Джава: все что нужно знать об алгоритмах
Для решения разного рода задач в программировании используются так называемые алгоритмы. Они присутствуют во всех языках, только реализовываются различными способами.
Java – один из наиболее популярных языков в современной разработке. Программисты используют его не только для офисных утилит, но и для игр. Пример – Minecraft, созданный на Джава.
В данной статье речь зайдет об алгоритмах на Java, которые встречаются в реальной жизни чаще остальных. Также изучим «базовые» понятия, необходимые для успешной разработки ПО. Соответствующие сведения можно отыскать в специализированных книгах. И не всегда это лучшее решение, так как информации по алгоритмам и Ява очень много.
Терминология
Изучая Джава Algorithm, стоит сначала разобраться в базовых понятиях. Они пригодятся не только тем, кто планирует писать на соответствующем языке, но и остальным программерам.
Запомнить перед коддингом рекомендуется следующие определения:
- Программа – организованный набор инструкций, который при обработке отвечает за выполнение определенных задач или функций. Проходит процедуру обработки центральным процессором перед реализацией.
- API – интерфейс прикладного программирования. Выражен наборами правил и инструкций, а также протоколов, необходимых для коддинга. Облегчает взаимодействие ПО между друг другом, а также разного рода системами.
- Аргумент – значение, которое передается в функцию или определенную команду.
- Ошибка – баг. Неполадка, непредвиденная ситуация, возникшая в ходе обработки исходного кода. Приводит к частичным неисправностям софта.
- Символ – элементарная единица выражения информации. Представлена одной цифирной или буквенной записью.
- Объект – комбинация переменных, а также констант и иных структурных данных. Они будут выбираться и обрабатывать совместным образом.
- Класс – набор связанных объектов, обладающих одними и теми же свойствами.
- Константа – значение, которое не будет корректироваться в ходе реализации приложения.
- Переменная – именованная ячейка памяти. Простейшая единица хранения электронных материалов.
- Массив – множество данных. Список или группы схожих типов значений.
- Тип данных – классификация информации того или иного вида.
- Фреймворк – готовый блок кода. Используется для облегчения коддинга. Включает в себя API, библиотеки, а также компиляторы и иные компоненты.
- Итерация – один проход через заданный набор операций.
- Ключевое слово – специальное слово, которое зарезервировано языком. Может быть обнаружено в специализированной книге или справочнике. Помогает описывать функции и разного рода операции.
- Операнд – объект, которым можно управлять через операторы.
- Оператор – объект, умеющий манипулировать операндами.
- Указатель – переменная, содержащая адрес места в памяти задействованного устройства.
Все это – то, без чего невозможно изучать программирование. Поэтому программер должен хорошо разбираться в предложенных терминах и определениях.
Алгоритм – это…
Алгоритм – набор инструкций или правил, которые необходимы для решения определенной проблемы. Она может быть простой. Пример – добавление двух чисел. Могут быть сложные «первоначальные задачи» — преобразование видеоформата из одного в другой.
Алгоритм – это принципы, согласно которым можно решать те или иные цели. Пример – сортировка, поиск, модификация. У Java полно стандартных «подходов», а также нестандартных путей.
- жадный;
- среднее арифметическое;
- числа Фибоначчи;
- метод swap;
- реверс массива;
- сортировка выбором;
- поиск элемента в массиве.
Все они отлично работают в Джаве. Если их освоить, можно достаточно быстро подбирать решения для тех или иных операций. По алгоритмам написано немало книг. Пример – Седжвик. Автор выражается простым языком, стараясь объяснить сложные вещи простым языком. Его книга – настоящий подарок для новичков в Java.
Жадный алгоритм
Жадный алгоритм, пример которого будет приведен позже – это инструкции, которые заключаются в принятии локально оптимальных решений на каждом этапе. Допускается, что конечное решение будет тоже наиболее подходящим. Структура задачи задается матроидом – тогда применение жадного алгоритма на выходе даст глобальный оптимум.
- Нужно доказать, что жадный выбор на первом шаге не закрывает пути к оптимальному подходу. Для всякого решения есть другое, согласованное с оным. Таковое не должно быть хуже первого представленного.
- Ведется демонстрация того, что подзадача, которая возникает в процессе жадного выбора на первом шаге, аналогична исходной.
