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c语言常用算法

 瀚洋瀛洲 2017-02-10
一、基本算法
1.交换(两量交换借助第三者)
例1、任意读入两个整数,将二者的值交换后输出。
main()
{int a,b,t;
scanf('%d%d',&a,&b);
printf('%d,%d\n',a,b);
t=a; a=b; b=t;
printf('%d,%d\n',a,b);}
【解析】程序中加粗部分为算法的核心,如同交换两个杯子里的饮料,必须借助第三个空杯子。
假设输入的值分别为3、7,则第一行输出为3,7;第二行输出为7,3。
其中t为中间变量,起到“空杯子”的作用。
注意:三句赋值语句赋值号左右的各量之间的关系!
【应用】
例2、任意读入三个整数,然后按从小到大的顺序输出。
main()
{int a,b,c,t;
scanf('%d%d%d',&a,&b,&c);
if(a>b){ t=a; a=b; b=t; }
if(a>c){ t=a; a=c; c=t; }
if(b>c) { t=b; b=c; c=t; }
printf('%d,%d,%d\n',a,b,c);}
2.累加
累加算法的要领是形如“s=s+A”的累加式,此式必须出现在循环中才能被反复执行,从而实现累加功能。“A”通常是有规律变化的表达式,s在进入循环前必须获得合适的初值,通常为0。
例1、求1+2+3+……+100的和。
main()
{int i,s;
s=0; i=1;
while(i<>
{s=s+i;
i=i+1;
}
printf('1+2+3+...+100=%d\n',s);}
【解析】程序中加粗部分为累加式的典型形式,赋值号左右都出现的变量称为累加器,其中“i = i +1”为特殊的累加式,每次累加的值为1,这样的累加器又称为计数器。
3.累乘
累乘算法的要领是形如“s=s*A”的累
乘式,此式必须出现在循环中才能被反复执行,从而实现累乘功能。“A”通常是有规律变化的表达式,s在进入循环前必须获得合适的初值,通常为1。
例1、求10!
[分析]10!=1×2×3×……×10
main()
{int i; long c;
c=1; i=1;
while(i<>
{c=c*i;
i=i+1;
}
printf('1*2*3*...*10=%ld\n',c);}
二、非数值计算常用经典算法
1.穷举
也称为“枚举法”,即将可能出现的每一种情况一一测试,判断是否满足条件,一般采用循环来实现。
例1、用穷举法输出所有的水仙花数(即这样的三位正整数:其每位数位上的数字的立方和与该数相等,比如:13+53+33=153)。
[法一]
main()
{ int x,g,s,b;
for(x=100;x<>
{g=x; s=x/10; b=x/100;
if(b*b*b+(s-10*b)*(s-10*b)*(s-10*b)+(g-10*s)*(g-10*s)*(g-10*s)==g)
printf('%d\n',x);}
}
【解析】此方法是将100到999所有的三位正整数一一考察,即将每一个三位正整数的个位数、十位数、百位数一一求出(各数位上的数字的提取算法见下面的“数字处理”),算出三者的立方和,一旦与原数相等就输出。共考虑了900个三位正整数。
[法二]
main()
{int g,s,b;
for(b=1;b<>
for(s=0;s<>
for(g=0;g<>
if(b*b*b+s*s*s+g*g*g==b*100+s*10+g)printf('%d\n',b*100+s*10+g);
}
【解析】此方法是用1到9做百位数字、0到9做十位和个位数字,将组成的三位正整数与每一组的三个数的立方和进行比较,一旦相等就输出。共考虑了900个组合(外循环单独执行的次数为9,两个内循环单独执行的次数分别为10次,故if语句被执行的次数为9×10×10=900),即900个三位正整数。与法一判断的次数一样。
2.排序
(1)冒泡排序(起泡排序)
假设要对含有n个数的序列进行升序排列,冒泡排序算法步骤是:
①从存放序列的数组中的第一个元素开始到最后一个元素,依次对相邻两数进行比较,若前者大后者小,则交换两数的位置;
②第①趟结束后,最大数就存放到数组的最后一个元素里了,然后从第一个元素开始到倒数第二个元素,依次对相邻两数进行比较,若前者大后者小,则交换两数的位置;
③重复步骤①n-1趟,每趟比前一趟少比较一次,即可完成所求。
例1、任意读入10个整数,将其用冒泡法按升序排列后输出。
#define n 10
main()
{int a[n],i,j,t;
for(i=0;i
for(j=1;j<>
for(i=0;i<>
if(a[i]>a[i+1]){t=a[i];a[i]=a[i+1];a[i+1]=t;}
for(i=0;i
(2)选择法排序
选择法排序是相对好理解的排序算法。假设要对含有n个数的序列进行升序排列,算法步骤是:
①从数组存放的n个数中找出最小数的下标(算法见下面的“求最值”),然后将最小数与第1个数交换位置;
②除第1个数以外,再从其余n-1个数中找出最小数(即n个数中的次小数)的下标,将此数与第2个数交换位置;
③重复步骤①n-1趟,即可完成所求。
例1、任意读入10个整数,将其用选择法按升序排列后输出。
#define n 10
