编程语言说到底只是工具,编写代码本质上就是使用工具干活,和建筑工人使用建筑工具干活没什么两样。让编程具有魅力的是算法,拿到问题,能够设计出解决方案并且完成代码的是程序员,只会按照步骤编码的是码农。git 之父 linus(也是 linux 之父)在谈及 git 时说,git 本身使用的编程技巧不值一谈,他真正感到骄傲的是 git 的设计。
那,什么是算法呢?
按照百度百科的解释,算法是指解题方案的准确而完整的描述,是一系列解决问题的清晰指令,算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。这样的定义非常一本正经,按照我的理解,算法就是解决问题的方法,是将一组输入转化成一组输出的一系列计算步骤,只不过每一个计算步骤都要能在有限时间内完成。
每一个计算步骤都要能在有限时间内完成,至于为什么,读者可以自己考虑一下哈。
例如在《》一节中,已知长方形对角两点坐标,计算它的面积时,方法就是:计算长方形的长、宽,再利用公式 面积=长 x 宽。这就是算法。算法是解决一类问题的,只解决特定问题谈算法没有意义。比如,一个排序算法应该能够对任意一个数组排序,而不是只能对某一个特定数组排序。如果对数组 int a[] = {1,3,4,2}; 排序,写了这样的一个函数:
void sort()
{
a[0] = 1;
a[1] = 2;
a[2] = 3;
a[3] = 4;
}
那显然这不叫算法,因为换一个数组这个方法就失效了,没有通用性。真正的数组排序算法,应该能够处理任意一组数据,并且都能输出正确的结果。
如果对任意一个输入,算法都能在有限的时间内输出正确的结果,则称该算法是正确的。所以算法出错有两种可能,要么是算法会无限的计算下去,要么就是算法输出了错误的结果。
不正确的算法,只要其错误率可控,有时候可能是有用的。比如求一个方程的精确解可能开销很大(比如要花费很长时间),但是求误差允许范围内的近似解却很快就能完成,这也是可以接受的。
解决一个问题的方法(算法)绝大多数情况下,都不止一种,合格的程序员应该尽量设计出开销更小的算法。接下来几节,包括本节,我们将介绍几种经典的数组排序查找算法,一起来感受下不同算法的差异。
C 语言数组的插入排序法
对于少量元素的排序,插入排序法是一个有效的算法。插入排序就像我们玩扑克牌一样,拿到一张牌后,我们从右往左(或从左往右)将它与已在手中的每张牌做比较,以此决定它的插入位置。
就像图中拿到一张梅花7,发现它比 10 小,继续往左看,发现它比 5 大,所以把它插在 5 和 10 之间。为什么不继续比较左边的 4 和 2 呢?这是因为之前的牌已经是排好序的。把 7 插入以后,一手牌又是排好序的了,下次接到牌可以继续按照这个方法决定插入位置。
使用 C 语言编程对数组进行插入排序也是一样的道理,只不过数组的两个元素之间不能插入,只能将插入点之后的元素往后移动一个单元。好了,现在思路清晰了,可以写出算法了,请看如下代码:
#include <stdio.h>
int a[5] = { 9, 7, 3, 1, 8 };
void insertion_sort(void)
{
int i = 0, j = 0;
int cur = 0; /** 要比较的值 */
for (j = 1; j < 5; ++j) {
/** 每次排序前,打印出数组元素 */
printf("%d, %d, %d, %d, %d\n", a[0], a[1], a[2], a[3], a[4]);
cur = a[j];
i = j - 1;
/** 将 cur 与它左边的值一一比较 */
while ( (0 <= i)&&(cur<a[i]) ) {
a[i+1] = a[i];
--i;
}
a[i+1] = cur;
}
/** 排序完成后,打印出数组元素 */
printf("%d, %d, %d, %d, %d\n", a[0], a[1], a[2], a[3], a[4]);
}
int main(void)
{
insertion_sort();
return 0;
}
容易看出,使用 C 语言解决这个排序问题时,我们并没有使用多少“技巧”,都是简单的赋值,if 判断以及循环。解决这个问题,最难的是设计算法,而不是编写代码,算法弄通了,代码很快就写好了。