Python - 演算法設計

演算法是一個逐步的過程，它定義了一組指令，這些指令以一定的順序執行以獲得所需的輸出。演算法通常獨立於底層語言建立，即一個演算法可以在多種程式語言中實現。

從資料結構的角度來看，以下是演算法的一些重要類別：

• 搜尋 - 在資料結構中搜索專案的演算法。

• 排序 - 按特定順序排序專案的演算法。

• 插入 - 將專案插入資料結構的演算法。

• 更新 - 更新資料結構中現有專案的演算法。

• 刪除 - 從資料結構中刪除現有專案的演算法。

演算法的特性

並非所有過程都可以稱為演算法。演算法應具有以下特徵：

• 明確性 - 演算法應清晰明確。其每個步驟（或階段）及其輸入/輸出都應清晰，並且必須只產生一個含義。

• 輸入 - 演算法應具有 0 個或多個明確定義的輸入。

• 輸出 - 演算法應具有 1 個或多個明確定義的輸出，並且應與所需輸出匹配。

• 有限性 - 演算法必須在有限的步驟後終止。

• 可行性 - 應該使用可用資源可行。

• 獨立性 - 演算法應具有逐步的指令，這些指令應獨立於任何程式設計程式碼。

如何編寫演算法？

沒有編寫演算法的明確標準。相反，它取決於問題和資源。演算法永遠不會被編寫來支援特定的程式設計程式碼。

眾所周知，所有程式語言都共享基本的程式碼結構，例如迴圈（do、for、while）、流程控制（if-else）等。這些常用結構可用於編寫演算法。

我們以逐步的方式編寫演算法，但這並非總是如此。演算法編寫是一個過程，在問題域得到明確定義後執行。也就是說，我們應該知道我們正在設計解決方案的問題域。

示例

讓我們嘗試透過一個示例來學習演算法編寫。

• 問題 - 設計一個演算法來新增兩個數字並顯示結果。

步驟 1 - 開始

步驟 2 - 宣告三個整數 a、b 和 c

步驟 3 - 定義 a 和 b 的值

步驟 4 - 新增 a 和 b 的值

步驟 5 - 將步驟 4 的輸出儲存到 c

步驟 6 - 列印 c

步驟 7 - 停止

演算法告訴程式設計師如何編寫程式。或者，演算法可以寫成：

步驟 1 - 開始加法

步驟 2 - 獲取 a 和 b 的值

步驟 3 - c ← a + b

步驟 4 - 顯示 c

步驟 5 - 停止

在演算法的設計和分析中，通常使用第二種方法來描述演算法。它使分析師能夠輕鬆地分析演算法，而忽略所有不需要的定義。他可以觀察正在使用的操作以及流程是如何進行的。

編寫步驟編號是可選的。

我們設計算法來獲得給定問題的解決方案。一個問題可以用多種方式解決。

因此，可以針對給定問題推匯出許多解決方案演算法。下一步是分析這些提出的解決方案演算法並實現最合適的解決方案。