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https://github.com/krahets/hello-algo.git
synced 2026-08-26 10:07:13 +00:00
build
This commit is contained in:
@@ -11,33 +11,287 @@ comments: true
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下面两段代码都计算 $1 + 2 + \dots + n$(设 $n \ge 1$)。请把 `n` 设为 4,
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按照程序实际执行的顺序回答问题,然后比较两种写法的效率。
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```python
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def sum_iter(n):
|
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s = 0
|
||||
for i in range(1, n + 1):
|
||||
s += i
|
||||
return s
|
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=== "Python"
|
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def sum_recur(n):
|
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if n == 1:
|
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return 1
|
||||
return n + sum_recur(n - 1)
|
||||
```
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||||
```python title="complexity_exercises.py"
|
||||
def sum_iter(n: int) -> int:
|
||||
"""迭代求和"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(1, n + 1):
|
||||
res += i
|
||||
return res
|
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||||
def sum_recur(n: int) -> int:
|
||||
"""递归求和"""
|
||||
if n == 1:
|
||||
return 1
|
||||
return n + sum_recur(n - 1)
|
||||
```
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||||
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||||
=== "C++"
|
||||
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||||
```cpp title="complexity_exercises.cpp"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
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return res;
|
||||
}
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||||
/* 递归求和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
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||||
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||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="complexity_exercises.java"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
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||||
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||||
/* 递归求和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
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||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="complexity_exercises.cs"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
int SumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 递归求和 */
|
||||
int SumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + SumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
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||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="complexity_exercises.go"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
func sumIter(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 1; i <= n; i++ {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 递归求和 */
|
||||
func sumRecur(n int) int {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n-1)
|
||||
}
|
||||
```
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||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="complexity_exercises.swift"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
func sumIter(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 1 ... n {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 递归求和 */
|
||||
func sumRecur(n: Int) -> Int {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n: n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="complexity_exercises.js"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
function sumIter(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 递归求和 */
|
||||
function sumRecur(n) {
|
||||
if (n === 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="complexity_exercises.ts"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
function sumIter(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 递归求和 */
|
||||
function sumRecur(n: number): number {
|
||||
if (n === 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="complexity_exercises.dart"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 递归求和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="complexity_exercises.rs"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
fn sum_iter(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 1..=n {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 递归求和 */
|
||||
fn sum_recur(n: i32) -> i32 {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
n + sum_recur(n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="complexity_exercises.c"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 递归求和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="complexity_exercises.kt"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
fun sumIter(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 1..n) {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 递归求和 */
|
||||
fun sumRecur(n: Int): Int {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="complexity_exercises.rb"
|
||||
### 迭代求和 ###
|
||||
def sum_iter(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 1..n
|
||||
res += i
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### 递归求和 ###
|
||||
def sum_recur(n)
|
||||
return 1 if n == 1
|
||||
|
||||
n + sum_recur(n - 1)
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
<!-- numbered-subquestions -->
|
||||
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||||
1. 执行 `sum_iter(4)` 时,每轮循环结束后,变量 `s` 的值分别是多少?
|
||||
2. 执行 `sum_recur(4)` 时,会依次调用哪些函数?从最深的一层开始返回时,结果怎样得到?
|
||||
1. 输入 `n = 4` 执行迭代函数时,每轮循环结束后,累加变量 `res` 的值分别是多少?
|
||||
2. 输入 `n = 4` 执行递归函数时,参数 `n` 会依次取哪些值?从最深的一层开始返回时,结果怎样得到?
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||||
3. 两种写法的时间复杂度和空间复杂度分别是多少?结合第 1、2 问的执行过程说明理由。
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||||
|
||||
??? success "参考答案"
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||||
1. 循环变量 `i` 依次为 `1、2、3、4`,每轮结束后,`s` 依次变为
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||||
`1、3、6、10`,所以 `sum_iter(4)` 返回 10。
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||||
1. 循环变量 `i` 依次为 `1、2、3、4`,每轮结束后,`res` 依次变为
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||||
`1、3、6、10`,所以迭代函数返回 10。
|
||||
|
||||
2. 函数依次调用
|
||||
`sum_recur(4) → sum_recur(3) → sum_recur(2) → sum_recur(1)`。
|
||||
`sum_recur(1)` 返回 1,随后各层依次得到 `2 + 1 = 3`、`3 + 3 = 6`、`4 + 6 = 10`。
|
||||
2. 参数 `n` 依次为 `4 → 3 → 2 → 1`。
|
||||
最深一层返回 1,随后各层依次得到 `2 + 1 = 3`、`3 + 3 = 6`、`4 + 6 = 10`。
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||||
在最深处,4 次函数调用都尚未结束。
|
||||
|
||||
3. 两段代码都进行与 $n$ 成正比的循环或调用,因此时间复杂度均为 $O(n)$ 。
|
||||
@@ -51,22 +305,414 @@ def sum_recur(n):
|
||||
|
||||
以下三个代码片段的输入均为正整数 $n$ 。请按时间复杂度从低到高排序,并写出各自的复杂度。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
# 片段一
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
s += i
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
# 片段二
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
for j in range(i, n):
|
||||
s += j
|
||||
```python title="complexity_exercises.py"
|
||||
def linear_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""线性阶循环"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
res += i
|
||||
return res
|
||||
|
||||
# 片段三
|
||||
while n > 1:
|
||||
n = n // 2
|
||||
```
|
||||
def quadratic_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""平方阶循环"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
for j in range(i, n):
|
||||
res += j
|
||||
return res
|
||||
|
||||
def logarithmic_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""对数阶循环"""
|
||||
while n > 1:
|
||||
n //= 2
|
||||
return n
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="complexity_exercises.cpp"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||
for (int j = i; j < n; ++j) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="complexity_exercises.java"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="complexity_exercises.cs"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
int LinearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
int QuadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
int LogarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="complexity_exercises.go"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
func linearLoop(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 0; i < n; i++ {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
func quadraticLoop(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 0; i < n; i++ {
|
||||
for j := i; j < n; j++ {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
func logarithmicLoop(n int) int {
|
||||
for n > 1 {
|
||||
n /= 2
|
||||
}
|
||||
return n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="complexity_exercises.swift"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
func linearLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 0 ..< n {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
func quadraticLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 0 ..< n {
|
||||
for j in i ..< n {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
func logarithmicLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var n = n
|
||||
while n > 1 {
|
||||
n /= 2
|
||||
}
|
||||
return n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="complexity_exercises.js"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
function linearLoop(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
function quadraticLoop(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (let j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
function logarithmicLoop(n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n = Math.floor(n / 2);
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="complexity_exercises.ts"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
function linearLoop(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
function quadraticLoop(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (let j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
function logarithmicLoop(n: number): number {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n = Math.floor(n / 2);
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="complexity_exercises.dart"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n ~/= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="complexity_exercises.rs"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