main()
{int a[n],i,j,k,t;
for(i=0;i
for(i=0;i<>
{k = i;
for(j=i+1;j<>
if(a[j] < a[k])="" k="">
if (k != i){t = a[i]; a[i] = a[k]; a[k] = t;}
}
for(i=0;i<>
printf('%d\n',a[i]); }
(3)插入法排序
要想很好地掌握此算法,先请了解“有序序列的插入算法”,就是将某数据插入到一个有序序列后,该序列仍然有序。插入算法参见下面的“数组元素的插入”。
例1、将任意读入的整数x插入一升序数列后,数列仍按升序排列。
#define n 10
main()
{ int a[n]={-1,3,6,9,13,22,27,32,49},x,j,k;
scanf('%d',&x);
if(x>a[n-2]) a[n-1]=x ;
else
{j=0;
while( j<=n-2 &&="" x="">a[j]) j++;
for(k=n-2; k>=j; k- -) a[k+1]=a[k];
a[j]=x; }
for(j=0;j<=n-1;j++) printf('%d="">
}
插入法排序的要领就是每读入一个数立即插入到最终存放的数组中,每次插入都使得该数组有序。
例2、任意读入10个整数,将其用插入法按降序排列后输出。
#define n 10
main()
{int a[n],i,j,k,x;
scanf('%d',&a[0]);
for(j=1;j<>
{scanf('%d',&x);
if(x
else
{i=0;
while(x<><=j-1)>
for(k=j-1;k>=i;k--) a[k+1]=a[k];
a[i]=x;
}
}
for(i=0;i
}
(4)归并排序
即将两个都升序(或降序)排列的数据序列合并成一个仍按原序排列的序列。
例1、有一个含有6个数据的升序序列和一个含有4个数据的升序序列,将二者合并成一个含有10个数据的升序序列。
#define m 6
#define n 4
main()
{int a[m]={-3,6,19,26,68,100} ,b[n]={8,10,12,22};
int i,j,k,c[m+n];
i=j=k=0;
while(i<>
{if(a[i]
else {c[k]=b[j]; j++;}
k++; }
while(i>=m && j<>
{c[k]=b[j]; k++; j++;}
while(j>=n && i<>
{c[k]=a[i]; k++; i++;}
for(i=0;i
}
3.查找
(1)顺序查找(即线性查找)
顺序查找的思路是:将待查找的量与数组中的每一个元素进行比较,若有一个元素与之相等则找到;若没有一个元素与之相等则找不到。
例1、任意读入10个数存放到数组a中,然后读入待查找数值,存放到x中,判断a中有无与x等值的数。
#define N 10
main()
{int a[N],i,x;
for(i=0;i
scanf('%d',&x);
for(i=0;i
if(i
else printf('Not found!\n');}
(2)折半查找(即二分法)
顺序查找的效率较低,当数据很多时,用二分法查找可以提高效率。使用二分法查找的前提是数列必须有序。
二分法查找的思路是:要查找的关键值同数组的中间一个元素比较,若相同则查找成功,结束;否则判别关键值落在数组的哪半部分,就在这半部分中按上述方法继续比较,直到找到或数组中没有这样的元素值为止。
例1、任意读入一个整数x,在升序数组a中查找是否有与x等值的元素。
#define n 10
main()
{int a[n]={2,4,7,9,12,25,36,50,77,90};
int x,high,low,mid;
scanf('%d',&x);
high=n-1; low=0; mid=(high+low)/2;
while(a[mid]!=x&&low<>
{if(x
else low=mid+1;
mid=(high+low)/2; }
if(x==a[mid]) printf('Found %d,%d\n',x,mid);
else printf('Not found\n');
}
三、数值计算常用经典算法:
1.级数计算
级数计算的关键是“描述出通项”,而通项的描述法有两种:一为直接法、二为间接法又称递推法。
直接法的要领是:利用项次直接写出通项式;递推法的要领是:利用前一个(或多个)通项写出后一个通项。
可以用直接法描述通项的级数计算例子有:
(1)1+2+3+4+5+……
(2)1+1/2+1/3+1/4+1/5+……等等。
可以用间接法描述通项的级数计算例子有:
(1)1+1/2+2/3+3/5+5/8+8/13+……
(2)1+1/2!+1/3!+1/4! +1/5!+……等等。
(1)直接法求通项
例1、求1+1/2+1/3+1/4+1/5+……+1/100的和。
main()
{float s; int i;
s=0.0;
for(i=1;i<=100;i++) s="s+1.0/i">
printf('1+1/2+1/3+...+1/100=%f\n',s);
}
【解析】程序中加粗部分就是利用项次i的倒数直接描述出每一项,并进行累加。注意:因为i是整数,故分子必须写成1.0的形式!
