알고리즘 설계의 기본 사항에 대해 더 깊이 이해하세요.

이 글에서는 알고리즘 설계의 원리를 살펴보겠습니다. 내가 무슨 말을 하는지 모르겠다면 계속 읽어보세요!

“알고리즘”이라는 단어를 들으면 다음 세 가지 방식 중 하나로 반응할 수 있습니다.

1. 당신은 컴퓨터 과학을 공부했기 때문에 우리가 논의하는 내용을 즉시 알고 이해하게 될 것입니다.
2. 알고리즘은 Google이나 Facebook과 같은 회사의 일꾼이라는 것을 알고 있지만, 그 단어가 무엇을 의미하는지 잘 모르겠습니다.
3. 알고리즘에 대해 아는 모든 것이 고등학교 미적분학의 악몽을 떠올리게 하기 때문에 두려움 속에 도망치고 숨습니다.

당신이 후자 중 하나라면, 이 글은 당신을 위한 것입니다.

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알고리즘이란 정확히 무엇인가요?

알고리즘은 반드시 특별한 유형의 연산이 아닙니다. 이는 개념적이며 특정 목표를 달성하기 위해 코드에서 수행하는 일련의 단계입니다.

알고리즘은 단순히 "작업을 수행하기 위한 지침"으로 정의되는 경우가 많습니다. "레시피"라고도합니다. The Social Network에서 Zuckerberg는 Facemash를 작동시키려면 알고리즘이 필요했습니다. 영화를 보신 분이라면 마크의 기숙사 창문에 휘갈겨 쓴 방정식처럼 보이는 것을 본 기억이 있을 것입니다. 그런데 이 휘갈겨 쓴 대수학이 Mark의 단순한 "Hot or Not" 웹사이트와 무슨 관련이 있을까요?

알고리즘은 실제로 지침입니다. 아마도 더 정확한 설명은 알고리즘이 작업을 효율적으로 완료하기 위한 패턴이라는 것입니다. Zuckerberg의 Facemash는 전체 그룹을 기준으로 누군가의 매력을 결정하는 데 사용되는 투표 사이트이지만 사용자는 두 사람 중에서만 선택할 수 있습니다. Mark Zuckerberg는 어떤 사람이 서로 어울리는지 결정하고 해당 사람의 이전 기록과 이전 경쟁자를 기반으로 투표의 가치를 평가하는 방법을 결정하는 알고리즘이 필요합니다. 이를 위해서는 단순히 모든 사람의 투표 수를 세는 것보다 더 많은 직관이 필요합니다.

예를 들어, 음수에 1을 더한 다음 양수에서 1을 빼고 0에는 아무 작업도 수행하지 않는 알고리즘을 만들고 싶다고 가정해 보겠습니다. 다음과 같이 할 수 있습니다(JavaScript 스타일 의사코드 사용):

으아아아

혼자서 "이건 함수다"라고 생각할 수도 있습니다. 알고리즘은 반드시 특별한 유형의 연산일 필요는 없습니다. 이는 개념적입니다. 특정 목표를 달성하기 위해 코드에서 수행하는 일련의 단계입니다.

그러면 왜 중요한가요? 분명히 숫자에 1을 더하거나 빼는 것은 매우 간단한 문제입니다.

하지만 검색에 대해 이야기해 보겠습니다. 숫자 배열에서 숫자를 검색하려면 어떻게 하시겠습니까? 간단한 방법은 숫자를 반복하면서 검색하려는 숫자와 각 숫자를 비교하는 것입니다. 그러나 이는 효율적인 솔루션이 아니며 가능한 완료 시간 범위가 넓어 대규모 검색 세트로 확장할 때 불안정하고 신뢰할 수 없는 검색 방법이 됩니다.

으아아아

다행히도 검색을 통해 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다.

왜 비효율적인가요?

더 나은 알고리즘 디자이너가 되기 위해서는 알고리즘을 깊이 이해하고 감상하는 것보다 더 좋은 방법은 없습니다.

배열에 50,000개의 항목이 있고 무차별 대입 검색(예: 전체 배열을 반복하여 검색)을 수행한다고 가정합니다. 가장 좋은 경우는 검색 중인 항목이 50,000개 항목 배열의 첫 번째 항목이 되는 것입니다. 그러나 최악의 경우 알고리즘을 완료하는 데 최선의 경우보다 50,000배 더 오래 걸립니다.

그럼 무엇이 더 좋을까요?

대신 이진 검색을 사용하여 검색할 수 있습니다. 여기에는 배열을 정렬한 다음(직접 알아내도록 하겠습니다) 배열을 반으로 나누고 검색 숫자가 배열의 중간 표시보다 크거나 작은지 확인하는 작업이 포함됩니다. 정렬된 배열의 중간 표시보다 크면 검색 중인 숫자가 배열의 일부가 아니기 때문에 전반부를 버릴 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 또한 배열의 외부 경계를 정의하고 검색된 숫자가 이 경계 외부에 존재하는지 확인하여 많은 작업을 줄일 수 있습니다. 만약 그렇다면 여러 번의 반복을 수행하여 단일 반복으로 변환합니다(무차별 대입 알고리즘에서는 50,000이 필요함). 운영).

