diff --git a/chapter_array_and_linkedlist/array.md b/chapter_array_and_linkedlist/array.md index 7d7ff54e8..ed7de2780 100755 --- a/chapter_array_and_linkedlist/array.md +++ b/chapter_array_and_linkedlist/array.md @@ -110,8 +110,8 @@ comments: true

Fig. 数组元素的内存地址计算

-```java title="" -// 元素内存地址 = 数组内存地址 + 元素长度 * 元素索引 +```shell +# 元素内存地址 = 数组内存地址 + 元素长度 * 元素索引 elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex ``` diff --git a/chapter_data_structure/data_and_memory.md b/chapter_data_structure/data_and_memory.md index 3e189993b..b942ed28c 100644 --- a/chapter_data_structure/data_and_memory.md +++ b/chapter_data_structure/data_and_memory.md @@ -6,20 +6,14 @@ comments: true ## 3.1.1. 基本数据类型 -谈到计算机中的数据,我们能够想到文本、图片、视频、语音、3D 模型等等,这些数据虽然组织形式不同,但是有一个共同点,即都是由各种基本数据类型构成的。 +谈到计算机中的数据,我们能够想到文本、图片、视频、语音、3D 模型等等,这些数据虽然组织形式不同,但都是由各种基本数据类型构成的。 -**「基本数据类型」是 CPU 可以直接进行运算的类型,在算法中直接被使用。** +**「基本数据类型」是 CPU 可以直接进行运算的类型,在算法中直接被使用**。 - 「整数」根据不同的长度分为 byte, short, int, long ,根据算法需求选用,即在满足取值范围的情况下尽量减小内存空间占用; - 「浮点数」代表小数,根据长度分为 float, double ,同样根据算法的实际需求选用; - 「字符」在计算机中是以字符集的形式保存的,char 的值实际上是数字,代表字符集中的编号,计算机通过字符集查表来完成编号到字符的转换。占用空间与具体编程语言有关,通常为 2 bytes 或 1 byte ; -- 「布尔」代表逻辑中的 “是” 与 “否” ,其占用空间需要具体根据编程语言确定,通常为 1 byte 或 1 bit ; - -!!! note "字节与比特" - - 1 字节 (byte) = 8 比特 (bit) , 1 比特即最基本的 1 个二进制位 - -

