正如标题所言,在我四年的编程经历中就没刷过一道算法题,这可能与我所编写的应用有关,算法对我而言提升不是特别大。加上我几乎都是在需求中学习,而非系统性的学习。所以像算法这种基础知识我自然就不是很熟悉。
那我为何会接触算法呢?
我在今年暑假期间有一个面试,当时面试官想考察一下我的算法能力,而我直接明摆了和说我不行(指算法上的不行),但面试官还是想考察一下,于是就出了道斐波那契数列作为考题。
但我毕竟也接触了 4 年的代码,虽然不刷算法,但好歹也看过许多文章和代码,斐波那契数列使用递归实现的代码也有些印象,于是很快我就写出了下面的代码作为我的答案。
代码语言:javascript复制function fib(n) {
if (n <= 1) return n
return fib(n - 1) fib(n - 2)
}
面试官问我还有没有更好的答案,我便摇了摇头表示这 5 行不到的代码难道不是最优解?
事实上这份代码看起来很简洁,实际却是耗时最慢的解法
毫无疑问,在算法这关我肯定是挂了的,不过好在项目经验及后续的项目实践考核较为顺利,不然结局就是回去等通知了。最后面试接近尾声时,面试官友情提醒我加强基础知识(算法),强调各种应用框架不断更新迭代,但计算机的底层基础知识是不变的。于是在面试官的建议下,便有了本文。
好吧,我承认我是为了面试才去学算法的。
对上述代码进行优化
在介绍我是从何处学习算法以及从中学到了什么,不妨先来看看上题的最优答案是什么。
对于有接触过算法的同学而言,不难看出时间复杂度为 O(n²),而指数阶属于爆炸式增长,当 n 非常大时执行效果缓慢,且可能会出现函数调用堆栈溢出。
如果仔细观察一下,会发现这其中进行了非常多的重复计算,我们不妨将设置一个 res 变量来输出一下结果
代码语言:javascript复制function fib(n) {
if (n <= 1) {
return n
}
const res = fib(n - 1) fib(n - 2)
console.log(res)
return res
}
当 n=7 时,所输出的结果如下
这还只是在 n=7 的情况下,便有这么多输出结果。而在算法中要避免的就是重复计算,这能够高效的节省执行时间,因此不妨定义一个缓存变量,在递归时将缓存变量也传递进去,如果缓存变量中存在则说明已计算过,直接返回结果即可。
代码语言:javascript复制function fib(n, mem = []) {
if (n <= 1) {
return n
}
if (mem[n]) {
return mem[n]
}
const res = fib(n - 1, mem) fib(n - 2, mem)
console.log(res)
mem[n] = res
return res
}
此时所输出的结果可以很明显的发现没有过多的重复计算,执行时间也有显著降低。
这便是记忆化搜索,时间复杂度被优化至 O(n)。
可这还是免不了递归调用出现堆栈溢出的情况(如 n=10000 时)。
从上面的解法来看,我们都是从”从顶至底”,比方说 n=7,会先求得 n=6,n=5 的结果,然后依次类推直至得到底层 n=1 的结果。
事实上我们可以换一种思路,先求得 n=1,n=2 的结果,然后依次类推上去,最终得到 n=6,n=7 的结果,也就是“从底至顶”,而这就是动态规划的方法。
从代码上来分析,因此我们可以初始化一个 dp 数组,用于存放数据状态。
代码语言:javascript复制function fib(n) {
const dp = [0, 1]
for (let i = 2; i <= n; i ) {
dp[i] = dp[i - 1] dp[i - 2]
}
return dp[n]
}
最终 dp 数组的最后一个成员便是原问题的解。此时输出 dp 数组结果。
且由于不存在递归调用,因此你当 n=10000 时也不在会出现堆栈溢出的情况(只不过最终的结果必定超出了 JS 数值可表示范围,所以只会输出 Infinity)
对于上述代码而言,在空间复杂度上能够从 O(n) 优化到 O(1),至于实现可以参考 空间优化,这里便不再赘述。
我想至少从这里你就能看出算法的魅力所在,这里我强烈推荐 hello-algo 这本数据结构与算法入门书,我的算法之旅的起点便是从这本书开始,同时激发起我对算法的兴趣。
两数之和
于是在看完了这本算法书后,我便打开了大名鼎鼎的刷题网站 LeetCode,同时打开了究极经典题目的两数之和。
有人相爱,有人夜里开车看海,有人 leetcode 第一题都做不出来。
题干:
给定一个整数数组
nums
和一个整数目标值target
,请你在该数组中找出和为目标值target
