算法导论(第三版)练习 2.1-1 ~ 2.1-4

时间:2021-08-22 00:10:24

2.1-1

(a)  31 - 【41】 - 59 - 26 - 41 - 58 

(b)  31 - 41 - 【59】 - 26 - 41 - 58

(c)  31 - 41 - 59 - 【26】 - 41 - 58  ( 31、41、59 右移一个位置,在原 31 的位置插入 26)

(d)  26 - 31 - 41 - 59 - 【41】 - 58  ( 59 右移一个位置,在原 59 的位置插入 41)

(e)  26 - 31 - 41 - 41 - 59 - 【58】  ( 59 右移一个位置,在原 59 的位置插入 58)

(f)  26 - 31 - 41 - 41 - 58 - 59

“【】” 中的数字被临时存储在 key 中。

 

2.1-2

INSERTION-SORT(A) for j = 2 to A.length key = A[j] i = j - 1
        while i > 0 and A[i] < key A[i+1] = A[i] i = i - 1 A[i+1] = key

 

2.1-3

// We use loop invariants to help us understand why an algorithm is correct.

尝试证明:

初始化:证明第一次迭代之前循环不变式成立。当输入规模为 1 (数组长度),数组仅由单个元素 A[1] 组成,经过一次相等判断后,输出要么取 i = 1(这个数恰好等于 v),要么取 v = NIL (这个数不为 v ),循环不变式成立。

保持:证明每次迭代保持循环不变式。假设输入规模为 n 时循环不变式成立,即要么在数组 n 中取到了下标 i (A[i] == v),要么就没有找到( v = NIL)。那么再增加一个元素,令规模为 n+1 ,容易知道,规模 n 既然成立(可以得到一个有用的性质、结论),规模 n+1 至多增加一次相等判断(也就是在原数组中没取到 i 的情况),最终也能获得有用的结论。故迭代(这里指规模+1)将保持循环不变式。

终止:最后研究循环终止时发生了什么。导致迭代终止的条件是 i > A.length=n 或者取到了下标 i ,倘若是前者那么令 v = NIL,这个时候已经得到了有用的结论,所以算法正确。

网上找的:

初始化: i=1,子数组为 A[1..i],只有一个元素 A[1],如果 v=A[1]就返回 1,否则返回 NIL, 算法显然是正确的。 
保持:若算法对数组 A[1..i]正确,则在数组增加一个元素  A[i+1]时,只需要多作一次比较, 因此显然对 A[1..i+1]也正确。 
终止:算法如果在非最坏情况下定能返回一个值此时查找成功,如果 n 次查找(遍历了所有  
的数)都没有成功,则返回 NIL。算法在有限次查找后肯定能够给出一个返回值,要么说明 查找成功并给出下标,要么说明无此值。因此算法正确。

 

2.1-4

输入:长度均为 n 的数组 A、B,分别存储一个 n 位的二进制整数。(最高位必须是 1,其它位为 0 或者 1)

输出:长度为 n+1 的数组 C,存储 A 与 B 存储的二进制整数之和。

伪代码:

ADD(A, B, C) for k = 1 to A.length C[k] = A[k] + B[k] if C[k] >= 2 C[k+1] = C[k+1] + 1 C[k] = C[k] - 2

 这个算法的正确性也可以用循环不变式理解。