Algorytmy

Problem skoczka szachowego to jeden z popularniejszych problemów algorytmicznych. Często możemy go spotkać pośród zadań z algorytmiki dla adeptów programowania. Zobaczmy, na czym ten problem polega oraz jak go rozwiązać, i przede wszystkim... co ma to wspólnego z szeroko opisywanym przeze mnie ostatnio tematem grafów.

Mówiąc o grafach w kontekście algorytmiki, zwykle przywodzi na myśl rozwiązywanie za ich pomocą różnych problemów, np. poruszanego przeze mnie już w trzech artykułach szukania ścieżek. Rzadziej jednak porusza się temat tego, że jeśli chcemy graf narysować, należałoby rozmieścić jego wierzchołki w przestrzeni w pewien sensowny i uporządkowany sposób tak, aby jak najlepiej przedstawić jego charakterystykę. Znajomość przynajmniej rodzajów i właściwości algorytmów do tego służących to obowiązkowa wiedza dla osób zajmujących się wizualizacją danych. W artykule przedstawiam wszystko, co potrzebujesz wiedzieć na ten temat.

Klasyką algorytmiki jest wykorzystywanie takich algorytmów, jak BFS, algorytm Dijkstry czy Bellmana-Forda do wyszukiwania najkrótszych ścieżek. Jednak algorytmy te wykonują bardzo dużo operacji i przy rozbudowanych przypadkach, takich jak znajdowanie tras na mapie albo nawet ścieżki, po której ma przejść postać w grze komputerowej, mogą być zbyt wolne czy też zająć zbyt dużo pamięci. Na szczęście są również inne podejścia do tego problemu, dużo wydajniejsze, jeśli posiadamy nieco więcej informacji o grafie. Czas najwyższy poznać jedno z nich — algorytm A*.

Gdy mówimy o grafach i rozwiązywaniu problemów za ich pomocą, w kontekście algorytmiki pierwszą rzeczą, która wielu przychodzi na myśl, jest wyszukiwanie najkrótszych ścieżek. Co prawda omówiliśmy już to dla grafów nieważonych, ale powiedzmy sobie szczerze — zwykle musimy to robić w ważonych. Opiszę tutaj trzy klasyczne algorytmy rozwiązujące ten problem.

W artykule „Przechodzenie po grafie” przedstawiłem algorytmy służące do przechodzenia po węzłach grafu — DFS (przechodzenie w głąb) oraz BFS (przechodzenie wszerz). Jednak samo odwiedzanie węzłów może wydawać się na pierwszy rzut oka mało przydatne, dlatego przedstawię trzy sposoby, jak można wykorzystać te algorytmy do celów praktycznych. Użyjemy też wszystkie trzy pokazane tam sposoby przechodzenia grafu: rekurencyjny DFS, iteracyjny DFS oraz BFS.

Wiemy, czym są grafy, a także jak zapisujemy je w pamięci komputera. Przejdźmy w takim razie do najbardziej podstawowych algorytmów grafowych — przechodzenie po ich wierzchołkach i krawędziach. Jest to zdecydowanie najprostszy i najbardziej podstawowy temat algorytmiczny związany z grafami, więc opiszę go dość zwięźle.

W poprzednim artykule dość szczegółowo opisałem test Millera-Rabina służący do szybkiego sprawdzania pierwszości liczb. Tym razem porównajmy sobie jego działanie z innymi szybkimi, probabilistycznymi testami pierwszości i sprawdźmy, jak wypadają one w porównaniu do bezbłędnej metody naiwnej.

Wiemy już: czym są liczby pierwsze, jak sprawdzać, czy liczba jest pierwsza, jak w najprostszy sposób znajdować je, a także poznaliśmy teorię stojącą za znajdowaniem dużych liczb pierwszych. Przejdźmy zatem do praktyki. Czas napisać algorytm, który w krótkim czasie pozwoli nam znaleźć bardzo duże liczby pierwsze, tak jak to się robi w codziennych zastosowaniach.

Ostatnio opisałem, czym są liczby pierwsze, a także pokazałem prosty, niemal 800-letni algorytm do ich testowania. Jednak nie kończmy na tym tematu. O liczbach pierwszych można mówić dużo, dlatego kontynuujmy. Tym razem pokażę, jakie mamy najprostsze sposoby na znajdowanie liczb pierwszych.

Liczby pierwsze to jeden z ważniejszych terminów w matematyce, do tego mający dość istotne zastosowanie praktyczne. Na samym początku przygody z tym tematem przedstawmy sobie teorię, a także najprostsze testy pierwszości.