fn linear_loop(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 0..n {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
fn quadratic_loop(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 0..n {
|
||||
for j in i..n {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
fn logarithmic_loop(mut n: i32) -> i32 {
|
||||
while n > 1 {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="complexity_exercises.c"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="complexity_exercises.kt"
|
||||
/* 线性阶循环 */
|
||||
fun linearLoop(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 0 until n) {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方阶循环 */
|
||||
fun quadraticLoop(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 0 until n) {
|
||||
for (j in i until n) {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 对数阶循环 */
|
||||
fun logarithmicLoop(n: Int): Int {
|
||||
var value = n
|
||||
while (value > 1) {
|
||||
value /= 2
|
||||
}
|
||||
return value
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="complexity_exercises.rb"
|
||||
### 线性阶循环 ###
|
||||
def linear_loop(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 0...n
|
||||
res += i
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### 平方阶循环 ###
|
||||
def quadratic_loop(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 0...n
|
||||
for j in i...n
|
||||
res += j
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### 对数阶循环 ###
|
||||
def logarithmic_loop(n)
|
||||
n /= 2 while n > 1
|
||||
n
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
??? success "参考答案"
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -29,23 +29,216 @@ comments: true
|
||||
|
||||
下面的递归函数用分治计算 $x^n$:
|
||||
|
||||
```python
|
||||
def fast_pow(x, n):
|
||||
if n == 0:
|
||||
return 1
|
||||
half = fast_pow(x, n // 2)
|
||||
if n % 2 == 0:
|
||||
return half * half
|
||||
return half * half * x
|
||||
```
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
用它计算 `fast_pow(3, 5)`:
|
||||
```python title="fast_power.py"
|
||||
def fast_pow(x: int, n: int) -> int:
|
||||
"""快速幂"""
|
||||
if n == 0:
|
||||
return 1
|
||||
half = fast_pow(x, n // 2)
|
||||
if n % 2 == 0:
|
||||
return half * half
|
||||
return half * half * x
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="fast_power.cpp"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="fast_power.java"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="fast_power.cs"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
int FastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = FastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="fast_power.go"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
func fastPow(x, n int) int {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
half := fastPow(x, n/2)
|
||||
if n%2 == 0 {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="fast_power.swift"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
func fastPow(x: Int, n: Int) -> Int {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
let half = fastPow(x: x, n: n / 2)
|
||||
if n % 2 == 0 {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="fast_power.js"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
function fastPow(x, n) {
|
||||
if (n === 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
const half = fastPow(x, Math.floor(n / 2));
|
||||
if (n % 2 === 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="fast_power.ts"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
function fastPow(x: number, n: number): number {
|
||||
if (n === 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
const half = fastPow(x, Math.floor(n / 2));
|
||||
if (n % 2 === 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="fast_power.dart"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n ~/ 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="fast_power.rs"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
fn fast_pow(x: i32, n: i32) -> i32 {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
let half = fast_pow(x, n / 2);
|
||||
if n % 2 == 0 {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="fast_power.c"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="fast_power.kt"
|
||||
/* 快速幂 */
|
||||
fun fastPow(x: Int, n: Int): Int {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
val half = fastPow(x, n / 2)
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="fast_power.rb"
|
||||
### 快速幂 ###
|
||||
def fast_pow(x, n)
|
||||
return 1 if n == 0
|
||||
|
||||
half = fast_pow(x, n / 2)
|
||||
return half * half if n.even?
|
||||
|
||||
half * half * x
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
令 `x = 3`、`n = 5`,用这个函数计算:
|
||||
|
||||
<!-- numbered-subquestions -->
|
||||
|
||||
1. 递归调用时,参数 `n` 依次变成哪些值?
|
||||
2. 从最深层开始返回时,各层依次返回什么值?
|
||||
3. 为什么要先保存 `half`,而不是把 `fast_pow(x, n // 2)` 写两遍?
|
||||
3. 为什么要先把递归结果保存为 `half`,而不是在乘法两边各调用一次相同的子问题?
|
||||
|
||||
??? success "参考答案"
|
||||
|
||||
@@ -54,7 +247,7 @@ def fast_pow(x, n):
|
||||
2. `n = 0` 时返回 1;`n = 1` 时返回 $1×1×3=3$;
|
||||
`n = 2` 时返回 $3×3=9$;`n = 5` 时返回 $9×9×3=243$。
|
||||
|
||||
3. 如果把 `fast_pow(x, n // 2)` 在乘法两边各写一次,两次递归会计算完全相同的子问题。
|
||||
3. 如果在乘法两边各调用一次相同的子问题,两次递归会进行完全相同的计算。
|
||||
先把结果保存为 `half`,每层就只递归一次,递归深度约为 $\log n$;
|
||||
调用两次会造成大量重复计算。
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -11,33 +11,287 @@ comments: true
|
||||
The two functions below both calculate $1 + 2 + \dots + n$ (assume $n \ge 1$). Set `n` to 4,
|
||||
answer the questions by following the program's actual execution order, and then compare the efficiency of the two approaches.
|
||||
|
||||
```python
|
||||
def sum_iter(n):
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(1, n + 1):
|
||||
s += i
|
||||
return s
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
def sum_recur(n):
|
||||
if n == 1:
|
||||
return 1
|
||||
return n + sum_recur(n - 1)
|
||||
```
|
||||
```python title="complexity_exercises.py"
|
||||
def sum_iter(n: int) -> int:
|
||||
"""Iterative summation"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(1, n + 1):
|
||||
res += i
|
||||
return res
|
||||
|
||||
def sum_recur(n: int) -> int:
|
||||
"""Recursive summation"""
|
||||
if n == 1:
|
||||
return 1
|
||||
return n + sum_recur(n - 1)
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="complexity_exercises.cpp"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="complexity_exercises.java"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="complexity_exercises.cs"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
int SumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
int SumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + SumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="complexity_exercises.go"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
func sumIter(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 1; i <= n; i++ {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
func sumRecur(n int) int {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n-1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="complexity_exercises.swift"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
func sumIter(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 1 ... n {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
func sumRecur(n: Int) -> Int {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n: n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="complexity_exercises.js"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
function sumIter(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
function sumRecur(n) {
|
||||
if (n === 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="complexity_exercises.ts"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
function sumIter(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
function sumRecur(n: number): number {
|
||||
if (n === 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="complexity_exercises.dart"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="complexity_exercises.rs"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
fn sum_iter(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 1..=n {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
fn sum_recur(n: i32) -> i32 {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
n + sum_recur(n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="complexity_exercises.c"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="complexity_exercises.kt"
|
||||
/* Iterative summation */
|
||||
fun sumIter(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 1..n) {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Recursive summation */
|
||||
fun sumRecur(n: Int): Int {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="complexity_exercises.rb"
|
||||
### Iterative summation ###
|
||||
def sum_iter(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 1..n
|
||||
res += i
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### Recursive summation ###
|
||||
def sum_recur(n)
|
||||
return 1 if n == 1
|
||||
|
||||
n + sum_recur(n - 1)
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
<!-- numbered-subquestions -->
|
||||
|
||||
1. When `sum_iter(4)` runs, what is the value of `s` after each loop iteration?
|
||||
2. When `sum_recur(4)` runs, which function calls occur in order? As the calls return from the deepest level, how is the result obtained?
|
||||
1. When the iterative function runs with `n = 4`, what is the value of the accumulator `res` after each loop iteration?
|
||||
2. When the recursive function runs with `n = 4`, which values does the argument `n` take in order? As the calls return from the deepest level, how is the result obtained?
|
||||
3. What are the time and space complexities of the two approaches? Explain your reasoning using the execution processes from Questions 1 and 2.
|
||||
|
||||
??? success "Answer"
|
||||
|
||||
1. The loop variable `i` takes the values `1, 2, 3, 4`. After each iteration, `s` becomes
|
||||
`1, 3, 6, 10`, respectively, so `sum_iter(4)` returns 10.
|
||||
1. The loop variable `i` takes the values `1, 2, 3, 4`. After each iteration, `res` becomes
|
||||
`1, 3, 6, 10`, respectively, so the iterative function returns 10.
