Algoritme / struktur data mana yang harus saya “kenali” dan ketahui namanya? [Tutup]


69

Saya ingin menganggap diri saya seorang programmer yang cukup berpengalaman. Saya sudah pemrograman selama lebih dari 5 tahun sekarang. Titik lemah saya adalah terminologi. Saya belajar sendiri, jadi sementara saya tahu cara memprogram, saya tidak tahu beberapa aspek formal dari ilmu komputer. Jadi, apa algoritma / struktur data praktis yang bisa saya kenali dan ketahui namanya?

Catatan, saya tidak meminta rekomendasi buku tentang penerapan algoritma. Saya tidak peduli tentang penerapannya, saya hanya ingin bisa mengenali kapan algoritma / struktur data akan menjadi solusi yang baik untuk suatu masalah. Saya meminta lebih banyak untuk daftar algoritma / struktur data yang harus saya "kenali". Misalnya, saya tahu solusi untuk masalah seperti ini:

Anda mengelola satu set loker berlabel 0-999. Orang-orang mendatangi Anda untuk menyewa loker dan kemudian kembali untuk mengembalikan kunci loker. Bagaimana Anda membangun perangkat lunak untuk mengelola mengetahui loker mana yang gratis dan mana yang digunakan?

Solusinya, akan berupa antrian atau tumpukan.

Apa yang saya cari adalah hal-hal seperti "dalam situasi apa B-Tree harus digunakan - Algoritma pencarian apa yang harus digunakan di sini" dll. Dan mungkin pengantar cepat tentang bagaimana struktur data yang lebih kompleks (tetapi umum digunakan) / algoritma bekerja.

Saya mencoba melihat daftar Wikipedia struktur data dan algoritma tetapi saya pikir itu agak berlebihan. Jadi saya mencari lebih banyak hal penting apa yang harus saya kenali?


10
Memilih untuk ditutup sebagai "tidak konstruktif". Setiap jawaban akan sepenuhnya subyektif - tidak ada konsensus tentang apa yang "harus" diketahui.
Oded

2
Bagian mana dari masalah loker yang membutuhkan pemesanan input / output? [petunjuk!]
Telastyn

5
@Daftar benar-benar ada daftar yang saya pikir kebanyakan orang akan setuju untuk yang struktur data dan algoritma programmer yang berpengalaman harus tahu.
David Cowden

6
@Daftar Tidak ada konsensus? Bagaimana dengan silabus kursus pengantar tentang algoritma dan struktur data dalam ilmu komputer? Cukup standar dan ditinjau oleh rekan sejawat . Titik awal yang bagus.
MarkJ

3
Solusi alternatif; menganggap Anda menagih dari hari ke hari dan memiliki biaya maksimum. Lampirkan tag kertas ke kunci ketika Anda membiarkan loker dan menuliskan nomor hari Julian di atasnya. Saat kunci dikembalikan, lihat tag untuk menghitung biaya sewa. Tag yang hilang atau rusak menarik biaya maksimum. Kunci yang tidak digunakan disimpan dalam kantong (karena tidak perlu memilih kunci tertentu dari kunci gratis ketika membiarkan loker). Total ukuran struktur data: nol bit. Semua bagian dari algoritma adalah O (1).
James Youngman

Jawaban:


78

Respons objektif:

Sementara tanggapan awal saya terhadap pertanyaan ini didasarkan pada pengalaman empiris saya sebagai mahasiswa CS yang akan segera lulus dan pendapat saya yang diproyeksikan tentang tipe orang yang ingin saya ajak bekerja di bidang CS. Sebenarnya ada tujuan (sehubungan dengan pendapat subjektif dari ACM SIGCSE dan masyarakat komputasi IEEE) jawaban. Setiap 10 tahun ACM dan badan-badan IEEE bekerja sama dalam publikasi bersama yang merinci saran-saran untuk kurikulum ilmu komputer sarjana berdasarkan pengetahuan profesional dari keadaan industri komputasi. Informasi lebih lanjut dapat ditemukan di cs2013.org . Komite menerbitkan laporan akhir yang berisi daftar rekomendasi kurikulum mereka .

