插入(最后两项我们在list的黑盒子专栏中已经讨论过了)。如果我们改用链表类型来实现这些操作会有什么不同?请以list.extend为例加以说明。

2-8. 请证明表达式Θ(f ) + Θ(g ) = Θ(f + g ) and Θ(f ) · Θ(g ) = Θ(f · g )成立。另外,您也可以试试是否能证明max(Θ(f ), Θ(g )) = Θ(max(f , g )) = Θ(f + g )成立。

2-9. 在附录C中,您会找到一组与树有关的、带编号的陈述句,请证明它们是等效的。

2-10. 假设T 是一棵有根树,它至少应包含三个节点,并且每个内部节点下面又正好都有两个子节点。那么,如果T 上有n 个叶节点,树上到底应有多少个节点呢?

2-11. 请证明一个DAG可以由任何形式的(底层)结构组成。换言之,任何(无向)图结构都可以成为一个DAG的底层图结构。或者说,对于任何给定的图结构,我们都可以通过调整其边线方向,从中产生出一个有向图,而它正好是一个DAG。

2-12. 请考虑下面这种图结构的表示法:我们使用字典类型,设置其每个键为两个节点的元组,然后将该元组的值设置为边的权值,如W[u, v] = 42。请问:该表示法有什么优点和缺点?您有办法弥补这些缺点吗?

相关文章
|
5天前
|
机器学习/深度学习 存储 算法
颠覆认知!Python算法设计中的时间复杂度与空间复杂度,你真的理解对了吗?
【7月更文挑战第22天】在Python算法设计中,时间与空间复杂度是评估算法效能的核心。时间复杂度不仅限于大O表示法,还涵盖平均与最坏情况分析。空间复杂度虽关注额外存储,但也反映内存效率。平衡二者需视场景而定,如利用原地算法减少内存消耗,或牺牲空间加速执行。算法优化技巧,如分治与动态规划,助你在资源与速度间找寻最优解,从而高效应对大数据挑战。
16 3
|
4天前
|
存储 算法 搜索推荐
深度剖析 Python 算法:时间复杂度与空间复杂度的爱恨情仇,你站哪边?
【7月更文挑战第23天】在Python算法设计中,时间复杂度与空间复杂度如影随形,反映算法效率与资源消耗。时间复杂度揭示算法随输入规模增长的计算趋势,空间复杂度关注额外存储需求。找最大值示例中,两种实现均具O(n)时间与O(1)空间复杂度,但在排序等复杂场景下,如冒泡排序与快速排序,或哈希表与二叉树查找,权衡变得关键。实时系统偏好低时间复杂度算法,存储受限环境则需关注空间效率。最佳选择依应用场景而定,掌握二者平衡,方能编写高效代码。
|
4天前
|
算法 搜索推荐 开发者
别再让复杂度拖你后腿!Python 算法设计与分析实战,教你如何精准评估与优化!
【7月更文挑战第23天】在Python编程中,掌握算法复杂度—时间与空间消耗,是提升程序效能的关键。算法如冒泡排序($O(n^2)$时间/$O(1)$空间),或使用Python内置函数找最大值($O(n)$时间),需精确诊断与优化。数据结构如哈希表可将查找从$O(n)$降至$O(1)$。运用`timeit`模块评估性能,深入理解数据结构和算法,使Python代码更高效。持续实践与学习,精通复杂度管理。
23 9
|
2天前
|
网络协议 开发者 Python
网络编程小白秒变大咖!Python Socket基础与进阶教程,轻松上手无压力!
【7月更文挑战第25天】在网络技术快速发展的背景下, Python因其简洁的语法和强大的库支持成为学习网络编程的理想选择。
19 5
|
4天前
|
存储 缓存 算法
时间&空间复杂度,Python 算法的双重考验!如何优雅地平衡两者,打造极致性能?
【7月更文挑战第23天】在Python算法设计中,时间与空间复杂度是关键考量,需精妙平衡以优化程序性能。时间复杂度反映算法随输入规模增长的执行时间趋势,空间复杂度关注额外存储需求。线性搜索O(n)时间,O(1)空间;二分搜索O(log n)时间,O(1)空间,提升效率;动态规划如斐波那契数列O(n)时间与空间,利用存储减小计算。实际应用需按场景需求调整,如实时数据偏重时间,资源受限环境优先考虑空间。平衡两者,理解算法本质,结合实践,创造高性能程序。
22 7
|
4天前
|
算法 Python
震惊!Python 算法设计背后,时间复杂度与空间复杂度的惊天秘密大起底!
【7月更文挑战第23天】在Python算法设计中,时间与空间复杂度是幕后操控程序效率的双雄。时间复杂度反映算法执行时间随输入规模增长的速度,空间复杂度则计量算法运行时额外内存的使用。如顺序查找的时间复杂度O(n)与固定空间O(1),对比冒泡排序的O(n^2)时间和快速排序的O(n log n)时间优势,后者虽递归消耗空间,但在多数情况下提供更佳性能。根据需求,可权衡选择,如利用哈希表在充足内存下实现O(1)查找,或在空间受限时,偏好空间效率更高的算法,实现Python代码的高性能与优雅。
21 6
|
1天前
|
SQL 安全 Go
SQL注入不可怕,XSS也不难防!Python Web安全进阶教程,让你安心做开发!
【7月更文挑战第26天】在 Web 开发中, SQL 注入与 XSS 攻击常令人担忧, 但掌握正确防御策略可化解风险. 对抗 SQL 注入的核心是避免直接拼接用户输入至 SQL 语句. 使用 Python 的参数化查询 (如 sqlite3 库) 和 ORM 框架 (如 Django, SQLAlchemy) 可有效防范. 防范 XSS 攻击需严格过滤及转义用户输入. 利用 Django 模板引擎自动转义功能, 或手动转义及设置内容安全策略 (CSP) 来增强防护. 掌握这些技巧, 让你在 Python Web 开发中更加安心. 安全是个持续学习的过程, 不断提升才能有效保护应用.
7 1
|
3天前
|
存储 算法 搜索推荐
揭秘!Python算法设计的隐形杀手:忽视时间复杂度与空间复杂度的后果有多严重?
【7月更文挑战第24天】在 Python 编程中, 算法设计是性能与效率的基石。忽视时间复杂度 (如使用 O(2^n) 的斐波那契数列递归算法而非 O(n) 的动态规划版本) 和空间复杂度 (如在插入排序中每次迭代都复制整个已排序数组, 导致 O(n^2) 的空间复杂度) 可能严重拖累程序。性能优化至关重要, 合理的算法设计保证程序高效稳定, 是攀登技术高峰的坚实阶梯。
|
2天前
|
算法 Python