|
||||
|
||||
2. The function calls occur in this order:
|
||||
`sum_recur(4) → sum_recur(3) → sum_recur(2) → sum_recur(1)`.
|
||||
`sum_recur(1)` returns 1. The remaining calls then obtain `2 + 1 = 3`, `3 + 3 = 6`, and `4 + 6 = 10`, in that order.
|
||||
2. The argument `n` takes the values `4 → 3 → 2 → 1`.
|
||||
The deepest call returns 1. The remaining calls then obtain `2 + 1 = 3`, `3 + 3 = 6`, and `4 + 6 = 10`, in that order.
|
||||
At the deepest point, all four function calls are still unfinished.
|
||||
|
||||
3. Both functions perform a number of loop iterations or calls proportional to $n$, so both have a time complexity of $O(n)$.
|
||||
@@ -51,22 +305,414 @@ def sum_recur(n):
|
||||
|
||||
Each of the following code fragments takes a positive integer $n$ as input. Order them from lowest to highest time complexity, and give the complexity of each one.
|
||||
|
||||
```python
|
||||
# Fragment 1
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
s += i
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
# Fragment 2
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
for j in range(i, n):
|
||||
s += j
|
||||
```python title="complexity_exercises.py"
|
||||
def linear_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""Linear loop"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
res += i
|
||||
return res
|
||||
|
||||
# Fragment 3
|
||||
while n > 1:
|
||||
n = n // 2
|
||||
```
|
||||
def quadratic_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""Quadratic loop"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
for j in range(i, n):
|
||||
res += j
|
||||
return res
|
||||
|
||||
def logarithmic_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""Logarithmic loop"""
|
||||
while n > 1:
|
||||
n //= 2
|
||||
return n
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="complexity_exercises.cpp"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||
for (int j = i; j < n; ++j) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="complexity_exercises.java"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="complexity_exercises.cs"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
int LinearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
int QuadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
int LogarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="complexity_exercises.go"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
func linearLoop(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 0; i < n; i++ {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
func quadraticLoop(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 0; i < n; i++ {
|
||||
for j := i; j < n; j++ {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
func logarithmicLoop(n int) int {
|
||||
for n > 1 {
|
||||
n /= 2
|
||||
}
|
||||
return n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="complexity_exercises.swift"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
func linearLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 0 ..< n {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
func quadraticLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 0 ..< n {
|
||||
for j in i ..< n {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
func logarithmicLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var n = n
|
||||
while n > 1 {
|
||||
n /= 2
|
||||
}
|
||||
return n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="complexity_exercises.js"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
function linearLoop(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
function quadraticLoop(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (let j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
function logarithmicLoop(n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n = Math.floor(n / 2);
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="complexity_exercises.ts"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
function linearLoop(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
function quadraticLoop(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (let j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
function logarithmicLoop(n: number): number {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n = Math.floor(n / 2);
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="complexity_exercises.dart"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n ~/= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="complexity_exercises.rs"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
fn linear_loop(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 0..n {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
fn quadratic_loop(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 0..n {
|
||||
for j in i..n {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
fn logarithmic_loop(mut n: i32) -> i32 {
|
||||
while n > 1 {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="complexity_exercises.c"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="complexity_exercises.kt"
|
||||
/* Linear loop */
|
||||
fun linearLoop(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 0 until n) {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Quadratic loop */
|
||||
fun quadraticLoop(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 0 until n) {
|
||||
for (j in i until n) {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Logarithmic loop */
|
||||
fun logarithmicLoop(n: Int): Int {
|
||||
var value = n
|
||||
while (value > 1) {
|
||||
value /= 2
|
||||
}
|
||||
return value
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="complexity_exercises.rb"
|
||||
### Linear loop ###
|
||||
def linear_loop(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 0...n
|
||||
res += i
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### Quadratic loop ###
|
||||
def quadratic_loop(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 0...n
|
||||
for j in i...n
|
||||
res += j
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### Logarithmic loop ###
|
||||
def logarithmic_loop(n)
|
||||
n /= 2 while n > 1
|
||||
n
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
??? success "Answer"
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -29,23 +29,216 @@ Classify each task as "suitable for divide and conquer," "can use divide and con
|
||||
|
||||
The recursive function below uses divide and conquer to calculate $x^n$:
|
||||
|
||||
```python
|
||||
def fast_pow(x, n):
|
||||
if n == 0:
|
||||
return 1
|
||||
half = fast_pow(x, n // 2)
|
||||
if n % 2 == 0:
|
||||
return half * half
|
||||
return half * half * x
|
||||
```
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
Use it to calculate `fast_pow(3, 5)`:
|
||||
```python title="fast_power.py"
|
||||
def fast_pow(x: int, n: int) -> int:
|
||||
"""Exponentiation by squaring"""
|
||||
if n == 0:
|
||||
return 1
|
||||
half = fast_pow(x, n // 2)
|
||||
if n % 2 == 0:
|
||||
return half * half
|
||||
return half * half * x
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="fast_power.cpp"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="fast_power.java"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="fast_power.cs"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
int FastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = FastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="fast_power.go"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
func fastPow(x, n int) int {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
half := fastPow(x, n/2)
|
||||
if n%2 == 0 {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="fast_power.swift"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
func fastPow(x: Int, n: Int) -> Int {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
let half = fastPow(x: x, n: n / 2)
|
||||
if n % 2 == 0 {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="fast_power.js"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
function fastPow(x, n) {
|
||||
if (n === 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
const half = fastPow(x, Math.floor(n / 2));
|
||||
if (n % 2 === 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="fast_power.ts"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
function fastPow(x: number, n: number): number {
|
||||
if (n === 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
const half = fastPow(x, Math.floor(n / 2));
|
||||
if (n % 2 === 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="fast_power.dart"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n ~/ 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="fast_power.rs"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
fn fast_pow(x: i32, n: i32) -> i32 {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
let half = fast_pow(x, n / 2);
|
||||
if n % 2 == 0 {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="fast_power.c"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="fast_power.kt"
|
||||
/* Exponentiation by squaring */
|
||||
fun fastPow(x: Int, n: Int): Int {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
val half = fastPow(x, n / 2)
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="fast_power.rb"
|
||||
### Exponentiation by squaring ###
|
||||
def fast_pow(x, n)
|
||||
return 1 if n == 0
|
||||
|
||||
half = fast_pow(x, n / 2)
|
||||
return half * half if n.even?
|
||||
|
||||
half * half * x
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
Set `x = 3` and `n = 5`, and use this function to calculate the result:
|
||||
|
||||
<!-- numbered-subquestions -->
|
||||
|
||||
1. As the recursive calls proceed, which values does the argument `n` take in order?
|
||||
2. Starting from the deepest call, what value does each level return?
|
||||
3. Why should the result be stored in `half` instead of writing `fast_pow(x, n // 2)` twice?
|
||||
3. Why should the recursive result be stored in `half` instead of calling the same subproblem once on each side of the multiplication?
|
||||
|
||||
??? success "Answer"
|
||||
|
||||
@@ -54,7 +247,7 @@ Use it to calculate `fast_pow(3, 5)`:
|
||||
2. When `n = 0`, the function returns 1. When `n = 1`, it returns $1×1×3=3$.
|
||||
When `n = 2`, it returns $3×3=9$. When `n = 5`, it returns $9×9×3=243$.
|
||||
|
||||
3. If `fast_pow(x, n // 2)` were written once on each side of the multiplication, the two recursive calls would calculate exactly the same subproblem.
|
||||
3. If the same subproblem were called once on each side of the multiplication, the two recursive calls would perform exactly the same calculation.
|
||||
Storing the result in `half` means that each level makes only one recursive call, so the recursion depth is about $\log n$.
|
||||
Making two calls would cause a great deal of repeated computation.
