《算法c語(yǔ)言基礎(chǔ)》課件

《算法C語(yǔ)言基礎(chǔ)》課程目標(biāo)理解算法學(xué)習(xí)基本算法概念和原理，培養(yǎng)解決問題的能力。掌握C語(yǔ)言熟練運(yùn)用C語(yǔ)言進(jìn)行算法實(shí)現(xiàn)，提升編程技巧。提升解決問題的能力通過算法設(shè)計(jì)和實(shí)踐，培養(yǎng)邏輯思維和分析問題的能力。課程概述C語(yǔ)言基礎(chǔ)掌握C語(yǔ)言語(yǔ)法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。算法基礎(chǔ)學(xué)習(xí)常見算法的原理和實(shí)現(xiàn)。算法分析分析算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度。開發(fā)環(huán)境搭建1編譯器如GCC、Clang2集成開發(fā)環(huán)境(IDE)如Code::Blocks、VisualStudio3調(diào)試器用于查找代碼錯(cuò)誤基本語(yǔ)法1關(guān)鍵字C語(yǔ)言中具有特殊含義的保留字，如int、float、for、while等，不能用作標(biāo)識(shí)符。2標(biāo)識(shí)符用于給變量、函數(shù)、數(shù)組等命名，由字母、數(shù)字和下劃線組成，第一個(gè)字符必須是字母或下劃線。3常量在程序運(yùn)行過程中其值不能被改變的量，如數(shù)字常量、字符常量、字符串常量等。4運(yùn)算符用于執(zhí)行各種操作，如算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符等。數(shù)據(jù)類型整數(shù)類型用于表示沒有小數(shù)部分的數(shù)字，例如整數(shù)值、計(jì)數(shù)等。C語(yǔ)言提供不同的整數(shù)類型來(lái)滿足不同范圍和精度的需求。浮點(diǎn)類型用于表示具有小數(shù)部分的數(shù)字，例如實(shí)數(shù)、科學(xué)計(jì)算中的數(shù)值等。C語(yǔ)言提供了單精度浮點(diǎn)數(shù)和雙精度浮點(diǎn)數(shù)類型。字符類型用于表示單個(gè)字符，例如字母、數(shù)字、符號(hào)等。C語(yǔ)言使用字符類型來(lái)存儲(chǔ)和處理文本數(shù)據(jù)。變量與常量變量在程序運(yùn)行期間，其值可以改變的量。常量在程序運(yùn)行期間，其值保持不變的量。類型變量和常量都必須定義類型，以確定存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的類型和大小。運(yùn)算符與表達(dá)式1算術(shù)運(yùn)算符包括加減乘除模等，用于執(zhí)行基本數(shù)學(xué)運(yùn)算。2關(guān)系運(yùn)算符用于比較兩個(gè)操作數(shù)，返回真或假，例如大于、小于、等于等。3邏輯運(yùn)算符用于連接多個(gè)關(guān)系表達(dá)式，例如與、或、非等。4位運(yùn)算符用于對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，例如按位與、按位或、按位異或等。程序流程控制順序結(jié)構(gòu)程序按照代碼的順序逐行執(zhí)行。選擇結(jié)構(gòu)根據(jù)條件判斷執(zhí)行不同的代碼分支。循環(huán)結(jié)構(gòu)重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到滿足條件為止。函數(shù)函數(shù)定義函數(shù)是C語(yǔ)言中代碼的組織單位，它封裝了一段可重復(fù)使用的代碼塊。函數(shù)調(diào)用通過函數(shù)名和參數(shù)列表調(diào)用函數(shù)，執(zhí)行函數(shù)代碼。函數(shù)返回值函數(shù)可以返回一個(gè)值，用于將計(jì)算結(jié)果傳遞給調(diào)用函數(shù)。數(shù)組定義與初始化定義一個(gè)數(shù)組，需要指定數(shù)組類型、數(shù)組名和數(shù)組元素個(gè)數(shù)。元素訪問通過下標(biāo)訪問數(shù)組中的元素。排序與查找對(duì)數(shù)組進(jìn)行排序、查找等操作。指針內(nèi)存地址指針變量存儲(chǔ)內(nèi)存地址，指向特定數(shù)據(jù)位置。間接訪問使用指針訪問數(shù)據(jù)，無(wú)需知道數(shù)據(jù)類型，提高代碼靈活性。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配通過指針，程序可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配和釋放內(nèi)存。字符串字符序列字符串是由字符組成的序列，用于表示文本信息。存儲(chǔ)方式C語(yǔ)言中，字符串通常使用字符數(shù)組存儲(chǔ)，以'\0'作為結(jié)束標(biāo)志。常用操作常見操作包括字符串的拼接、比較、查找、復(fù)制等。結(jié)構(gòu)體自定義數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)體允許你將不同類型的數(shù)據(jù)組合在一起，形成一個(gè)新的數(shù)據(jù)類型，類似于現(xiàn)實(shí)世界的對(duì)象。提高代碼組織性結(jié)構(gòu)體將相關(guān)數(shù)據(jù)封裝在一起，使代碼更易于理解和維護(hù)。示例例如，可以使用結(jié)構(gòu)體來(lái)表示學(xué)生的姓名、學(xué)號(hào)和成績(jī)。文件操作打開文件使用fopen函數(shù)打開文件并獲取文件指針。讀寫文件使用fscanf、fprintf函數(shù)讀取和寫入文件內(nèi)容。