的那 两个 整数,并返回它们的数组下标。 你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是,数组中同一个元素在答案里不能重复出现。 你可以按任意顺序返回答案。
以下代码将会采用 JavaScript 代码作为演示。
暴力枚举
我初次接触该题也只会暴力解法,遇事不决,暴力解决。也很验证了那句话:不论多久过去,我首先还是想到两个 for。
代码语言:javascript复制var twoSum = function (nums, target) {
const n = nums.length
for (let i = 0; i < n; i ) {
for (let j = 0; j < n; j ) {
if (nums[i] nums[j] === target && i !== j) {
return [i, j]
}
}
}
}
当然针对上述 for 循环优化部分,比如说让 j = i 1
,这样就可以有效避免重复数字的循环以及 i ≠ j
的判断。由于用到了两次循环,很显然时间复杂度为 O(n²),并不高效。
哈希表
我们不妨将每个数字通过 hash 表缓存起来,将值 nums[i]
作为 key,将 i
作为 value。由于题目的条件则是 x y = target
,也就是 target - x = y
,这样判断的条件就可以由 nums[i] nums[j] === target
变为 map.has(target - nums[i])
。如果 map 表中有 y 索引,那么显然 target - nums[i] = y
,取出 y 的索引以及当前 i 索引就能够得到答案。代码如下
var twoSum = function (nums, target) {
const map = new Map()
for (let i = 0; i < nums.length; i ) {
if (map.has(target - nums[i])) {
return [map.get(target - nums[i]), i]
}
map.set(nums[i], i)
}
}
而这样由于只有一次循环,时间复杂度为 O(N)。
双指针算法(特殊情况)
假如理想情况下,题目所给定的 nums 是有序的情况,那么就可以考虑使用双指针解法。先说原理,假设给定的 nums 为 [2,3,5,6,8]
,而目标的解为 9。在上面的做法中都是从索引 0 开始枚举,也就是 2,3,5…依次类推,如果没找到与 2 相加的元素则从 3 开始 3,5,6…依次类推。
此时我们不妨从最小的数和最大的数开始,在这个例子中也就是 2 和 8,很显然 2 8 > 9
,说明什么?说明 8 和中间所有数都大于 9 即 3 8 ,5 8 肯定都大于 9,所以 8 的下标必然不是最终结果,那么我们就可以把 8 排除,从 [2,3,5,6]
中找出结果,同样的从最小和最大的数开始,2 6 < 9
,这又说明什么?说明 2 和中间这些数相加肯定都下雨 9 即 2 3,2 5 肯定都小于 9,因此 2 也应该排除,然后从 [3,5,6]
中找出结果。就这样依次类推,直到找到最终两个数 3 6 = 9
,返回 3 与 6 的下标即可。
由于此解法相当于有两个坐标(指针)不断地向中间移动,因此这种解法也叫双指针算法。当然,要使用该方式的前提是输入的数组有序,否则无法使用。
用代码的方式来实现:
- 定义两个坐标(指针)分别指向数组成员最左边与最右边,命名为 left 与 right。
- 使用 while 循环,循环条件为 left < right。
- 判断
nums[left] nums[right]
与target
的大小关系,如果相等则说明找到目标(答案),如果大于则 右指针减 1right—-
,小于则左指针加 1left
。
function twoSum(nums, target) {
let left = 0
let right = nums.length - 1
while (left < right) {
const sum = nums[left] nums[right]
if (sum === target) {
return [left, right]
}
if (sum > target) {
right--
} else if (sum < target) {
left
}
}
}
针对上述两道算法题浅浅的做个分享,毕竟我还只是一名初入算法的小白。对我而言,我的算法刷题之旅还有很长的一段时间。且看样子这条路可能不会太平坦。
算法对我有用吗?
在我刷算法之前,我在网上看到鼓吹算法无用论的人,也能看到学算法却不知如何应用的人。
这也不禁让我思考