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -11,33 +11,287 @@ comments: true
|
||||
次の 2 つのコードは、どちらも $1 + 2 + \dots + n$ を計算します($n \ge 1$ とします)。`n` を 4 として、
|
||||
プログラムが実際に実行される順序に沿って次の問いに答え、2 つの書き方の効率を比較してください。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
def sum_iter(n):
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(1, n + 1):
|
||||
s += i
|
||||
return s
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
def sum_recur(n):
|
||||
if n == 1:
|
||||
return 1
|
||||
return n + sum_recur(n - 1)
|
||||
```
|
||||
```python title="complexity_exercises.py"
|
||||
def sum_iter(n: int) -> int:
|
||||
"""反復による総和"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(1, n + 1):
|
||||
res += i
|
||||
return res
|
||||
|
||||
def sum_recur(n: int) -> int:
|
||||
"""再帰による総和"""
|
||||
if n == 1:
|
||||
return 1
|
||||
return n + sum_recur(n - 1)
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="complexity_exercises.cpp"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="complexity_exercises.java"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="complexity_exercises.cs"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
int SumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
int SumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + SumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="complexity_exercises.go"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
func sumIter(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 1; i <= n; i++ {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
func sumRecur(n int) int {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n-1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="complexity_exercises.swift"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
func sumIter(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 1 ... n {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
func sumRecur(n: Int) -> Int {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n: n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="complexity_exercises.js"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
function sumIter(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
function sumRecur(n) {
|
||||
if (n === 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="complexity_exercises.ts"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
function sumIter(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
function sumRecur(n: number): number {
|
||||
if (n === 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="complexity_exercises.dart"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="complexity_exercises.rs"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
fn sum_iter(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 1..=n {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
fn sum_recur(n: i32) -> i32 {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
n + sum_recur(n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="complexity_exercises.c"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="complexity_exercises.kt"
|
||||
/* 反復による総和 */
|
||||
fun sumIter(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 1..n) {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 再帰による総和 */
|
||||
fun sumRecur(n: Int): Int {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="complexity_exercises.rb"
|
||||
### 反復による総和 ###
|
||||
def sum_iter(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 1..n
|
||||
res += i
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### 再帰による総和 ###
|
||||
def sum_recur(n)
|
||||
return 1 if n == 1
|
||||
|
||||
n + sum_recur(n - 1)
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
<!-- numbered-subquestions -->
|
||||
|
||||
1. `sum_iter(4)` を実行すると、各ループの終了時に変数 `s` はそれぞれいくつになりますか?
|
||||
2. `sum_recur(4)` を実行すると、どの関数が順に呼び出されますか?最も深い呼び出しから戻るとき、結果はどのように求められますか?
|
||||
1. `n = 4` を入力して反復関数を実行すると、各ループの終了時に累積変数 `res` はそれぞれいくつになりますか?
|
||||
2. `n = 4` を入力して再帰関数を実行すると、引数 `n` はどの値を順に取りますか?最も深い呼び出しから戻るとき、結果はどのように求められますか?
|
||||
3. 2 つの書き方の時間計算量と空間計算量は、それぞれいくつですか?問い 1、2 の実行過程と結び付けて理由を説明してください。
|
||||
|
||||
??? success "解答"
|
||||
|
||||
1. ループ変数 `i` は `1、2、3、4` の順に変化し、各ループの終了時に `s` は
|
||||
`1、3、6、10` となります。したがって、`sum_iter(4)` は 10 を返します。
|
||||
1. ループ変数 `i` は `1、2、3、4` の順に変化し、各ループの終了時に `res` は
|
||||
`1、3、6、10` となります。したがって、反復関数は 10 を返します。
|
||||
|
||||
2. 関数は
|
||||
`sum_recur(4) → sum_recur(3) → sum_recur(2) → sum_recur(1)` の順に呼び出されます。
|
||||
`sum_recur(1)` が 1 を返した後、各呼び出しは順に `2 + 1 = 3`、`3 + 3 = 6`、`4 + 6 = 10` を得ます。
|
||||
2. 引数 `n` は `4 → 3 → 2 → 1` の順に変化します。
|
||||
最も深い呼び出しが 1 を返した後、各呼び出しは順に `2 + 1 = 3`、`3 + 3 = 6`、`4 + 6 = 10` を得ます。
|
||||
最も深い呼び出しに到達した時点では、4 回の関数呼び出しはどれもまだ終了していません。
|
||||
|
||||
3. どちらのコードも、$n$ に比例する回数のループまたは呼び出しを行うため、時間計算量はともに $O(n)$ です。
|
||||
@@ -51,22 +305,414 @@ def sum_recur(n):
|
||||
|
||||
次の 3 つのコード片はいずれも、正の整数 $n$ を入力とします。時間計算量が小さい順に並べ、それぞれの計算量を書いてください。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
# コード片 1
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
s += i
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
# コード片 2
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
for j in range(i, n):
|
||||
s += j
|
||||
```python title="complexity_exercises.py"
|
||||
def linear_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""線形時間のループ"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
res += i
|
||||
return res
|
||||
|
||||
# コード片 3
|
||||
while n > 1:
|
||||
n = n // 2
|
||||
```
|
||||
def quadratic_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""二次時間のループ"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
for j in range(i, n):
|
||||
res += j
|
||||
return res
|
||||
|
||||
def logarithmic_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""対数時間のループ"""
|
||||
while n > 1:
|
||||
n //= 2
|
||||
return n
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="complexity_exercises.cpp"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||
for (int j = i; j < n; ++j) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="complexity_exercises.java"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="complexity_exercises.cs"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
int LinearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
int QuadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
int LogarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="complexity_exercises.go"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
func linearLoop(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 0; i < n; i++ {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
func quadraticLoop(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 0; i < n; i++ {
|
||||
for j := i; j < n; j++ {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
func logarithmicLoop(n int) int {
|
||||
for n > 1 {
|
||||
n /= 2
|
||||
}
|
||||
return n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="complexity_exercises.swift"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
func linearLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 0 ..< n {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
func quadraticLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 0 ..< n {
|
||||
for j in i ..< n {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
func logarithmicLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var n = n
|
||||
while n > 1 {
|
||||
n /= 2
|
||||
}
|
||||
return n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="complexity_exercises.js"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
function linearLoop(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
function quadraticLoop(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (let j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
function logarithmicLoop(n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n = Math.floor(n / 2);
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="complexity_exercises.ts"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
function linearLoop(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
function quadraticLoop(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (let j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
function logarithmicLoop(n: number): number {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n = Math.floor(n / 2);
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="complexity_exercises.dart"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n ~/= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="complexity_exercises.rs"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
fn linear_loop(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 0..n {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
fn quadratic_loop(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 0..n {
|
||||
for j in i..n {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
fn logarithmic_loop(mut n: i32) -> i32 {
|
||||
while n > 1 {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="complexity_exercises.c"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="complexity_exercises.kt"
|
||||
/* 線形時間のループ */
|
||||
fun linearLoop(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 0 until n) {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 二次時間のループ */
|
||||
fun quadraticLoop(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 0 until n) {
|
||||
for (j in i until n) {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 対数時間のループ */
|
||||
fun logarithmicLoop(n: Int): Int {
|
||||
var value = n
|
||||
while (value > 1) {
|
||||
value /= 2
|
||||
}
|
||||
return value
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="complexity_exercises.rb"
|
||||
### 線形時間のループ ###
|
||||
def linear_loop(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 0...n
|
||||
res += i
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### 二次時間のループ ###
|
||||