(2)间接法求通项(即递推法)
例2、计算下列式子前20项的和:1+1/2+2/3+3/5+5/8+8/13+……。
[分析]此题后项的分子是前项的分母,后项的分母是前项分子分母之和。
main()
{float s,fz,fm,t,fz1; int i;
s=1;
fz=1;fm=2;
t=fz/fm;
for(i=2;i<>
{s=s+t;
fz1=fz;
fz=fm;
fm=fz1+fm;
t=fz/fm;}
printf('1+1/2+2/3+...=%f\n',s);
}
下面举一个通项的一部分用直接法描述,另一部分用递推法描述的级数计算的例子:
例3、计算级数的值,当通项的绝对值小于eps时计算停止。
#include
float g(float x,float eps);
main()
{float x,eps;
scanf('%f%f',&x,&eps);
printf('\n%f,%f\n',x,g(x,eps));
}
float g(float x,float eps)
{int n=1;float s,t;
s=1; t=1;
do { t=t*x/(2*n);
s=s+(n*n+1)*t;
n++; }while(fabs(t)>eps);
return s;
}
2.一元非线性方程求根
(1)牛顿迭代法
牛顿迭代法又称牛顿切线法:先任意设定一个与真实的根接近的值x0作为第一次近似根,由x0求出f(x0),过(x0,f(x0))点做f(x)的切线,交x轴于x1,把它作为第二次近似根,再由x1求出f(x1),过(x1,f(x1))点做f(x)的切线,交x轴于x2,……如此继续下去,直到足够接近(比如|x-x0|<>
而f '(x0)=f(x0)/( x1- x0) 所以 x1= x0- f(x0)/ f ' (x0)

例如,用牛顿迭代法求下列方程在1.5附近的根:2x3-4x2+3x-6=0。
#include 'math.h'
main()
{float x,x0,f,f1; x=1.5;
do{x0=x;
f=2*x0*x0*x0-4*x0*x0+3*x0-6;
f1=6*x0*x0-8*x0+3;
x=x0-f/f1; }while(fabs(x-x0)>=1e-5);
printf ('%f\n',x); }
(2)二分法
算法要领是:先指定一个区间[x1, x2],如果函数f(x)在此区间是单调变化的,则可以根据f(x1)和f(x2)是否同号来确定方程f(x)=0在区间[x1, x2]内是否有一个实根;如果f(x1)和 f(x2)同号,则f(x)在区间[x1, x2]内无实根,要重新改变x1和x2的值。当确定f(x) 在区间[x1, x2]内有一个实根后,可采取二分法将[x1,x2]一分为二,再判断在哪一个小区间中有实根。如此不断进行下去,直到小区间足够小为止。
具体算法如下:
(1)输入x1和x2的值。
(2)求f(x1)和f(x2)。
(3)如果f(x1)和f(x2)同号说明在[x1, x2]内无实根,返回步骤(1),重新输入x1和x2的值;若f(x1)和f(x2)不同号,则在区间[x1,x2]内必有一个实根,执行步骤(4)。
(4)求x1和x2的中点:x0=(x1+ x2)/2。
(5)求f(x0)。
(6)判断f(x0)与f(x1)是否同号。
①如果同号,则应在[x0, x2]中寻找根,此时x1已不起作用,用x0代替x1,用f(x0)代替f(x1)。
②如果不同号,则应在[x1, x0]中寻找根,此时x2已不起作用,用x0代替x2,用f(x0)代替f(x2)。
(7)判断f(x0)的绝对值是否小于某一指定的值(例如10-5)。若不小于10-5,则返回步骤(4)重复执行步骤(4)、(5)、(6);否则执行步骤(8)。
(8)输出x0的值,它就是所求出的近似根。
例如,用二分法求方程2x3-4x2+3x-6=0在(-10,10)之间的根。
#include 'math.h'
main()
{float x1,x2,x0,fx1,fx2,fx0;
do {printf('Enter x1&x2');
scanf('%f%f',&x1,&x2);
fx1=2*x1*x1*x1-4*x1*x1+3*x1-6;
fx2=2*x2*x2*x2-4*x2*x2+3*x2-6;
}while(fx1*fx2>0);
do {x0=(x1+x2)/2;
fx0=2*x0*x0*x0-4*x0*x0+3*x0-6;
if((fx0*fx1)<0) {x2="x0;" fx2="fx0;">
else {x1=x0; fx1=fx0; }
}while(fabs(fx0)>1e-5);
printf('%f\n',x0);}

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