Algorytm

Algorytm genetyczny, schemat blokowy (1) Przykład zapisu algorytmu za pomocą schematu blokowego

Algorytm – przepis, zbiór poleceń, opis ciągu operacji prowadzących do rozwiązania konkretnego problemu. Algorytm możemy również rozumieć jako funkcję przekształcającą dane wejściowe w dane wyjściowe.

Algorytm musi być skończony, czyli jego zapis ma składać się ze skończonej liczby znaków. Musi również być poprawny, czyli dla wszystkich możliwych danych wejściowych powinien zwracać prawidłowy wynik (może być nim informacja o braku rozwiązania). Algorytm musi wykazywać również własność stopu – niezależnie od danych wejściowych obliczenia algorytmu powinny dochodzić do punktu końcowego, czyli po prostu kończyć się (nie mogą np. wpadać w nieskończoną iterację). Zapis algorytmu musi być precyzyjny, bez jakichkolwiek niejasności.

Zapis algorytmu

Algorytm można zapisać na różne sposoby. Najczęściej stosowane metody zapisu algorytmu to:

  • język naturalny (opis słowny),
  • schemat blokowy,
  • pseudokod (zapis przypominający język programowania, jednak nie będący nim),
  • język programowania.

Złożoność obliczeniowa

Do oceny algorytmu zazwyczaj wyznacza się jego złożoność czasową i pamięciową, czyli zależność pomiędzy rozmiarem danych wejściowych a czasem wykonania algorytmu i ilością wymaganej pamięci. Czas działania algorytmu jest wyrażony jako liczba operacji elementarnych (np. operacji porównania czy przypisania), które trzeba wykonać. Obliczanie czasu w fizycznych jednostkach byłoby znacznie mniej uniwersalne, ponieważ zależałoby to m.in. od szybkości komputera. Aby uprościć analizę, najczęściej bierze się pod uwagę wyłącznie wybrane operacje, określane jako operacje dominujące – są to operacje, których liczba wykonań jest proporcjonalna do liczby wykonań wszystkich operacji elementarnych.

Zazwyczaj nie jest potrzebna postać funkcji określającej złożoność, ale jedynie jej rząd wielkości. Jest to określane jako asymptotyczna złożoność obliczeniowa. Do oznaczania tej złożoności powszechnie stosuje się tzw. notację dużego O. Notacja ta określa asymptotyczne ograniczenie górne funkcji złożoności. Jeśli funkcja jest rzędu O(g(n)), to dla wystarczająco dużego n spełniona jest zależność 0≤f(n)≤cg(n), gdzie c jest stałą.

Powszechnie uznaje się, że akceptowalne są algorytmy o złożoności co najwyżej wielomianowej (O(nk), gdzie k nie zależy od rozmiaru danych wejściowych). Algorytmy o złożonościach wyższych rzędów (np. O(kn), O(n!), O(nn)) w praktyce działają w rozsądnym czasie tylko dla danych wejściowych o niewielkich rozmiarach.

Bibliografia

  • T.H. Cormen, Ch.E. Leiserson, R.L. Rivest, C. Stein, Wprowadzenie do algorytmów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2012, ISBN 9788301169114.
  • Z.J. Czech, S. Deorowicz, P. Fabian, Algorytmy i struktury danych. Wybrane zagadnienia, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2010, ISBN 9788373356689.
Ocena: +3 Tak Nie
Liczba głosów: 3.

Dodano: 27 czerwca 2017 18:10, ostatnia edycja: 30 stycznia 2019 15:49.

REKLAMA

Zobacz też

Algorytmy zachłanne (ang. greedy algorithms) – algorytmy podejmujące w każdym kroku taką decyzję, która w danej chwili wydaje się najkorzystniejsza. Inaczej mówiąc, algorytmy zachłanne dokonują zawsze wyborów lokalnie optymalnych licząc, że doprowadzi to do znalezienia rozwiązania globalnie optymalnego. W ogólnym przypadku algorytmy zachłanne nie zawsze znajdują rozwiązanie optymalne. Są one zatem podzbiorem algorytmów heurystycznych. Jednocześnie są to algorytmy deterministyczne – nie ma w nich losowości.

Bardzo prostym przykładem algorytmu zachłannego może być szukanie najwyższego punktu na określonym obszarze poprzez przesuwanie się zawsze w kierunku największego nachylenia (nigdy się nie cofając ani nie rozpatrując kilku wariantów drogi). Jak widać, w ten sposób prawdopodobnie dojdziemy do wierzchołka położonego najbliżej od punktu początkowego, który niekoniecznie będzie najwyższym.

→ Czytaj całość

Programowanie dynamiczne – technika projektowania algorytmów polegająca na rozwiązywaniu podproblemów i zapamiętywaniu ich wyników. W technice tej, podobnie jak w metodzie dziel i zwyciężaj, problem dzielony jest na mniejsze podproblemy. Wyniki rozwiązywania podproblemów są jednak zapisywane w tabeli, dzięki czemu w przypadku natrafienia na ten sam podproblem nie trzeba go ponownie rozwiązywać.

Wykorzystując programowanie dynamiczne można zastosować metodę zstępującą z zapamiętywaniem lub metodę wstępującą.

  • Metoda zstępująca z zapamiętywaniem polega na rekurencyjnym wywoływaniu funkcji z zapamiętywaniem wyników. Metoda ta jest podobna do metody dziel i zwyciężaj – różni się od niej tym, że jeśli rozwiązanie danego problemu jest już w tabeli z wynikami, to należy je po prostu stamtąd odczytać.
  • Metoda wstępująca polega na rozwiązywaniu wszystkich możliwych podproblemów, zaczynając od tych o najmniejszym rozmiarze. Wówczas w momencie rozwiązywania podproblemu na pewno są już dostępne rozwiązania jego podproblemów. W tym podejściu nie zużywa się pamięci na rekurencyjne wywołania funkcji. Może się jednak okazać, że część podproblemów została rozwiązana nadmiarowo (nie były one potrzebne do rozwiązania głównego problemu).
→ Czytaj całość

Stos (ang. Stack) – struktura danych, w której bezpośredni dostęp jest tylko do ostatnio dodanego elementu. Stos bywa określany także jako kolejka LIFO (z ang. Last In, First Out, czyli: ostatni na wejściu, pierwszy na wyjściu). Stos można sobie wyobrazić jako kilka rzeczy ułożonych „jedna na drugiej” – łatwo można wziąć tylko rzecz leżącą na samym wierzchu, gdyż pozostałe są przykryte.

→ Czytaj całość
Polityka prywatnościKontakt