def quadratic_loop(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 0...n
|
||||
for j in i...n
|
||||
res += j
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### 対数時間のループ ###
|
||||
def logarithmic_loop(n)
|
||||
n /= 2 while n > 1
|
||||
n
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
??? success "解答"
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -29,23 +29,216 @@ comments: true
|
||||
|
||||
次の再帰関数は、分割統治を使って $x^n$ を計算します。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
def fast_pow(x, n):
|
||||
if n == 0:
|
||||
return 1
|
||||
half = fast_pow(x, n // 2)
|
||||
if n % 2 == 0:
|
||||
return half * half
|
||||
return half * half * x
|
||||
```
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
この関数で `fast_pow(3, 5)` を計算します。
|
||||
```python title="fast_power.py"
|
||||
def fast_pow(x: int, n: int) -> int:
|
||||
"""高速べき乗"""
|
||||
if n == 0:
|
||||
return 1
|
||||
half = fast_pow(x, n // 2)
|
||||
if n % 2 == 0:
|
||||
return half * half
|
||||
return half * half * x
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="fast_power.cpp"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="fast_power.java"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="fast_power.cs"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
int FastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = FastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="fast_power.go"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
func fastPow(x, n int) int {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
half := fastPow(x, n/2)
|
||||
if n%2 == 0 {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="fast_power.swift"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
func fastPow(x: Int, n: Int) -> Int {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
let half = fastPow(x: x, n: n / 2)
|
||||
if n % 2 == 0 {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="fast_power.js"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
function fastPow(x, n) {
|
||||
if (n === 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
const half = fastPow(x, Math.floor(n / 2));
|
||||
if (n % 2 === 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="fast_power.ts"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
function fastPow(x: number, n: number): number {
|
||||
if (n === 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
const half = fastPow(x, Math.floor(n / 2));
|
||||
if (n % 2 === 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="fast_power.dart"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n ~/ 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="fast_power.rs"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
fn fast_pow(x: i32, n: i32) -> i32 {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
let half = fast_pow(x, n / 2);
|
||||
if n % 2 == 0 {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="fast_power.c"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="fast_power.kt"
|
||||
/* 高速べき乗 */
|
||||
fun fastPow(x: Int, n: Int): Int {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
val half = fastPow(x, n / 2)
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="fast_power.rb"
|
||||
### 高速べき乗 ###
|
||||
def fast_pow(x, n)
|
||||
return 1 if n == 0
|
||||
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||||
half = fast_pow(x, n / 2)
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||||
return half * half if n.even?
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||||
|
||||
half * half * x
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||||
end
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||||
```
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||||
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||||
`x = 3`、`n = 5` として、この関数で結果を計算します。
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||||
<!-- numbered-subquestions -->
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1. 再帰呼び出しでは、引数 `n` はどのような値に順に変わりますか?
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2. 最も深い呼び出しから戻るとき、各呼び出しはどの値を順に返しますか?
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||||
3. `fast_pow(x, n // 2)` を 2 回書くのではなく、先に `half` へ保存するのはなぜですか?
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||||
3. 同じ部分問題を乗算の両側で 1 回ずつ呼び出すのではなく、再帰結果を先に `half` へ保存するのはなぜですか?
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??? success "解答"
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@@ -54,7 +247,7 @@ def fast_pow(x, n):
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2. `n = 0` のとき 1 を返します。`n = 1` のとき $1×1×3=3$、
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||||
`n = 2` のとき $3×3=9$、`n = 5` のとき $9×9×3=243$ を返します。
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||||
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||||
3. 乗算の両側に `fast_pow(x, n // 2)` を 1 回ずつ書くと、2 つの再帰呼び出しがまったく同じ部分問題を計算します。
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||||
3. 同じ部分問題を乗算の両側で 1 回ずつ呼び出すと、2 つの再帰呼び出しがまったく同じ計算を行います。
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||||
結果を先に `half` へ保存すれば、各層で再帰するのは 1 回だけとなり、再帰の深さは約 $\log n$ です。
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||||
2 回呼び出すと、大量の重複計算が発生します。
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||||
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||||
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||||
@@ -11,33 +11,287 @@ comments: true
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||||
Обе функции ниже вычисляют $1 + 2 + \dots + n$ (считайте, что $n \ge 1$). Присвойте `n` значение 4,
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||||
ответьте на вопросы в порядке фактического выполнения программы, а затем сравните эффективность двух вариантов.
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||||
|
||||
```python
|
||||
def sum_iter(n):
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(1, n + 1):
|
||||
s += i
|
||||
return s
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
def sum_recur(n):
|
||||
if n == 1:
|
||||
return 1
|
||||
return n + sum_recur(n - 1)
|
||||
```
|
||||
```python title="complexity_exercises.py"
|
||||
def sum_iter(n: int) -> int:
|
||||
"""Итеративное суммирование"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(1, n + 1):
|
||||
res += i
|
||||
return res
|
||||
|
||||
def sum_recur(n: int) -> int:
|
||||
"""Рекурсивное суммирование"""
|
||||
if n == 1:
|
||||
return 1
|
||||
return n + sum_recur(n - 1)
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="complexity_exercises.cpp"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="complexity_exercises.java"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="complexity_exercises.cs"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
int SumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
int SumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + SumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="complexity_exercises.go"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
func sumIter(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 1; i <= n; i++ {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
func sumRecur(n int) int {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n-1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="complexity_exercises.swift"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
func sumIter(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 1 ... n {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
func sumRecur(n: Int) -> Int {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n: n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="complexity_exercises.js"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
function sumIter(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
function sumRecur(n) {
|
||||
if (n === 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="complexity_exercises.ts"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
function sumIter(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
function sumRecur(n: number): number {
|
||||
if (n === 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="complexity_exercises.dart"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="complexity_exercises.rs"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
fn sum_iter(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 1..=n {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
fn sum_recur(n: i32) -> i32 {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
n + sum_recur(n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="complexity_exercises.c"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="complexity_exercises.kt"
|
||||
/* Итеративное суммирование */
|
||||
fun sumIter(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 1..n) {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Рекурсивное суммирование */
|
||||
fun sumRecur(n: Int): Int {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="complexity_exercises.rb"
|
||||
### Итеративное суммирование ###
|
||||
def sum_iter(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 1..n
|
||||
res += i
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### Рекурсивное суммирование ###
|
||||
def sum_recur(n)
|
||||
return 1 if n == 1
|
||||
|
||||
n + sum_recur(n - 1)
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
<!-- numbered-subquestions -->
|
||||
|
||||
1. Какие значения принимает переменная `s` после каждой итерации при выполнении `sum_iter(4)`?
|
||||
2. Какие функции поочередно вызываются при выполнении `sum_recur(4)`? Как формируется результат при возврате, начиная с самого глубокого вызова?
|
||||
1. Какие значения принимает переменная-аккумулятор `res` после каждой итерации при выполнении итеративной функции с `n = 4`?
|
||||
2. Какие значения поочередно принимает параметр `n` при выполнении рекурсивной функции с `n = 4`? Как формируется результат при возврате, начиная с самого глубокого вызова?