으아아아

꽤 복잡하게 들리는데

단일 이진 검색 알고리즘의 복잡해 보이는 특성을 활용하여 수십억 개의 가능한 링크(예: Google 검색을 통해)에 적용하세요. 그 외에도 이러한 링크 검색에 일종의 순위 시스템을 적용하여 응답 페이지의 순서를 지정해 보겠습니다. 더 나은 방법은 친구로 추가하고 싶은 사람을 식별하도록 설계된 AI 소셜 모델을 기반으로 하는 일종의 무작위 "제안" 시스템을 적용하는 것입니다.

이를 통해 우리는 알고리즘이 단순히 함수에 대한 멋진 이름 이상인 이유를 더 명확하게 이해할 수 있습니다. 최상의 상태에서는 가장 명백한 솔루션보다 더 직관적인 작업을 수행하는 스마트하고 효율적인 방법입니다. 슈퍼컴퓨터에서는 수년이 걸릴 작업을 휴대폰에서는 단 몇 초 만에 완료할 수 있는 작업으로 바꿀 수 있습니다.

알고리즘은 나에게 어떻게 적용되나요?

대부분의 개발자는 매일 높은 수준의 추상 알고리즘을 설계하지 않습니다.

幸运的是，我们站在前辈开发人员的肩膀上，他们编写了本机排序函数，并允许我们以有效的方式使用 indexOf 搜索字符串中的子字符串。

块引用>

但是我们确实处理我们自己的算法。我们每天创建 for 循环并编写函数；那么好的算法设计原则如何指导这些函数的编写呢？

了解您的输入

算法设计的主要原则之一是，如果可能的话，以输入本身为您完成一些工作的方式构建算法。例如，如果您知道您的输入始终是数字，则不需要对字符串进行异常/检查，或将您的值强制转换为数字。如果您知道 JavaScript 中的 for 循环中的 DOM 元素每次都是相同的，那么您不应该在每次迭代中查询该元素。同样，在 for 循环中，如果可以使用（更接近）简单操作完成相同的操作，则不应使用有开销的便利函数。

// don't do this:
for (var i = 1000; i > 0; i--){
    $("#foo").append("<span>bar</span>");
}

// do this instead
var foo = $("#foo");
var s = "";
for(var i = 1000; i > 0; i--){
    s += "<span>bar</span>";
}
foo.append(s);

如果您是一名 JavaScript 开发人员（并且使用 jQuery），并且您不知道上述函数在做什么以及它们有何显着不同，那么下一点适合您。

了解您的工具

在最好的情况下，[算法]是聪明、有效的方法来完成比最明显的解决方案更高水平的直觉。

很容易认为这是不言而喻的。然而，“知道如何编写 jQuery”和“理解 jQuery”之间是有区别的。了解您的工具意味着您了解每一行代码的作用，既立即（函数的返回值或方法的效果）又隐式（与运行库函数相关的开销，或者哪一个是最有效的）连接字符串的方法）。要编写出色的算法，了解较低级别函数或实用程序的性能非常重要，而不仅仅是它们的名称和实现。

了解环境

设计高效的算法是一项全身心投入的工作。除了将您的工具理解为一个独立的部分之外，您还必须了解它们与手头的更大系统交互的方式。例如，要完全理解特定应用程序中的 JavaScript，重要的是要了解跨浏览器场景中 JavaScript 的 DOM 和性能、可用​​内存如何影响渲染速度、您可能与之交互的服务器的结构（及其响应），以及无数其他无形的考虑因素，例如使用场景。

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减少工作量

一般来说，算法设计的目标是用更少的步骤完成一项工作。 （也有一些例外，例如 Bcrypt 哈希。）编写代码时，请考虑计算机为达到目标而采取的所有简单操作。以下是一个简单的清单，可帮助您开始更高效的算法设计：

• 使用语言功能来减少操作（变量缓存、链接等）。
• 尽可能减少迭代循环嵌套。
• 尽可能在循环外部定义变量。
• 使用自动循环索引（如果可用）而不是手动索引。
• 使用巧妙的缩减技术（例如递归分治和查询优化）来最大限度地减少递归过程的规模。

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学习先进技术

要成为一名更好的算法设计师，没有比深入理解和欣赏算法更好的方法了。

• 每周花一两个小时阅读《计算机编程的艺术》。
• 尝试 Facebook 编程挑战赛或 Google Codejam。
• 学习使用不同的算法技术解决同一问题。
• 通过使用较低级别的操作实现语言的内置函数（例如 .sort()）来挑战自己。

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结论

如果您在本文开始时还不知道什么是算法，那么希望您现在对这个有点难以捉摸的术语有了更具体的理解。作为专业开发人员，重要的是我们要了解我们编写的代码是可以分析和优化的，而且我们花时间对代码的性能进行分析也很重要。

你发现过什么有趣的算法练习题吗？也许是动态规划“背包问题”，或者“醉酒行走”？或者您可能知道 Ruby 中的一些递归最佳实践与 Python 中实现的相同函数不同。在评论中分享它们！

위 내용은 알고리즘 설계의 기본 사항에 대해 더 깊이 이해하세요.의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!