部分算法圖解

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IDEA 是由 SándorP. Fekete、Sebastian Morr 和 Sebastian Stiller 共同推出的圖解算法系列淫痰。 它們最初是為 Sándor 在德國不倫瑞克工業(yè)大學(xué)開設(shè)的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)講座而設(shè)計的提前,作者希望它們能夠有更廣的用途,因此在網(wǎng)上發(fā)布了這個項目,希望能夠幫助到教師左医、學(xué)生和有好奇心的人們垃沦。算法將會不斷更新,可以訪問頁面了解更多信息:

https://idea-instructions.com/侈净。

這些圖片使用 Inkscape 繪制,可以使用任意一款向量圖編輯軟件來編輯它們僧凤。每個算法下面都有相應(yīng)的圖片下載地址用狱。

快速排序

快速排序是一種“分而治之”的排序算法,通過隨機選擇“分區(qū)點”來避免出現(xiàn)最壞的情況拼弃。

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  1. 隨機選擇“分區(qū)點”夏伊。

  2. 按照“分區(qū)點”的高度劃條線。

  3. 高出“分局點”的元素需要向右移動吻氧。

  4. 低于“分區(qū)點”的元素需要向左移動溺忧。

  5. 移動元素咏连。

  6. 重復(fù)上述的步驟分別對位于“分區(qū)點”兩邊的元素進行排序。

下載地址:https://idea-instructions.com/quick-sort/

Bogo 排序

Bogo 排序也被稱為“愚蠢的排序”鲁森,是一種非常簡單但低效的排序算法祟滴,就是不斷打亂元素的順序,直到達到有序為止歌溉。

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  1. 查看元素是否有序垄懂。

  2. 元素?zé)o序,那么就打亂順序痛垛。

  3. 再次檢查元素是否有序草慧。

  4. 如果有序,排序成功匙头,否則繼續(xù)重復(fù)上述步驟漫谷。

下載地址:https://idea-instructions.com/bogo-sort/

二分查找

二分查找是一種快速從一個有序數(shù)組中找到某個元素位置的查找算法。這有點類似于猜數(shù)字游戲蹂析,通過不斷問“目標數(shù)字是大于還是小于某個數(shù)”這樣的問題舔示,最終猜出目標數(shù)字。

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  1. 限定元素區(qū)間电抚。

  2. 待查找元素在區(qū)間的某個位置嗎惕稻?

  3. 不在。

  4. 那么看看待查找元素是不是在當(dāng)前位置的左邊或者右邊蝙叛。

下載地址:https://idea-instructions.com/binary-search/

歸并排序

歸并排序也是一種“分而治之”的遞歸排序算法俺祠。

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  1. 把元素分成兩部分,對每一個部分采用遞歸的歸并排序甥温。

  2. 比較已經(jīng)排好序的元素锻煌。

  3. 合并已經(jīng)排好序的元素妓布。

  4. 排序完畢姻蚓。

下載地址:https://idea-instructions.com/merge-sort/

平衡二叉樹

平衡二叉樹是自平衡的二叉樹變種,可以保證快速的查找匣沼、插入和刪除操作狰挡。

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以圖中的平衡二叉樹為例:

  • 左子節(jié)點比父節(jié)點小,而父節(jié)點比右子節(jié)點小释涛。如果根節(jié)點左右子樹的高度差超過 1加叁,就變得不平衡。

  • 想知道樹中是否包含了元素 11唇撬?11 比 10 大它匕,那么就查找 10 的右子節(jié)點 12。11 比 12 小窖认,所以就查找 12 的左子節(jié)點豫柬,12 的左子節(jié)點剛好是要查找的 11告希。同樣的,樹中是否包含了元素 8烧给?8 比 10 小燕偶,那么就查找 10 的左子節(jié)點 6。8 比 6 大础嫡,那么就查找 6 的右子節(jié)點指么。6 的右子節(jié)點不存在,說明樹中不存在元素 8榴鼎。

  • 如何找到樹中最小的元素伯诬?從根節(jié)點開始,一直順著左子節(jié)點檬贰,找到最后一個葉子節(jié)點就是樹中最小的元素姑廉。

  • 如何找到 10 的下一個元素?如果根節(jié)點剛好是 10翁涤,那么就從 10 的右子樹中找到最小的那個元素桥言。如果根節(jié)點不是 10,那么先找到 10葵礼,如果 10 沒有右子節(jié)點号阿,那么就一直往父節(jié)點找,直到找到比 10 大的元素為止鸳粉。

  • 在樹種加入 17 或刪除 10扔涧,破壞了樹的平衡,這個時候需要通過旋轉(zhuǎn)恢復(fù)樹的平衡届谈。

下載地址:https://idea-instructions.com/avl-tree/

圖遍歷

圖遍歷算法會遍歷圖中所有可達的頂點枯夜,可以通過輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)各種遍歷,比如使用無序集合實現(xiàn)隨機遍歷艰山,使用堆棧實現(xiàn)深度優(yōu)先遍歷湖雹,使用隊列實現(xiàn)廣度優(yōu)先遍歷。

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  • 隨機查找:選定一個頂點曙搬,把它放入一個無序集合中摔吏。從集合中取出一個頂點,訪問該頂點纵装,把該頂點的相鄰頂點放入集合中征讲,并把該頂點移出集合。重復(fù)這一過程橡娄,直到集合中的元素全部被遍歷完畢诗箍。

  • 深度優(yōu)先遍歷:選定一個頂點壓入棧中,把該頂點其中的一個相鄰頂點也壓入棧中挽唉。訪問棧頂?shù)捻旤c滤祖,如果該頂點沒有其他相鄰的頂點才避,就出棧。如果有其他相鄰頂點氨距,就把其中的一個相鄰頂點壓入棧中桑逝。重復(fù)這一過程,直到棧中的元素全部被遍歷完畢俏让。

  • 廣度優(yōu)先遍歷:選定一個頂點楞遏,把該頂點的相鄰頂點放進隊列尾部。訪問隊列頭部的頂點首昔,把該頂點移出隊列寡喝,如果該頂點有相鄰頂點,就把相鄰頂點放進隊列尾部勒奇。重復(fù)這一過程预鬓,直到隊列中的元素全部遍歷完畢。

下載地址:https://idea-instructions.com/graph-scan/

一筆畫

一筆畫是一種 Fleury 算法赊颠,旨在優(yōu)雅地找出圖中的歐拉(Eulerian)路徑格二。歐拉路徑是圖中的一條路徑,剛好經(jīng)過每條邊竣蹦,并且每條邊只被訪問一次顶猜。

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  1. 頂點度數(shù)表示該頂點有幾條邊。

  2. 如果圖中有且僅有兩個頂點的度數(shù)為奇數(shù)痘括,其他為偶數(shù)长窄,或者不存在奇數(shù)度數(shù)的頂點,則存在歐拉路徑纲菌。

  3. 選定一個頂點開始畫路徑挠日。

  4. 如果存在兩個以上的橋,那么可以走橋翰舌。如果只剩下一個橋嚣潜,就不能走橋,除非只剩下橋可以走灶芝。

  5. 如果還有沒有走過的邊郑原,重復(fù)步驟 4唉韭。

  6. 成功畫出歐拉路徑夜涕。

下載地址:https://idea-instructions.com/euler-path/

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