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20172328 2018-2019《Java软件结构与数据结构》第一周学习总结

概述 Generalization

本周学习了软件质量、数据结构以及算法分析的具体内容，主要依托于所用教材的第一章和第二章。

教材学习内容总结 A summary of textbook

• 第一章：概述
• 1.1软件质量
• 软件工程：是一门关于高质量软件开发的技术和理论的学科。
• 软件工程的目标：解决正确性问题、按时且在预算之内给出解决方案、给出高质量的解决方案、以合情合理的方式完成上面事情。

• 高质量软件的特征
  

• 重要解读：

• 有关可靠性：可靠的软件很少发生故障，即使发生了故障，也可以将该故障的影响降到最低。

• 有关可维护性：软件系统必须经过细心设计、编码和文档说明，以便为开发人员、维护人员和用户的工作提供支持。

• 有关可移植性：Java的源代码被编译成了字节码，这是一种低级语言，他不是任何特定CPU的机器语言。字节码运行在Java虚拟上（JVM）。JVM是一种解释并执行字节码的软件。

• 有关运行效率：软件必须高效地使用诸如CPU时间和存储器之类的资源。

• 1.2数据结构
• 数据结构：计算机存储、组织数据的形式。
• 程序 = 数据结构 + 算法
• 软件 = 程序 + 软件工程
• Java工具包提供了强大的数据结构。常见的数据结构有数组（Array）、栈（Stack）、队列（Queue）、链表（Linked list）、树（Tree）、哈希表（Hash）、散列表（Hash Table）等。
• 栈会颠倒数据集的结构，而队列可以保持数据集的结构。

• 可用于给数列集排队的常用数据结构有有序列表、堆和散列表。

• 第二章：算法分析
• 2.1算法效率分析
• 算法分析：计算机科学中主要关注软件算法效率的主题。算法分析是计算机科学的基础。
• 2.2增长函数与大O记法
• 增长函数：表示与该问题大小相对应的时间或者空间的使用，表示问题（n）大小与我们希望最优化的值之间的关系。该函数表示了该算法的事件复杂度或空间复杂度。
• 渐进复杂度：称为算法的阶次。如书中示例，第二个洗盘子的算法具有阶次为n^2的时间复杂度，记为O（n^2），这种记法称为O()或者大O记法。算法的阶次是忽略该算法的的增长函数中的常量和其他次要项，只保留主项而得出的。
• 一些增长函数及其渐进复杂度[图片展示]
  
• 从而算法的阶次为增长函数提供了一个上界。

• 2.3增长函数的比较
  

• 标注：√10≈3.162277660168379、3√10≈2.1544、log?(10)=lg(10)/lg(2)=1/lg(2)=3.321928，从最后一组数据来看，其实问题的关键不是提速CPU（因为提速处理器后帮助却小的可怜），而是要在算法上简化问题，大大提高程序运行的速度。
• 增长函数的比较图
  
  
• 2.4时间复杂度分析
• 2.4.1循环运行的复杂度分析
• 要分析某个算法的阶次，常常需要去确定某个特定语句和某个语句集运行的次数。要分析循环运行，首先要确定该循环体的阶次n，然后用该循环运行的次数乘以它。记请住，n是表示问题的大小。
• 就算循环有时会跳过几个数，增长函数变了，但常数不影响渐进复杂度，因此阶次不变。
• 2.4.2嵌套循环的复杂度分析
• 分析嵌套循环时，将内存循环和外层循环都要兼顾到，并且用乘法来计算复杂度。

• 方法调用的复杂度分析：与循环体的复杂度有关。

教材学习中的问题和解决过程 Problem and countermeasure

• 问题：在做老师课上的考试题时，一直觉得有道题运行次数是n（n-1），故复杂度应该表示为O（n（n-1）），但当时在书本实例中都没有看到有这种表示，先做了题，但没有深入了解。

• 解决：其实这个问题是自己没有认真看书的后果。书本15页下有这样一段话：

  在这种情况下，内层循环索引被初始化为外层循环索引的当前值。外层循环运行了n次，内层循环第一次被执行n次，第二次执行n-1次，等等……但是，记住，我们只对主项感兴趣，而忽视其他常数项或其他任何次要项。如果复杂度是线性的，则不管经过多少个元素，其阶次依旧是O(n)，因此，上面的代码的复杂度为O（n^2）。

课后习题作答 Exercise

• EX 2.1：下列增长函数的阶次是多少？
  • a.10n^2+100n+1000
  • 解答：阶次为：n^2。
  • b.10n^3-7
  • 解答：阶次为：n^3
  • c.2^n+100n^3
  • 解答：阶次为：n^3
  • d.n^2 ·log(n)
  • 解答：阶次：n^2 ·log(n)
• EX 2.4：请确定下面代码段的增长函数和阶次

for(int count = 0 ; count < n ; count++)
    for(int count2 = 0 ; count2 < n ; count2 = count2 + 2)
        {
            System.out.println(count,count2);
        }
}

• 解答：由内循环需要进行的次数是n/2，外循环需要进行的次数是n，故增长函数为F(n)=(n^2)/2，阶次为n^2
• EX 2.5：请确定下面代码段的增长函数和阶次

for(int count = 0 ; count < n ; count++)
    for(int count2 = 1 ; count2 < n ; count2 = count2 * 2)
        {
            System.out.println(count,count2);
        }
}

• 解答：由内循环进行的次数是log?（n-1），外循环需要进行的次数是n，故增长函数为F(n)=n·log?(n-1)，又因阶数与增长函数的最高阶项有关，要忽略次项与常数项，所以阶次为n·log2(n)。

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其他（感悟、思考等，可选）Else

莫听穿林打叶声，何妨吟啸且徐行。

学习进度条 Learning List

参考资料 Reference

• [Java软件结构与数据结构]（第四版）
• Java数据结构的类型

20172328 2018-2019《Java软件结构与数据基础》第一周学习总结

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原文地址：https://www.cnblogs.com/LXY462283007/p/9612692.html