Table. Java 的基本数据类型

+- 「布尔」代表逻辑中的“是”与“否”,其占用空间需要具体根据编程语言确定,通常为 1 byte 或 1 bit ;
@@ -40,9 +34,74 @@ comments: true 以上表格中,加粗项在「算法题」中最为常用。此表格无需硬背,大致理解即可,需要时可以通过查表来回忆。 -**「基本数据类型」与「数据结构」之间的联系与区别** +### 整数表示方式 + +整数的取值范围取决于变量使用的内存长度,即字节(或比特)数。在计算机中, 1 字节 (byte) = 8 比特 (bit) , 1 比特即 1 个二进制位。以 int 类型为例: + +1. 整数类型 int 占用 4 bytes = 32 bits ,因此可以表示 $2^{32}$ 个不同的数字; +2. 将最高位看作符号位,$0$ 代表正数,$1$ 代表负数,从而可以表示 $2^{31}$ 个正数和 $2^{31}$ 个负数; +3. 当所有 bits 为 0 时代表数字 $0$ ,从零开始增大,可得最大正数为 $2^{31} - 1$ ; +4. 剩余 $2^{31}$ 个数字全部用来表示负数,因此最小负数为 $-2^{31}$ ;具体细节涉及到到“源码、反码、补码”知识,有兴趣的同学可以查阅学习; + +其它整数类型 byte, short, long 取值范围的计算方法与 int 类似,在此不再赘述。 + +### 浮点数表示方式 * + +细心的你可能会疑惑: int 和 float 长度相同,都是 4 bytes ,**但为什么 float 的取值范围远大于 int** ?这是因为浮点数 float 采用了不同的表示方式。 + +IEEE 754 标准规定,32-bit 长度的 float 由以下部分构成: + +- 符号位 $\mathrm{S}$ :占 1 bit ; +- 指数位 $\mathrm{E}$ :占 8 bits ; +- 分数位 $\mathrm{N}$ :占 24 bits ,其中 23 位显式存储; + +设 32-bit 二进制数的第 $i$ 位为 $b_i$ ,则 float 值的计算方法定义为 + +$$ +\text { val } = (-1)^{b_{31}} \times 2^{\left(b_{30} b_{29} \ldots b_{23}\right)_2-127} \times\left(1 . b_{22} b_{21} \ldots b_0\right)_2 +$$ + +转化到十进制下的计算公式为 + +$$ +\text { val }=(-1)^{\mathrm{S}} \times 2^{\mathrm{E} -127} \times (1 + \mathrm{N}) +$$ + +其中 $\mathrm{S} \in \{-1, 1\}$ , $\mathrm{E} \in \{ 1, 2, \dots, 254 \}$ , $(1 + \mathrm{N}) = 1+\sum_{i=1}^{23} b_{23-i} 2^{-i} \subset [1, 2 - 2^{-23}]$ 。 -我们知道,数据结构是在计算机中 **组织与存储数据的方式**,它的主语是“结构”,而不是“数据”。比如,我们想要表示“一排数字”,自然应该使用「数组」这个数据结构。数组的存储方式使之可以表示数字的相邻关系、先后关系等一系列我们需要的信息,但至于其中存储的是整数 int ,还是小数 float ,或是字符 char ,**则与所谓的数据的结构无关了**。 +![IEEE-754-float](data_and_memory.assets/IEEE-754-float.png) + +以上图为例,$\mathrm{S} = 0$ , $\mathrm{E} = 124$ ,$\mathrm{N} = 2^{-2} + 2^{-3} = 0.375$ ,易得 + +$$ +\text { val } = (-1)^0 \times 2^{124 - 127} \times (1 + 0.375) = 0.171875 +$$ + +现在我们可以回答开始的问题:**float 的表示方式包含指数位,导致其取值范围远大于 int** 。根据以上计算, float 可表示的最大正数为 $2^{127} \times (2 - 2^{-23}) \approx 3.4 \times 10^{38}$ ,切换符号位便可得到最小负数。 + +**浮点数 float 虽然拓展了取值范围,但副作用是牺牲了精度**。整数类型 int 将全部 32 位用于表示数字,数字是均匀分布的;而由于指数位的存在,浮点数 float 的数值越大,相邻两个数字之间的差值就会趋向越大。 + +进一步地,指数位 $E = 0$ 和 $E = 255$ 具有特殊含义,**用于表示零、无穷大、$\mathrm{NaN}$ 等**。 + +| 指数位 E | 分数位 $\mathrm{N} = 0$ | 分数位 $\mathrm{N} \ne 0$ | 计算公式 | +| ------------------ | ----------------------- | ---------------------------- | ------------------------------------------------------------ | +| $0$ | $\pm 0$ | 次正规数(subnormal number) | $(-1)^{\mathrm{S}} \times 2^{-126} \times (0.\mathrm{N})$ | +| $1, 2, \dots, 254$ | 正规数 | 正规数 | $(-1)^{\mathrm{S}} \times 2^{(\mathrm{E} -127)} \times (1.\mathrm{N})$ | +| $255$ | $\pm \infty$ | $\mathrm{NaN}$ | | + +特别地,次正规数显著提升了小数精度: + +- 最小正正规数为 $2^{-126} \approx 1.18 \times 10^{-38}$ ; +- 最小正次正规数为 $2^{-126} \times 2^{-23} \approx 1.4 \times 10^{-45}$ ; + +双精度 double 也采用类似 float 的表示方法,在此不再赘述。 + + +### 基本数据类型与数据结构的关系 + +我们知道,**数据结构是在计算机中组织与存储数据的方式**,它的主语是“结构”,而不是“数据”。如果我们想要表示“一排数字”,自然想到使用「数组」数据结构。数组的存储方式可以表示数字的相邻关系、顺序关系,但至于其中存储的是整数 int ,还是小数 float ,或是字符 char ,**则与所谓的数据的结构无关了**。 + +换言之,基本数据类型提供了数据的“内容类型”,而数据结构提供数据的“组织方式”。 === "Java" @@ -105,7 +164,6 @@ comments: true float decimals[10]; char characters[10]; bool booleans[10]; - ``` === "C#" diff --git a/chapter_introduction/algorithms_are_everywhere.md b/chapter_introduction/algorithms_are_everywhere.md index a4d5de68b..b0631ab95 100644 --- a/chapter_introduction/algorithms_are_everywhere.md +++ b/chapter_introduction/algorithms_are_everywhere.md @@ -20,12 +20,16 @@ comments: true === "<1>" ![look_up_dictionary_step_1](algorithms_are_everywhere.assets/look_up_dictionary_step_1.png) + === "<2>" ![look_up_dictionary_step_2](algorithms_are_everywhere.assets/look_up_dictionary_step_2.png) + === "<3>" ![look_up_dictionary_step_3](algorithms_are_everywhere.assets/look_up_dictionary_step_3.png) + === "<4>" ![look_up_dictionary_step_4](algorithms_are_everywhere.assets/look_up_dictionary_step_4.png) + === "<5>" ![look_up_dictionary_step_5](algorithms_are_everywhere.assets/look_up_dictionary_step_5.png) diff --git a/chapter_preface/contribution.md b/chapter_preface/contribution.md index 6940123ff..7eb07bf84 100644 --- a/chapter_preface/contribution.md +++ b/chapter_preface/contribution.md @@ -36,7 +36,7 @@ comments: true 你可以使用 Docker 来部署本项目。 -```bash +```shell git clone https://github.com/krahets/hello-algo.git cd hello-algo docker-compose up -d @@ -46,6 +46,6 @@ docker-compose up -d 使用以下命令即可删除部署。 -```bash +```shell docker-compose down ``` diff --git a/chapter_sorting/intro_to_sort.md b/chapter_sorting/intro_to_sort.md index e4e1552ac..9fe7a3ee3 100644 --- a/chapter_sorting/intro_to_sort.md +++ b/chapter_sorting/intro_to_sort.md @@ -25,22 +25,22 @@ comments: true 假设我们有一个存储学生信息的表格,第 1, 2 列分别是姓名和年龄。那么在以下示例中,「非稳定排序」会导致输入数据的有序性丢失。因此「稳定排序」是很好的特性,**在多级排序中是必须的**。 ```shell - # 输入数据是按照姓名排序好的 - # (name, age) - ('A', 19) - ('B', 18) - ('C', 21) - ('D', 19) - ('E', 23) - - # 假设使用非稳定排序算法按年龄排序列表, - # 结果中 ('D', 19) 和 ('A', 19) 的相对位置改变, - # 输入数据按姓名排序的性质丢失 - ('B', 18) - ('D', 19) - ('A', 19) - ('C', 21) - ('E', 23) +# 输入数据是按照姓名排序好的 +# (name, age) + ('A', 19) + ('B', 18) + ('C', 21) + ('D', 19) + ('E', 23) + +# 假设使用非稳定排序算法按年龄排序列表, +# 结果中 ('D', 19) 和 ('A', 19) 的相对位置改变, +# 输入数据按姓名排序的性质丢失 + ('B', 18) + ('D', 19) + ('A', 19) + ('C', 21) + ('E', 23) ``` ### 就地性