- Завершается рассуждение при помощи индукции.
Чтобы лучше разобраться в этом направлении, рекомендуется изучить специализированные книги или сопутствующую литературу. Здесь можно увидеть видеоуроки по реализации ключевых алгоритмов в Джаве. Это – не книга, но все равно соответствующий материал хорошо подойдет как новичкам, так и опытным разработчикам.
Линейный поиск
Последовательный поиск – простейший вариант из всех существующих. Он редко применяется на практике из-за малого уровня эффективности. В книгах встречается только в виде «голой теории». Предусматривает перебор. Значительно уступает иных «приемам».
Работать будет по принципу поиска конкретного компонента в структуре данных. Это происходит до тех пор, пока не достигнут конец структуры.
Выше – пример линейного поиска. Сложности здесь такие:
- Чтобы получить позицию искомого компонента, будет перебираться набор из N элементов.
- При худшем сценарии для соответствующего алгоритма искомый компонент – последний в массиве.
- Для последней описанной ситуации потребуется N итераций.
Сложность линейного варианта – O(N).
Двоичный поиск
Носит название логарифмического. Быстрый и достаточно простой. Часто применяется на практике.
В книгах описан как принцип «разделяй и властвуй». Требует предварительного сортирования набора исходных электронных материалов. Работает так:
- Входная коллекция делится на равные половины.
- С каждой итерацией происходит сравнение целевого элемента с тем, что в середине.
- Поиск заканчивается при нахождении компонента.
- Если не получилось обнаружить компонент, его поиск происходит далее путем разделения и выбора соответствующего раздела массива.
Может быть реализован через итеративный и рекурсивный. Вот первый:
Кнут-Моррис-Паратт
КМП ищет текст по заданному шаблону. Сначала он компилируется. В этот момент необходимо, согласно книгам, найти префикс и суффикс строки шаблона. Это помогает, если нет соответствий.
Нужная часть определяется по префиксам и суффиксaм. Происходит чтение текстовой строки, которая уже ранее была проверена. За счет пропусков этот вариант работает быстрее переборки.
Прыжки
Есть алгоритмы на Java «прыжками». Здесь поиск происходит исключительно вперед. Требуется предварительная сортировка коллекции. Далее:
- Прыжок осуществляется на интервал sqrt(arrayLeight), пока не достигнут элемент, который больше заданного.
- Поиск прекращается также при конце массива.
- При каждом «шаге» будет записываться предыдущий.
- Когда найден компонент больше желаемого, запускается линейный поиск по записанным этапам.
В книгах такой подход тоже часто упоминается. И не только при написании кодов на Джаве.
Интерполяционный
Здесь, согласно книгам, будет применять обнаружение в отсортированном множестве. Прием полезен для равномерно распределенных в структуре сведений.
Для обнаружения компонента используются формулы интерполяции. Из-за них целесообразно применять алгоритм в крупных массивах.
Экспоненциальный
В книгах можно отыскать экспоненциальный подход. В нем обнаружение компонентов происходит через переход в экспоненциальные позиции – во вторую степень. Здесь утилита попытается «ухватить» сравнительно меньший диапазон. Далее – применит на нем двоичный алгоритм. Работает в отсортированном массиве.
Сложность такого варианта в книгах указана как O(log(N)).
Быстрое осваивание
Есть книга, которую написал Роберт Седжвик «Java Algorithms». Это – неплохой способ изучения рассматриваемой темы «с нуля». Также есть такой и такой сайты, где можно увидеть необходимые данные.
Сопутствующие книги легко обнаруживаются в Сети и на полках в магазинах. Стоит обратить внимание не только на литературу, которую представил Седжвик. Другие авторы тоже предлагают неплохие материалы.
Но более быстрое вливание в тему обеспечат специализированные дистанционные компьютерные курсы. Материал составлен так, чтобы даже новички смогли разобраться, что к чему. Через компьютерные курсы за год удастся освоить одно или несколько направлений. Пример – Java-разработка, программирование на Си и так далее. Клиенту гарантируют положительные эмоции, потрясающие знания, практический опыт, новые знакомства и электронный сертификат.
Также вам может быть интересен курс «Разработчик Java» в Otus.