|
||||
3. Каковы временная и пространственная сложности каждого варианта? Обоснуйте ответ, опираясь на процессы выполнения из вопросов 1 и 2.
|
||||
|
||||
??? success "Ответ"
|
||||
|
||||
1. Переменная цикла `i` поочередно принимает значения `1, 2, 3, 4`, а `s` после каждой итерации становится равной
|
||||
`1, 3, 6, 10`. Поэтому `sum_iter(4)` возвращает 10.
|
||||
1. Переменная цикла `i` поочередно принимает значения `1, 2, 3, 4`, а `res` после каждой итерации становится равной
|
||||
`1, 3, 6, 10`. Поэтому итеративная функция возвращает 10.
|
||||
|
||||
2. Функции вызываются в следующем порядке:
|
||||
`sum_recur(4) → sum_recur(3) → sum_recur(2) → sum_recur(1)`.
|
||||
`sum_recur(1)` возвращает 1, после чего следующие уровни поочередно получают `2 + 1 = 3`, `3 + 3 = 6` и `4 + 6 = 10`.
|
||||
2. Параметр `n` принимает значения `4 → 3 → 2 → 1`.
|
||||
Самый глубокий вызов возвращает 1, после чего следующие уровни поочередно получают `2 + 1 = 3`, `3 + 3 = 6` и `4 + 6 = 10`.
|
||||
В самой глубокой точке все 4 вызова функции еще не завершены.
|
||||
|
||||
3. В обеих функциях число итераций или вызовов пропорционально $n$, поэтому их временная сложность равна $O(n)$.
|
||||
@@ -51,22 +305,414 @@ def sum_recur(n):
|
||||
|
||||
Во всех трех фрагментах кода входные данные — положительное целое число $n$. Расположите фрагменты в порядке возрастания временной сложности и укажите сложность каждого из них.
|
||||
|
||||
```python
|
||||
# Фрагмент 1
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
s += i
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
# Фрагмент 2
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
for j in range(i, n):
|
||||
s += j
|
||||
```python title="complexity_exercises.py"
|
||||
def linear_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""Цикл линейной сложности"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
res += i
|
||||
return res
|
||||
|
||||
# Фрагмент 3
|
||||
while n > 1:
|
||||
n = n // 2
|
||||
```
|
||||
def quadratic_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""Цикл квадратичной сложности"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
for j in range(i, n):
|
||||
res += j
|
||||
return res
|
||||
|
||||
def logarithmic_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""Цикл логарифмической сложности"""
|
||||
while n > 1:
|
||||
n //= 2
|
||||
return n
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="complexity_exercises.cpp"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||
for (int j = i; j < n; ++j) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="complexity_exercises.java"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="complexity_exercises.cs"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
int LinearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
int QuadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
int LogarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="complexity_exercises.go"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
func linearLoop(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 0; i < n; i++ {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
func quadraticLoop(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 0; i < n; i++ {
|
||||
for j := i; j < n; j++ {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
func logarithmicLoop(n int) int {
|
||||
for n > 1 {
|
||||
n /= 2
|
||||
}
|
||||
return n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="complexity_exercises.swift"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
func linearLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 0 ..< n {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
func quadraticLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 0 ..< n {
|
||||
for j in i ..< n {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
func logarithmicLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var n = n
|
||||
while n > 1 {
|
||||
n /= 2
|
||||
}
|
||||
return n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="complexity_exercises.js"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
function linearLoop(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
function quadraticLoop(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (let j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
function logarithmicLoop(n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n = Math.floor(n / 2);
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="complexity_exercises.ts"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
function linearLoop(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
function quadraticLoop(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (let j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
function logarithmicLoop(n: number): number {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n = Math.floor(n / 2);
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="complexity_exercises.dart"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n ~/= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="complexity_exercises.rs"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
fn linear_loop(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 0..n {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
fn quadratic_loop(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 0..n {
|
||||
for j in i..n {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
fn logarithmic_loop(mut n: i32) -> i32 {
|
||||
while n > 1 {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="complexity_exercises.c"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="complexity_exercises.kt"
|
||||
/* Цикл линейной сложности */
|
||||
fun linearLoop(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 0 until n) {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл квадратичной сложности */
|
||||
fun quadraticLoop(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 0 until n) {
|
||||
for (j in i until n) {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* Цикл логарифмической сложности */
|
||||
fun logarithmicLoop(n: Int): Int {
|
||||
var value = n
|
||||
while (value > 1) {
|
||||
value /= 2
|
||||
}
|
||||
return value
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="complexity_exercises.rb"
|
||||
### Цикл линейной сложности ###
|
||||
def linear_loop(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 0...n
|
||||
res += i
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### Цикл квадратичной сложности ###
|
||||
def quadratic_loop(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 0...n
|
||||
for j in i...n
|
||||
res += j
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### Цикл логарифмической сложности ###
|
||||
def logarithmic_loop(n)
|
||||
n /= 2 while n > 1
|
||||
n
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
??? success "Ответ"
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -29,23 +29,216 @@ comments: true
|
||||
|
||||
Рекурсивная функция ниже вычисляет $x^n$ методом «разделяй и властвуй»:
|
||||
|
||||
```python
|
||||
def fast_pow(x, n):
|
||||
if n == 0:
|
||||
return 1
|
||||
half = fast_pow(x, n // 2)
|
||||
if n % 2 == 0:
|
||||
return half * half
|
||||
return half * half * x
|
||||
```
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
Функция вызывается как `fast_pow(3, 5)`.
|
||||
```python title="fast_power.py"
|
||||
def fast_pow(x: int, n: int) -> int:
|
||||
"""Быстрое возведение в степень"""
|
||||
if n == 0:
|
||||
return 1
|
||||
half = fast_pow(x, n // 2)
|
||||
if n % 2 == 0:
|
||||
return half * half
|
||||
return half * half * x
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="fast_power.cpp"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="fast_power.java"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="fast_power.cs"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
int FastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = FastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="fast_power.go"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
func fastPow(x, n int) int {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
half := fastPow(x, n/2)
|
||||
if n%2 == 0 {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="fast_power.swift"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
func fastPow(x: Int, n: Int) -> Int {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
let half = fastPow(x: x, n: n / 2)
|
||||
if n % 2 == 0 {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="fast_power.js"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
function fastPow(x, n) {
|
||||
if (n === 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
const half = fastPow(x, Math.floor(n / 2));
|
||||
if (n % 2 === 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="fast_power.ts"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
function fastPow(x: number, n: number): number {
|
||||
if (n === 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
const half = fastPow(x, Math.floor(n / 2));
|
||||
if (n % 2 === 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="fast_power.dart"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n ~/ 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="fast_power.rs"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
fn fast_pow(x: i32, n: i32) -> i32 {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
let half = fast_pow(x, n / 2);
|
||||
if n % 2 == 0 {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="fast_power.c"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="fast_power.kt"
|
||||
/* Быстрое возведение в степень */
|
||||
fun fastPow(x: Int, n: Int): Int {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
val half = fastPow(x, n / 2)
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="fast_power.rb"
|
||||
### Быстрое возведение в степень ###
|
||||
def fast_pow(x, n)
|
||||
return 1 if n == 0
|
||||
|
||||
half = fast_pow(x, n / 2)
|
||||
return half * half if n.even?
|
||||
|
||||
half * half * x
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
Задайте `x = 3` и `n = 5`, затем вычислите результат с помощью этой функции.