關(guān)閉文件使用fclose函數(shù)關(guān)閉文件以釋放資源。預(yù)處理指令宏定義使用#define定義常量或宏，方便代碼維護(hù)和修改。頭文件包含使用#include包含頭文件，引入函數(shù)庫(kù)和數(shù)據(jù)類型定義。條件編譯使用#ifdef、#ifndef、#else、#endif控制代碼段的編譯與否。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配1靈活分配程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要分配內(nèi)存空間，提高內(nèi)存利用率。2動(dòng)態(tài)調(diào)整可根據(jù)實(shí)際需求動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)存大小，避免浪費(fèi)或溢出。3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持創(chuàng)建復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如鏈表、樹和圖。遞歸算法1函數(shù)調(diào)用自身遞歸函數(shù)在執(zhí)行過程中調(diào)用自身，并傳遞參數(shù)。2基線條件遞歸函數(shù)需要一個(gè)或多個(gè)基線條件，以停止遞歸調(diào)用。3逐步求解遞歸函數(shù)通過逐步分解問題，最終將問題簡(jiǎn)化為基線條件。經(jīng)典算法實(shí)例學(xué)習(xí)算法不僅要掌握理論知識(shí)，還要通過實(shí)踐來(lái)加深理解。本節(jié)將介紹一些常見的算法實(shí)例，如排序算法、查找算法、圖算法等，并提供相應(yīng)的C語(yǔ)言代碼示例。通過這些實(shí)例，您可以更好地理解算法的實(shí)際應(yīng)用，并提升您的算法設(shè)計(jì)能力。算法分析分析算法的效率，主要考察時(shí)間復(fù)雜度，即算法執(zhí)行時(shí)間隨著輸入規(guī)模增長(zhǎng)的趨勢(shì)。分析算法的內(nèi)存占用，主要考察空間復(fù)雜度，即算法在運(yùn)行過程中所需額外存儲(chǔ)空間的大小。算法分析能夠幫助我們選擇最優(yōu)的算法，提高程序的執(zhí)行效率和資源利用率。時(shí)間復(fù)雜度1常數(shù)時(shí)間執(zhí)行時(shí)間不受輸入規(guī)模影響。N線性時(shí)間執(zhí)行時(shí)間與輸入規(guī)模成正比。N^2平方時(shí)間執(zhí)行時(shí)間與輸入規(guī)模的平方成正比。logN對(duì)數(shù)時(shí)間執(zhí)行時(shí)間與輸入規(guī)模的對(duì)數(shù)成正比?？臻g復(fù)雜度空間復(fù)雜度表示算法運(yùn)行過程中需要的額外空間大小。排序算法冒泡排序簡(jiǎn)單易懂，但效率較低，適合小規(guī)模數(shù)據(jù)排序。插入排序效率比冒泡排序稍好，適用于部分有序數(shù)據(jù)。選擇排序穩(wěn)定性較好，適合少量數(shù)據(jù)排序。歸并排序效率較高，時(shí)間復(fù)雜度穩(wěn)定，適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)排序。查找算法線性查找從列表的第一個(gè)元素開始，逐個(gè)比較每個(gè)元素，直到找到目標(biāo)元素或到達(dá)列表末尾。時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，適合小型列表。二分查找適用于已排序的列表，每次將搜索范圍縮減一半，直到找到目標(biāo)元素或搜索范圍為空。時(shí)間復(fù)雜度為O(logn)，比線性查找效率更高。哈希表查找利用哈希函數(shù)將鍵映射到哈希表中的位置，實(shí)現(xiàn)快速查找。時(shí)間復(fù)雜度為O(1)，適合大型數(shù)據(jù)集。圖算法節(jié)點(diǎn)與邊圖算法處理節(jié)點(diǎn)和邊之間的關(guān)系，解決路徑規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)分析等問題。深度優(yōu)先搜索從起點(diǎn)開始，沿著一條路徑深入探索，直到到達(dá)目標(biāo)或無(wú)法繼續(xù)，再回溯到上一個(gè)節(jié)點(diǎn)。廣度優(yōu)先搜索從起點(diǎn)開始，逐層遍歷所有相鄰節(jié)點(diǎn)，直到找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，適合尋找最短路徑。最短路徑算法尋找兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間最短的路徑，例如Dijkstra算法和Floyd-Warshall算法。動(dòng)態(tài)規(guī)劃分解問題將問題分解成更小的子問題，并存儲(chǔ)子問題的解以避免重復(fù)計(jì)算。最優(yōu)子結(jié)構(gòu)問題的最優(yōu)解由子問題的最優(yōu)解組成，可以遞歸地構(gòu)建。重疊子問題在解決問題過程中，相同的子問題被重復(fù)多次，動(dòng)態(tài)規(guī)劃通過存儲(chǔ)子問題的解來(lái)提高效率。貪心算法每次都選擇當(dāng)前最優(yōu)解不一定能得到全局最優(yōu)解通常效率更高分治算法分而治之將問題分解成多個(gè)子問題，每個(gè)子問題都與原問題相同，但規(guī)模更小。遞歸求解遞歸地解決每個(gè)子問題，直到子問題足夠小，可以直接解決。合并結(jié)果將子問題的解合并起來(lái)，形成原問題的解?；厮菟惴ɑ厮菟惴ㄊ且环N試探性的搜索方法，它按照深度優(yōu)先的策略搜索解空