Yang mengatakan, saya masih berpikir daftar saya cukup bagus.

Jawaban asli di bawah ini.


Apa yang Harus Saya Ketahui?

Minimum

Saya pikir seorang programmer mahir harus memiliki setidaknya pengetahuan tingkat sarjana dalam Ilmu Komputer. Tentu, Anda bisa efektif di banyak pekerjaan dengan hanya sebagian kecil Ilmu Komputer karena komunitas CS yang solid, dan fokus yang sempit dari sebagian besar posisi profesional. Juga, banyak orang akan lebih mengkhususkan diri setelah studi sarjana. Namun, saya tidak berpikir baik adalah alasan untuk tidak mengetahui rahasia pengetahuan CS dasar.

Untuk menjawab pertanyaan judul, inilah yang harus diketahui oleh mahasiswa CS sarjana (dasar untuk seorang programmer mahir) setelah lulus:

Struktur data

  • Representasi Data Mesin
    • Yang, Komplemen Dua, dan Aritmatika Terkait
    • Kata-kata, Pointer, Floating Point
    • Akses Bit, Pergeseran, dan Manipulasi
  • Daftar Tertaut
  • Hash Tables (peta atau kamus)
  • Array
  • Pohon
  • Tumpukan
  • Antrian
  • Grafik
  • Database

Algoritma

  • Penyortiran:
    • Sortir Bubble (untuk mengetahui mengapa itu buruk)
    • Penyisipan Sortir
    • Gabungkan Sortir
    • Sortir Cepat
    • Jenis gaya radix, Sorting Counting dan Bucket Sort
    • Heap Sort
    • Bogo dan Urut Kuantum (=
  • Mencari:
    • Pencarian Linier
    • Pencarian Biner
    • Pencarian Pertama Kedalaman
    • Luasnya Pencarian Pertama
  • Manipulasi String
  • Perulangan
  • Traversal Pohon
  • Daftar Traversal
  • Fungsi Hashing
  • Implementasi konkret dari Tabel Hash, Pohon, Daftar, Stack, Antrian, Array, dan Set atau Koleksi
  • Algoritma Penjadwalan
  • Traversal dan Manipulasi Sistem File (pada inode atau level yang setara).

Pola desain

  • Modularisasi
  • Pabrik
  • Pembangun
  • Singleton
  • Adaptor
  • Penghias
  • Kelas terbang
  • Pengamat
  • Iterator
  • Negara [Mesin]
  • Pengontrol Tampilan Model
  • Pola Pemrograman Threading dan Paralel

Paradigma

  • Imperatif
  • Berorientasi pada objek
  • Fungsional
  • Deklaratif
  • Pemrograman Statis dan Dinamis
  • Markup Data

Teori Kompleksitas

  • Ruang Kompleksitas
  • Komputasi
  • Regular, Context Free, dan Universal Turing Machine melengkapi Bahasa
  • Ekspresi Reguler
  • Penghitungan dan Kombinatorik Dasar

Luar

Untuk mengetahui apa yang Anda tanyakan nanti dalam pertanyaan Anda, jika Anda terbiasa dengan hal di atas, Anda harus dapat dengan mudah mengidentifikasi pola, algoritma, dan struktur data yang sesuai untuk skenario tertentu. Namun, Anda harus menyadari bahwa seringkali tidak ada solusi terbaik. Kadang-kadang Anda mungkin diminta untuk memilih yang kurang dari dua kejahatan atau bahkan hanya memilih di antara dua solusi yang sama-sama layak. Karena itu, Anda perlu pengetahuan umum untuk dapat mempertahankan pilihan Anda terhadap rekan-rekan Anda.

