【入门级-算法-1、算法概念与描述】

算法概念：
算法是解决特定问题的有限、明确、可执行的步骤集合，用于解决一个特定问题或完成一项特定任务，本质是把输入数据转化为期望输出的“解题流程”。
打个比喻来说明算法：
现在我们要做一个菜，由于每个厨师的操作步骤和做菜的方法都是不同的，因此做出来的菜的口味也不同，那么这个厨师的菜谱其实就是厨师做菜的“算法”。
我们要做一个“西红柿炒鸡蛋”这个菜，那么设计这个菜的“菜谱”其实就是我们设计的算法。
有限的材料：西红柿、鸡蛋、盐等等，应该不会加黄瓜，否则就是“黄瓜炒鸡蛋了”。
可执行的： 步骤必须是你能做到的，比如“搅拌”，而不是“用意念混合”。
明确的步骤：
1.先放油，倒入鸡蛋，然后加入西红柿，如果设计成先放西红柿后加鸡蛋，可能炒出来的菜会比价糟糕。
2.“加入3克盐”，而不是“加少许盐”，盐的数量不同，口味自然不同。
3.大火炒40秒可以结束
有限的时间： 菜谱必须在某个时刻结束，做出菜肴。
解决特定问题： 目标是做出“西红柿炒鸡蛋”。
在计算机科学中，算法是计算机程序的“灵魂”。程序是算法用某种编程语言（如Python, C++, Java）实现的具体代码，而算法是背后的思想和逻辑。

算法的五大基本特征
一个合格的算法必须满足以下五个条件：
输入： 算法有零个或多个输入。
炒鸡蛋算法中，西红柿、鸡蛋、盐。
有些算法可以没有输入，例如直接输出“Hello, World!”。
输出： 算法至少有一个输出。
炒鸡蛋算法的输出是一一盘西红柿炒鸡蛋。
在计算机中，输出可以是屏幕上的结果、一个文件、一个数据等。
有穷性： 算法必须在执行有限步之后结束。
不能无限循环下去。炒鸡蛋算法在规定时间后结束。
确定性： 算法的每一步都必须有确切的、无歧义的定义。
“大火炒40秒”是确定的；“大火炒一会儿”就是不确定的。
可行性： 算法的每一步都必须是可行的，也就是说，能够通过已经实现的基本操作在有限时间内完成。
“计算1+1”是可行的；“预测明天的彩票号码”在当前技术下是不可行的。

算法描述：自然语言描述、流程图描述、 伪代码描述
1、自然语言描述
定义：使用人类日常交流的语言（如中文、英文）来描述算法的步骤，最容易被非技术人员理解。

优点：易于理解，门槛极低，无需任何专业背景，任何人都能看懂，方便与非技术人员沟通。

缺点：描述复杂算法时会非常冗长，容易产生歧义。

适用场景：初步沟通算法思路、向非技术人员讲解核心逻辑。

示例（以 “计算 1 到 100 的和” 为例）：
先准备一个用来存总和的变量，初始值设为 0。
再准备一个计数变量，初始值设为 1。
把计数变量的值加到总和变量里。
让计数变量加 1，然后检查它是否超过 100。
如果没超过，就回到第 3 步继续加；如果超过了，就结束，此时总和变量里的数就是结果。

2、流程图描述
定义：用一系列图形符号和箭头来表示算法流程的图，即：用标准化的图形符号（如矩形、菱形、箭头）表示算法的执行步骤、逻辑分支和控制流程，是一种“可视化”的算法描述方法。

优点：算法的整体结构、步骤流向和逻辑结构（顺序、判断、循环）一目了然，尤其是能清晰地展示条件判断和循环结构，能快速发现流程漏洞。

缺点：画起来相对麻烦，修改也不便，而且流程图不便于直接转化为代码。对于非常复杂的算法，画出来的流程图会非常繁琐，可能会变得庞大而混乱。

适用场景：梳理算法逻辑框架、汇报时展示核心流程、团队协作确认步骤。

核心符号说明：
矩形：表示一个具体的操作步骤（如 “变量赋值”“计算求和”）。
菱形：表示一个判断条件（如 “计数变量> 100？”），会产生 “是” 或 “否” 两个分支。
箭头：表示步骤之间的执行顺序。
椭圆形：表示算法的开始或结束。

例子：用流程图描述“求两个数中的最大数”算法

3、伪代码描述
定义：一种模仿编程语言结构和逻辑的、非正式的、易于理解的语言描述。它不依赖于任何具体的编程语言，但包含了编程语言的关键结构（如循环、判断）
解释说明：伪代码是介于自然语言和编程语言之间的描述方法。用类似编程语言的语法，但又不严格遵循某一种具体语言规则的 “半代码”，是连接自然语言和实际代码的桥梁。

优点：
结构清晰，兼顾严谨性和灵活性，既没有歧义，又能快速转化为 Python、Java 等实际代码。
避免了编程语言严格的语法细节（如分号、数据类型声明），让设计者更关注算法逻辑本身。
简洁精确，没有自然语言的歧义性，也比流程图书写更快。

缺点：需要一定的编程基础才能完全理解（如循环、判断语句），非技术人员理解门槛较高，没有统一的标准，不同人写的风格可能略有差异。

适用场景：技术人员之间交流算法细节、为编写实际代码做准备。

示例：用伪代码描述“求两个数中的最大数”算法
BEGIN
INPUT a
INPUT b
IF a > b THEN
PRINT a
ELSE
PRINT b
END IF
END