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数据结构学习 - 向量

数据结构学习 - 向量

作者: JS丶H2P | 来源:发表于2018-04-18 22:13 被阅读0次

    (以下均由 c / c++ 实现,由于不是很会,如果代码有问题,欢迎指出)


    ADT vs. Data Structure

    ● ADT
      ○ 数据模型 + 定义在该模型上的一组操作
    ● Data Structure
      ○ 基于某种特定语言,实现 ADT 的一整套算法
    

    Vector [ c++ 实现 ]

     ● 内部开辟一个数据区
     ● 构造:_elem = new T[_capacity = c ]
     ● 析构:delete [] _elem
     ● void Vector<T>::copyFrom
    

    Vector 内部空间管理

    静态空间管理

     ● 内部数组:_elem[]
     ● 总容量:_capacity
     ● 当前的实际规模:_size
     ● 问题:上溢 / 下溢(装填因子)
    

    动态空间管理

     ● 在即将发生上溢时,适当地扩大内部数组的容量
     ● new 一个新的容量更大的数组,将数组内数据复制过去,并 delete 原来数组
    
    // 扩容算法实现
    void Vector<T>::expand(){ // 向量空间不足时扩容
      if( _size < _capacity ){
        return; // 尚未满员时,不必扩容
      }
      _capacity = max(_capacity, DEFAULT_CAPACITY); // 不低于最小容量
      T* oldElem = _elem;
      _elem =new T[_capacity <<= 1]; // 容量加倍
      // 容量加倍相比于增加固定值,在需要插入很多元素时可以减少扩容次数,从而减少数据搬运次数
      for( int i=0; i<_size; i++ ){
        _elem[i] = oldElem[i]; // T 为基本类型,或已重载赋值操作符‘=’
      }
      delete [] oldElem; // 释放原空间
    }
    

    无序向量

    元素访问

     ● 像数组一样访问
     ● 重载 下标操作符 “[]”
       ○ typedef int Rank;
       ○ template <typename T>
       ○ T & Vector<T>::operator[](Rank r) const { return _elem[r]; }
    

    有序向量

    唯一化

    template <typename T> int Vector<T>::uniquely(){
      Rank i = 0, j =0; // 各对互异“相邻”元素的秩
      while( ++j < _size ){ // 逐一扫描,直至末元素
        // 跳过雷同者,发现不同元素时,向前移至紧邻于前者右侧
        if( _elem[i] != _elem[j] ){
          _elem[++i] = _elem[j];
        }
      }
      _size = ++i;
      shrink(); // 直接截除尾部多余元素
      return j - i; //向量规模变化量,即被删除元素总数
    }
    
    二分查找
    search(char c, int low, int high);
      ● 返回 [low, high) 内不大于 c 的最后一个元素的秩
      ● 如果 V[low] > c,返回 (low -  1)
      ● 如果 V[high-1] < c,返回 (high - 1)
    
    image.png
     ● T(n) = T(n / 2) + O(1) = O(logn)
     ● 成功和失败的平均查找长度大致为 1.5*logn
    
    image.png
     使得向左和向右的成本相等,三个分支 改为 两个分支
     相对于原来的算法,最好的情况由 O(1) 变为 O(logn),但最坏的情况有所改善,总体性能上趋于稳定
    
    Fibonacci 查找
     由于之前算法的向左成本为1,向右成本为2,所以使得查找尽量向左查找深度更深
    
    image.png
    插值查找

    均匀独立的随机分布


    image.png

    mi ≈ lo + (hi - lo) * (e - A[lo]) / (A[hi] - A[lo])

     性能分析
     平均情况:每经过一次 插值查找 算法,就能将查找范围从 n 缩至 √n
     复杂度 = O(log logn)(不太确定)
    

    起泡排序(冒泡排序)
     原操作:每次扫描交换所有逆序对
     改进:每一次扫描的过程中交换所有逆序对,如果此次扫描中没有此操作,就停止扫描退出
     再改进:记录每一次扫描最后一个交换的元素的位置(只需交换一次)
    
    归并排序
    image.png

    原理


    image.png

    实现


    image.png
     性能分析
     T(n) = 2T(n/2) + O(n) = 2^logn T(1) + O(nlogn) = nT(1) + O(nlogn) = O(n) + O(nlogn) = O(nlogn)
     // T(n) 展开到 T(1) 会产生 logn 个 O(n),虽然系数不同。
    

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