Berikut ini beberapa kiat untuk algoritma dan struktur data:

  • Pencarian Biner hanya dapat (dan harus) digunakan pada data yang diurutkan.
  • Jenis gaya radix mengagumkan, tetapi hanya ketika Anda memiliki kelas terbatas hal-hal yang diurutkan.
  • Pohon baik untuk hampir semua hal seperti halnya Hash Tables. Fungsi dari Tabel Hash dapat diekstrapolasi dan digunakan untuk menyelesaikan banyak masalah dengan biaya efisiensi.
  • Array dapat digunakan untuk mendukung sebagian besar struktur data tingkat yang lebih tinggi. Kadang-kadang "struktur data" tidak lebih dari beberapa matematika pintar untuk mengakses lokasi dalam array.
  • Pilihan bahasa bisa menjadi perbedaan antara menarik rambut Anda keluar, atau berlayar melalui, masalah.
  • Tabel ASCII dan 128 elemen array membentuk tabel hash implisit (=
  • Ekspresi reguler dapat memecahkan banyak masalah, tetapi tidak dapat digunakan untuk mem-parsing HTML .
  • Terkadang struktur data sama pentingnya dengan algoritma.

Beberapa di atas mungkin tampak seperti tidak punya otak, dan beberapa mungkin tampak tidak jelas. Jika Anda ingin saya membahas lebih detail, saya bisa. Tapi, harapan saya adalah ketika bertemu dengan pertanyaan yang lebih konkret seperti, "Desain fungsi yang menghitung jumlah kemunculan setiap karakter dalam sebuah String", Anda melihat ke ujung tentang tabel ASCII dan 128 elemen array membentuk hash implisit yang rapi tabel untuk jawabannya.

Berdasarkan ide-ide ini, saya akan mengusulkan jawaban masalah loker yang diuraikan dalam pertanyaan Anda.


Jawaban untuk masalah yang diajukan dalam pertanyaan Anda.

Ini mungkin bukan jawaban terbaik untuk pertanyaan Anda, tetapi saya pikir ini adalah jawaban yang menarik yang tidak memerlukan hal yang terlalu rumit. Dan itu pasti akan mengalahkan kompleksitas waktu menggunakan antrian, atau tumpukan yang membutuhkan waktu linier untuk menentukan apakah loker gratis atau tidak.

Anda memiliki 0-999 loker. Sekarang, karena Anda memiliki jumlah loker yang tetap, Anda dapat dengan mudah membayangkan fungsi hashing tanpa tabrakan pada rentang 0-999. Fungsi ini cukup h (x) = x mod 1000. Sekarang, [secara konseptual] buat tabel hash dengan kunci integer dan isi array elemen 1000 sebagai nilai Anda. Jika pelanggan ingin memesan loker 78 untuk digunakan, cukup masukkan 78 ke fungsi hash (mengembalikan 78), dan kemudian tambahkan angka itu ke pointer dasar array - menyimpan nilai sebenarnya di lokasi yang ditunjuk oleh nilai offset . Demikian pula, jika Anda perlu memeriksa apakah 78 sedang digunakan, cukup baca nilai yang disimpan di lokasi itu dan periksa benar.

Solusi ini beroperasi dalam waktu yang konstan untuk pencarian dan penyimpanan yang bertentangan dengan penyimpanan dan pencarian waktu log (n) dalam hal antrian prioritas yang didukung oleh pohon biner. Deskripsi ini sengaja diverbose sehingga Anda dapat melihat konsep yang lebih tinggi dirubah menjadi algoritma yang efisien.

Sekarang, Anda mungkin bertanya, bagaimana jika saya perlu mengetahui semua loker yang tersedia, bukankah antrian prioritas lebih baik? Jika ada k loker yang tersedia di antrian prioritas, iterasi atas semuanya akan mengambil langkah k. Selanjutnya, tergantung pada implementasi antrian prioritas Anda, Anda mungkin harus membangun kembali antrian prioritas saat Anda melihat semuanya .. yang akan mengambil langkah k * log (k): (k <1000). Dalam solusi array, Anda hanya perlu mengulang dari array elemen 1000 dan memeriksa mana yang terbuka. Anda juga dapat menambahkan daftar yang tersedia atau bekas ke dalam implementasi untuk memeriksa waktu k saja.