|
||||
|
||||
<!-- numbered-subquestions -->
|
||||
|
||||
1. Какие значения последовательно принимает параметр `n` при рекурсивных вызовах?
|
||||
2. Какие значения поочередно возвращаются на каждом уровне, начиная с самого глубокого?
|
||||
3. Почему результат нужно сначала сохранить в `half`, а не дважды записывать `fast_pow(x, n // 2)`?
|
||||
3. Почему результат рекурсии нужно сначала сохранить в `half`, а не вызывать одну и ту же подзадачу по одному разу с каждой стороны умножения?
|
||||
|
||||
??? success "Ответ"
|
||||
|
||||
@@ -54,7 +247,7 @@ def fast_pow(x, n):
|
||||
2. При `n = 0` возвращается 1; при `n = 1` возвращается $1×1×3=3$;
|
||||
при `n = 2` — $3×3=9$; при `n = 5` — $9×9×3=243$.
|
||||
|
||||
3. Если записать `fast_pow(x, n // 2)` по обе стороны умножения, два рекурсивных вызова будут решать одну и ту же подзадачу.
|
||||
3. Если вызвать одну и ту же подзадачу по одному разу с каждой стороны умножения, два рекурсивных вызова выполнят одинаковые вычисления.
|
||||
Когда результат сохраняется в `half`, на каждом уровне выполняется только один рекурсивный вызов, а глубина рекурсии составляет примерно $\log n$;
|
||||
два вызова привели бы к множеству повторных вычислений.
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -11,33 +11,287 @@ comments: true
|
||||
下面兩段程式碼都計算 $1 + 2 + \dots + n$(設 $n \ge 1$)。請把 `n` 設為 4,
|
||||
按照程式實際執行的順序回答問題,然後比較兩種寫法的效率。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
def sum_iter(n):
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(1, n + 1):
|
||||
s += i
|
||||
return s
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
def sum_recur(n):
|
||||
if n == 1:
|
||||
return 1
|
||||
return n + sum_recur(n - 1)
|
||||
```
|
||||
```python title="complexity_exercises.py"
|
||||
def sum_iter(n: int) -> int:
|
||||
"""迭代求和"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(1, n + 1):
|
||||
res += i
|
||||
return res
|
||||
|
||||
def sum_recur(n: int) -> int:
|
||||
"""遞迴求和"""
|
||||
if n == 1:
|
||||
return 1
|
||||
return n + sum_recur(n - 1)
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="complexity_exercises.cpp"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; ++i) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="complexity_exercises.java"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="complexity_exercises.cs"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
int SumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
int SumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + SumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="complexity_exercises.go"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
func sumIter(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 1; i <= n; i++ {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
func sumRecur(n int) int {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n-1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="complexity_exercises.swift"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
func sumIter(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 1 ... n {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
func sumRecur(n: Int) -> Int {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n: n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="complexity_exercises.js"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
function sumIter(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
function sumRecur(n) {
|
||||
if (n === 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="complexity_exercises.ts"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
function sumIter(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
function sumRecur(n: number): number {
|
||||
if (n === 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="complexity_exercises.dart"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="complexity_exercises.rs"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
fn sum_iter(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 1..=n {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
fn sum_recur(n: i32) -> i32 {
|
||||
if n == 1 {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
n + sum_recur(n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="complexity_exercises.c"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
int sumIter(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 1; i <= n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
int sumRecur(int n) {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1);
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="complexity_exercises.kt"
|
||||
/* 迭代求和 */
|
||||
fun sumIter(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 1..n) {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 遞迴求和 */
|
||||
fun sumRecur(n: Int): Int {
|
||||
if (n == 1) {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
return n + sumRecur(n - 1)
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="complexity_exercises.rb"
|
||||
### 迭代求和 ###
|
||||
def sum_iter(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 1..n
|
||||
res += i
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### 遞迴求和 ###
|
||||
def sum_recur(n)
|
||||
return 1 if n == 1
|
||||
|
||||
n + sum_recur(n - 1)
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
<!-- numbered-subquestions -->
|
||||
|
||||
1. 執行 `sum_iter(4)` 時,每輪迴圈結束後,變數 `s` 的值分別是多少?
|
||||
2. 執行 `sum_recur(4)` 時,會依次呼叫哪些函式?從最深的一層開始返回時,結果怎樣得到?
|
||||
1. 輸入 `n = 4` 執行迭代函式時,每輪迴圈結束後,累加變數 `res` 的值分別是多少?
|
||||
2. 輸入 `n = 4` 執行遞迴函式時,參數 `n` 會依次取哪些值?從最深的一層開始返回時,結果怎樣得到?
|
||||
3. 兩種寫法的時間複雜度和空間複雜度分別是多少?結合第 1、2 問的執行過程說明理由。
|
||||
|
||||
??? success "參考答案"
|
||||
|
||||
1. 迴圈變數 `i` 依次為 `1、2、3、4`,每輪結束後,`s` 依次變為
|
||||
`1、3、6、10`,所以 `sum_iter(4)` 返回 10。
|
||||
1. 迴圈變數 `i` 依次為 `1、2、3、4`,每輪結束後,`res` 依次變為
|
||||
`1、3、6、10`,所以迭代函式返回 10。
|
||||
|
||||
2. 函式依次呼叫
|
||||
`sum_recur(4) → sum_recur(3) → sum_recur(2) → sum_recur(1)`。
|
||||
`sum_recur(1)` 返回 1,隨後各層依次得到 `2 + 1 = 3`、`3 + 3 = 6`、`4 + 6 = 10`。
|
||||
2. 參數 `n` 依次為 `4 → 3 → 2 → 1`。
|
||||
最深一層返回 1,隨後各層依次得到 `2 + 1 = 3`、`3 + 3 = 6`、`4 + 6 = 10`。
|
||||
在最深處,4 次函式呼叫都尚未結束。
|
||||
|
||||
3. 兩段程式碼都進行與 $n$ 成正比的迴圈或呼叫,因此時間複雜度均為 $O(n)$ 。
|
||||
@@ -51,22 +305,414 @@ def sum_recur(n):
|
||||
|
||||
以下三個程式碼片段的輸入均為正整數 $n$ 。請按時間複雜度從低到高排序,並寫出各自的複雜度。
|
||||
|
||||
```python
|
||||
# 片段一
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
s += i
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
# 片段二
|
||||
s = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
for j in range(i, n):
|
||||
s += j
|
||||
```python title="complexity_exercises.py"
|
||||
def linear_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""線性階迴圈"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
res += i
|
||||
return res
|
||||
|
||||
# 片段三
|
||||
while n > 1:
|
||||
n = n // 2
|
||||
```
|
||||
def quadratic_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""平方階迴圈"""
|
||||
res = 0
|
||||
for i in range(n):
|
||||
for j in range(i, n):
|
||||
res += j
|
||||
return res
|
||||
|
||||
def logarithmic_loop(n: int) -> int:
|
||||
"""對數階迴圈"""
|
||||
while n > 1:
|
||||
n //= 2
|
||||
return n
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="complexity_exercises.cpp"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||
for (int j = i; j < n; ++j) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="complexity_exercises.java"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="complexity_exercises.cs"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
int LinearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
int QuadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
int LogarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="complexity_exercises.go"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
func linearLoop(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 0; i < n; i++ {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
func quadraticLoop(n int) int {
|
||||
res := 0
|
||||
for i := 0; i < n; i++ {
|
||||
for j := i; j < n; j++ {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
func logarithmicLoop(n int) int {
|
||||
for n > 1 {
|
||||
n /= 2
|
||||
}
|
||||
return n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="complexity_exercises.swift"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
func linearLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 0 ..< n {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
func quadraticLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for i in 0 ..< n {
|
||||
for j in i ..< n {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
func logarithmicLoop(n: Int) -> Int {
|
||||
var n = n
|
||||
while n > 1 {
|
||||
