Построение и анализ алгоритмов — это методика формирования структуры алгоритмов и их анализа.
Введение
Главным составляющим элементом при написании программ считается алгоритм, который является комплексом правил и инструкций действий, приводящих от исходной информации к требуемому итоговому результату.
Потребность в алгоритмах возникла по причине ограниченности ресурсов памяти, времени работы компьютера и других, при разрешении поставленных задач. На сегодняшний день существует большое количество разработанных, разных, простых и сложных алгоритмов, задействованных в самых разных сферах человеческой деятельности. Поэтому их грамотное применение в различных комбинациях помогает разрешить почти все, поставленные перед программистами задачи.
Под структурной организацией информации понимается набор компонентов данных и все их взаимосвязи.
Различных структур данных, как и алгоритмов, также известно довольно много, и каждая структура применяется в определённой сфере. Для разработки большого класса прикладных программ, единственным определяющим выбором считается структурное оформление информационных данных. После этого, собственно формирование алгоритма становится рутинной задачей, достаточно легко решаемой. Одной и той же информации при разной её структурной организации требуется различное пространство в памяти. Одинаковые операционные действия, но при разной структуре одних и тех же данных, формируют алгоритмы с различной эффективностью. То есть процедура выбора алгоритма очень плотно переплетается с правильно выбранной структурной организацией данных.
Классификация структурной организации данных
Главные критерии классификации структуры данных:
- Методика представления данных.
- Тип памяти, применяемый для сохранения данных.
- Сложность представления.
- Характер организации порядка компонентов в структуре.
- Уровень изменчивости данных.
По методике представления данные возможно поделить на физические и логические структурные форматы.
Под физической структурой данных понимается способ сохранения информации в памяти электронного устройства, логической структурой является анализ структуры данных, который не учитывает методы их хранения в памяти компьютера.
Обычно, присутствует несоответствие между физической структурой и её логическим прообразом, определяющееся структурной организацией и параметрами среды, в которой она подлежит реализации. Есть специальные операции, которые отображают физическую структуру в логическую и наоборот.
По типу применяемой памяти для хранения данных, в соответствии с размещением и организацией доступа к ним, бывает структура данных внутренняя и внешняя. При внутренней структуре, данные размещаются в статических и динамических областях компьютерной памяти. При внешней структуре данных, они располагаются на внешних запоминающих блоках и определяются как файловые структуры или просто файлы.
По сложности выражения структуры данных подразделяются на класс элементарных и составных. Элементарные — это структуры данных, которые невозможно разделить на составляющие. Если рассматривать физическую структуру, то можно отметить, что в реальной архитектурной организации компьютера и применяемой в нём операционной системе всегда есть возможность заранее знать размер элементарных единиц данных и их размещение в памяти. С точки зрения логики элементарные единицы данных неделимы. Составные структуры данных — это структуры, которые возможно разделить на составные части, являющиеся в свою очередь другими структурами данных.
Основной характеристикой составных структур данных считается порядок расположения её частей. Согласно этой характеристике, структуры делятся на линейные и нелинейные. Линейные структуры бывают последовательные и произвольные, с точки зрения положения их элементов в памяти. Нелинейными считаются структуры данных с многосвязными списками, графами, деревьями.
Изменчивость можно определить, как колебание количества элементов или взаимосвязей составляющих структуру компонентов. При этом, изменчивость структуры не предполагает учёт колебаний значений компонентов данных, так как тогда любая структура данных обладала бы свойством изменчивости.
Построение и анализ алгоритмов
Под алгоритмом обработки данных понимается способ разрешения проблемы, который может быть реализован в заданной программной среде.
Доскональная проработка алгоритма считается очень эффективным компонентом процедуры разрешения проблемы во всех сферах использования. Формирование алгоритма решения практической задачи начинается с оценки уровня её сложности, определения граничных значений исходных данных, выделение из общей задачи отдельных, менее сложных подзадач. Алгоритм никогда не привязывается к фактическому его исполнению. Поскольку существует очень много программных языков, их зависимости от конкретной платформы и аппаратных ресурсов, похожие по структуре, но реализованные по-разному алгоритмы, способны показывать различные по эффекту итоги.
Следует заметить, что отдельные программные среды имеют в своём составе функции библиотек, которые реализуют основные алгоритмы работы с данными. Чтобы была возможность переносить решения, и они были бы по-прежнему актуальны, нельзя делать их ориентацию на конкретные процедуры выбранной среды. По этой причине, основным в данном подходе можно считать подбор методики разрешения, учитывающей специфику проблемы. Адаптировать алгоритм к программной среде можно позднее. Чтобы выбрать метод обработки данных, нельзя ориентироваться только на сложность задачи. Надо учесть и частоту использования уже реализованного алгоритма. Если он будет использоваться достаточно редко, то предпочтение следует отдать простым алгоритмам, несложным в проектировании. Возможно даже некоторое возрастание времени выполнения программы. Но алгоритм обязан быть понятным, результативным и массовым.