1
Jawaban bagus! Saya juga ingin menambahkan, bahwa Anda benar-benar harus percaya diri dalam menggunakan fungsi / struktur data yang telah ditentukan dari bahasa yang Anda gunakan, misalnya algoritma dan struktur data stl di C ++, atau Java API untuk Java.
marktani

1
Luar biasa! Terutama "Ekspresi reguler dapat memecahkan banyak masalah, tetapi mereka tidak dapat digunakan untuk mem-parsing HTML."
FrustratedWithFormsDesigner

2
Jawabannya bagus, sampai "masalah" muncul. Sama sekali tidak ada alasan untuk menggunakan antrian prioritas atau tabel hash. Tumpukan sederhana sudah cukup. Tambahkan iterasi untuk mendapatkan daftar lengkap loker gratis jika Anda mau.
Matthieu M.

1
haruskah kita menambahkan basis data relasional + SQL, pengetahuan B + tree, teori kompiler, organisasi perangkat keras pengetahuan, pengetahuan teori sistem operasi, pengetahuan jaringan TCP / IP?
dan_l

1
Saya skeptis tentang Pola Desain. Banyak yang berguna dalam beberapa jenis bahasa sementara tidak berguna dan / atau tidak perlu pada yang lain. Anda mungkin juga ingin menambahkan Heuristik di bawah algoritma, dan struktur data trie dan lewati daftar. Algoritma / struktur data tradisional mencapai batas pada akses sinkron tetapi dapat dikalahkan oleh pendekatan non-tradisional lainnya menggunakan beberapa utas dan konkurensi. Heuristik dapat secara dramatis mengurangi jumlah pencarian yang diperlukan sementara struktur seperti daftar lompatan akan memungkinkan struktur data untuk ditulis tanpa kunci global.
Evan Plaice

6

Manual Desain Algoritma oleh Steven S. Skiena sepertinya adalah sumber yang Anda cari. Bagian kedua adalah daftar masalah dengan ulasan tentang algoritma terkait. Ada versi web .


3
buku yang bagus, tetapi jangan merasa Anda harus menguasai semuanya untuk benar-benar menjadi seorang programmer. Saya baru saja membelinya, dan saya sudah dibayar untuk program sejak 1979. (Dan ya, saya membelinya percaya saya bisa belajar sesuatu darinya.)
Kate Gregory

@KateGregory Saya membeli buku itu dan tidak bisa mengerti karena saya hanya tahu bahasa tingkat tinggi seperti Ruby dan Javascript (tidak ada pohon biner, daftar tertaut, dll) ... Saya akhirnya menyerah membacanya.
bigpotato

4

Tidak ada "seharusnya". A. Berkenalan dengan kelas kompleksitas dasar (linier, logaritmik, dll.) B. Sadarilah bahwa Anda dapat melakukan apa saja dengan array sederhana yang Anda bisa dengan struktur data mewah seperti B-tree. Trik dalam memilih struktur / algoritma yang tepat terletak pada keseimbangan kinerja, ukuran input yang diharapkan dan kompleksitas implementasi.

Lalu ada hal-hal abstrak tetapi sangat berguna (meskipun kegunaannya tidak segera jelas): mesin negara, teori grafik, teori konveksitas (pemrograman linier, dll).


1
Jangan meremehkan pentingnya mengetahui kapan harus menggunakan apa. Karena masalah-masalah yang Anda selesaikan dengan menggunakan array sederhana akan kembali dan menggigit Anda tepat ketika Anda akan mengulurkan klien besar itu dan mencari tahu aplikasi Anda yang bekerja dengan baik selama bertahun-tahun melambat menjadi merangkak hanya karena Anda menggunakan pelapis gelembung bukannya sebuah quicksort.
Pieter B

3

MIT menerbitkan catatan kuliah gratis, video, tugas dan materi ujian untuk Pengantar Algoritma . The judul ceramah daftar algoritma / struktur data tertutup.

Ini adalah konsensus peer-review tentang apa yang harus Anda ketahui. Mungkin sumber belajar yang bagus juga.

Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.