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《编程珠玑,字字珠玑》45678读书笔记——编程技巧

就像上一篇文章说的,“编程永远是后话”!在有了可靠的问题分析过程和数据结构的选择,能正确运行的“二分搜索”代码出现之前,把其主要的思路先在草稿上实现,即伪代码。但由于伪代码执行结果的不确定性,需要有一个验证的过程。笔者非常不喜欢这个过程,因为这个过程很繁琐,而且推出的结论不一定是正确的(毕竟没有实实在在在机器上运行得到正确的结果),在笔者看来,给一个算法题,知道用什么算法,数据结构,如果能用伪代码实现,离成功已经不远了。 

但后来我又反驳了自己的观点(矛盾体啊),理由:至少到目前为止,写的都是小程序、小算法题,验证过程可能已经被潜移默化解决了。

麻烦来了,今天晚上在实现“动态规划矩阵连乘最优组合”的算法在这个问题中需要填表,通过动态规划解体,就因为表的下标混乱,所以填表的过程比较枯燥(debug了好多次)。 我先在稿纸上用伪代码大概解决了这个问题,但是在真正敲写代码的时候,却发现“伪代码”除了整体上的走向之外(大概的结构),很多细节都有问题。

“大概”伪代码:

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for i=[0,n-1) 

    for j=[0,n-1-i) 

        col =...    //col是填表元素的列 

        min =... 

        for k=[0,i) 

            t =.... 

            if t<min 

                t = min 

        a[j][col] = min;

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其中省略号内的东西待敲进去之后都不正确!需要重新分析这个填表的过程。

顺序填表分成n-1组,编号i=[0,n-2],如图: 

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而每组有j=n-1-i个元素需要填写。于是伪代码的前两行是这样的来的

    for j=[0,n-1-i)

首先把当下需要填写元素的列值得出是col = i+j+1;通过观察很容易发现的;而j即为当下需要填写元素的行,于是(j,col)就是需要填写元素的位置。 

而min的计算是瓶颈,画图

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可以发现计算min的两个辅助元素的(第一个元素)行和(第二个元素)列都不被当下需填写元素的(j,col)决定了。于是:

min = a[j][j] + a[j+1][col] + tab[j]*tab[j+1]*tab[col]; 

接下来的t的计算由上面的min的计算的出来的:      

t = a[j][j+k+1] + a[j+k+2][col] + tab[j] * tab[j+k+2] * tab[col+1]; 

其实是一样的,只不过红色部分多加了个k+1。

分析过程不够严谨细腻,但是纵观下来,自己有一个清晰的思路。

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View Code 

要做到上面的条条框框实在是不容易的,但是如果养成“条条框框”的习惯的话,即使没有稿纸,只操手MSPAINT,相信敲代码的效率会提高的。

“脚手架”简单来说是“验证程序”的程序,但笔者认为“断言”的魅力更大些。在每一个程序中,有一些变量数据是至关重要的,经常Debug就是为了这些变量的检测,看是否和预期中的结果一样;如果不一样我的做法就是:结束debug,开始艰苦的错误排查,这个过程非常头疼。assert能够可以扫清很多的错误细节,包括除数为0,数据超出规定的范围,数组下标越界云云。所以添加断言,能在逻辑上保证你的程序不会出错,即使现实并非如此。

故在上面“动态规划矩阵连乘最优组合”中,添加了 

assert(n!=0); 

assert(col+1<n+1); 

assert(j+k+2<n); 

来保证数组下标越界问题,很明显,如果下标越界,将是毁灭性的bug。

另外,添加了一个show函数: 

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void show(int ** a,int n) 

    for(int i=0; i<n; i++) 

    { 

        for(int j=0; j<n; j++) 

        cout << setw(6) <<a[i][j]; 

        cout << endl; 

    }// for 

    cout << endl; 

}

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非常遗憾,第67章看懂没多少,大概是要读者明白如何预见程序的开销!!相反,第八章有趣多了。第八章提出了找出一个数字序列中最大的、连续的子序列,并且规定全负子序列的和为0。

“如果没有阅读过《编程珠玑》跳到第四点。”

最原始穷举的算法时间开销大到O(n^3); 

另一种穷举的算法,即平方算法。通过保存中间结果或者预处理数据,省去了之后重复的计算,是备忘录算法(简单的动态规划),开销下降了一个数量级O(n^2); 

分治法,这个真没想到,开销再次下降O(nlogn); 

以前做过类似的题目,所以最先想到的就是这个方法。形象点就是,“边吃边拉”——扫描算法,运行时间为O(n)。 

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for i=[0,n) 

    t += a[i] 

    if t<max case 

        max = t 

    if t<0 case 

        t = 0 

end.

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课后习题第10题,“找到总和最接近0的子序列或者最接近某个数的子序列”,尝试着用上面的“边吃边拉”算法解决,但是没有成功;只能按着上面说的平方算法,伪代码如下: 

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nearest = INF 

    for j=[i,n) 

        t = tab[j] - tab[i] 

        if nearest>|t| case 

            nearest = t 

end

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第八章最有趣的地方就是“数组索引下标居然可以出现复数”!写了将近两年的程序居然还不知道有这个东西,略有自惭形秽的味道。 

设原数组a[n],pa = &a[1],那么pa[-1]亦即a[0]。但是,这么巧妙的东西,该怎么用? 大家一开始都有写过“冒泡排序”,看看利用这个“巧妙”能有什么效果?给出伪代码: 

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bubble(a,n) 

    mustbe(n>1) 

    pa = &a[1] 

    for i=[0,n) 

        for j=[0,n-i) 

            if a[j]>pa[j] case 

                swap(a[j],pa[j]) 

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是的,它既没有改善冒泡的运行开销和效率,但是代码美观了很多:通过把pa定位在a的第二个元素上,所以a[j]和pa[j]其实不是同一个元素,pa[j]在a[j]的后面,即便他们的下标相同。笔者突然想到了一个比较现实而有用例子,大家一开始学习编程的时候,几乎都遇到过这样的题目,给定一个数字数组,求数组的各元素的总和,最原始的想法:

sum(a,n) 

        sum += a[i]; 

看看结合上面的“巧妙”的伪代码: 

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    pa = &a[n-1] 

    t = n>1; 

    for i=[0,t) 

        sum += (a[i]+pa[i|0x8000])    //下标变为负数 

    if n&1 case 

        sum += a[t] 

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没错,他还是做了n次的加法,一次都没减,但是也有小小的优化:for循环里对i的判断判断和自增都减半!加减开销比位运算大的。“啊哈,灵机一动!”。非常文艺青年的一个优化,非常诗意...

本文完 Friday, April 06, 2012

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