n /= 2
|
||||
}
|
||||
return n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="complexity_exercises.js"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
function linearLoop(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
function quadraticLoop(n) {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (let j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
function logarithmicLoop(n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n = Math.floor(n / 2);
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="complexity_exercises.ts"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
function linearLoop(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
function quadraticLoop(n: number): number {
|
||||
let res = 0;
|
||||
for (let i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (let j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
function logarithmicLoop(n: number): number {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n = Math.floor(n / 2);
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="complexity_exercises.dart"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n ~/= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="complexity_exercises.rs"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
fn linear_loop(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 0..n {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
fn quadratic_loop(n: i32) -> i32 {
|
||||
let mut res = 0;
|
||||
for i in 0..n {
|
||||
for j in i..n {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
fn logarithmic_loop(mut n: i32) -> i32 {
|
||||
while n > 1 {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
n
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="complexity_exercises.c"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
int linearLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
res += i;
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
int quadraticLoop(int n) {
|
||||
int res = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
||||
for (int j = i; j < n; j++) {
|
||||
res += j;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
int logarithmicLoop(int n) {
|
||||
while (n > 1) {
|
||||
n /= 2;
|
||||
}
|
||||
return n;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="complexity_exercises.kt"
|
||||
/* 線性階迴圈 */
|
||||
fun linearLoop(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 0 until n) {
|
||||
res += i
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 平方階迴圈 */
|
||||
fun quadraticLoop(n: Int): Int {
|
||||
var res = 0
|
||||
for (i in 0 until n) {
|
||||
for (j in i until n) {
|
||||
res += j
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return res
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 對數階迴圈 */
|
||||
fun logarithmicLoop(n: Int): Int {
|
||||
var value = n
|
||||
while (value > 1) {
|
||||
value /= 2
|
||||
}
|
||||
return value
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="complexity_exercises.rb"
|
||||
### 線性階迴圈 ###
|
||||
def linear_loop(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 0...n
|
||||
res += i
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### 平方階迴圈 ###
|
||||
def quadratic_loop(n)
|
||||
res = 0
|
||||
for i in 0...n
|
||||
for j in i...n
|
||||
res += j
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
res
|
||||
end
|
||||
|
||||
### 對數階迴圈 ###
|
||||
def logarithmic_loop(n)
|
||||
n /= 2 while n > 1
|
||||
n
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
|
||||
??? success "參考答案"
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -29,23 +29,216 @@ comments: true
|
||||
|
||||
下面的遞迴函式用分治計算 $x^n$:
|
||||
|
||||
```python
|
||||
def fast_pow(x, n):
|
||||
if n == 0:
|
||||
return 1
|
||||
half = fast_pow(x, n // 2)
|
||||
if n % 2 == 0:
|
||||
return half * half
|
||||
return half * half * x
|
||||
```
|
||||
=== "Python"
|
||||
|
||||
用它計算 `fast_pow(3, 5)`:
|
||||
```python title="fast_power.py"
|
||||
def fast_pow(x: int, n: int) -> int:
|
||||
"""快速冪"""
|
||||
if n == 0:
|
||||
return 1
|
||||
half = fast_pow(x, n // 2)
|
||||
if n % 2 == 0:
|
||||
return half * half
|
||||
return half * half * x
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C++"
|
||||
|
||||
```cpp title="fast_power.cpp"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Java"
|
||||
|
||||
```java title="fast_power.java"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C#"
|
||||
|
||||
```csharp title="fast_power.cs"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
int FastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = FastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Go"
|
||||
|
||||
```go title="fast_power.go"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
func fastPow(x, n int) int {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
half := fastPow(x, n/2)
|
||||
if n%2 == 0 {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Swift"
|
||||
|
||||
```swift title="fast_power.swift"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
func fastPow(x: Int, n: Int) -> Int {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
let half = fastPow(x: x, n: n / 2)
|
||||
if n % 2 == 0 {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "JS"
|
||||
|
||||
```javascript title="fast_power.js"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
function fastPow(x, n) {
|
||||
if (n === 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
const half = fastPow(x, Math.floor(n / 2));
|
||||
if (n % 2 === 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "TS"
|
||||
|
||||
```typescript title="fast_power.ts"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
function fastPow(x: number, n: number): number {
|
||||
if (n === 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
const half = fastPow(x, Math.floor(n / 2));
|
||||
if (n % 2 === 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Dart"
|
||||
|
||||
```dart title="fast_power.dart"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n ~/ 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Rust"
|
||||
|
||||
```rust title="fast_power.rs"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
fn fast_pow(x: i32, n: i32) -> i32 {
|
||||
if n == 0 {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
let half = fast_pow(x, n / 2);
|
||||
if n % 2 == 0 {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "C"
|
||||
|
||||
```c title="fast_power.c"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
int fastPow(int x, int n) {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1;
|
||||
}
|
||||
int half = fastPow(x, n / 2);
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half;
|
||||
}
|
||||
return half * half * x;
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Kotlin"
|
||||
|
||||
```kotlin title="fast_power.kt"
|
||||
/* 快速冪 */
|
||||
fun fastPow(x: Int, n: Int): Int {
|
||||
if (n == 0) {
|
||||
return 1
|
||||
}
|
||||
val half = fastPow(x, n / 2)
|
||||
if (n % 2 == 0) {
|
||||
return half * half
|
||||
}
|
||||
return half * half * x
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
=== "Ruby"
|
||||
|
||||
```ruby title="fast_power.rb"
|
||||
### 快速冪 ###
|
||||
def fast_pow(x, n)
|
||||
return 1 if n == 0
|
||||
|
||||
half = fast_pow(x, n / 2)
|
||||
return half * half if n.even?
|
||||
|
||||
half * half * x
|
||||
end
|
||||
```
|
||||
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||||
令 `x = 3`、`n = 5`,用這個函式計算:
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||||
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||||
<!-- numbered-subquestions -->
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||||
1. 遞迴呼叫時,參數 `n` 依次變成哪些值?
|
||||
2. 從最深層開始返回時,各層依次返回什麼值?
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||||
3. 為什麼要先儲存 `half`,而不是把 `fast_pow(x, n // 2)` 寫兩遍?
|
||||
3. 為什麼要先把遞迴結果儲存為 `half`,而不是在乘法兩邊各呼叫一次相同的子問題?
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||||
??? success "參考答案"
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||||
@@ -54,7 +247,7 @@ def fast_pow(x, n):
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2. `n = 0` 時返回 1;`n = 1` 時返回 $1×1×3=3$;
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||||
`n = 2` 時返回 $3×3=9$;`n = 5` 時返回 $9×9×3=243$。
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||||
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||||
3. 如果把 `fast_pow(x, n // 2)` 在乘法兩邊各寫一次,兩次遞迴會計算完全相同的子問題。
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||||
3. 如果在乘法兩邊各呼叫一次相同的子問題,兩次遞迴會進行完全相同的計算。
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||||
先把結果儲存為 `half`,每層就只遞迴一次,遞迴深度約為 $\log n$;
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呼叫兩次會造成大量重複計算。
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