Thuật toán là gì? Thuật toán là các bước để thực thi một bài toán cụ thể. Trong bài viết này, ta sẽ cùng tìm hiểu về thuật toán và mối liên hệ giữa nó với cấu trúc dữ liệu. (Các bạn có thể xem định nghĩa về cấu trúc dữ liệu tại đây)
Thuật toán là gì?
Thuật toán là một phương thức chứa các bước, xác định một tập hợp các câu lệnh được thực hiện theo một thứ tự nhất định để có được đầu ra mong muốn. Các thuật toán thường được tạo độc lập với các ngôn ngữ lập trình, tức là một thuật toán có thể được triển khai bằng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau.
Sau đây là một số thuật toán quan trọng:
- Thuật toán Tìm kiếm (Search) – Tìm kiếm một đơn vị dữ liệu trong cấu trúc dữ liệu.
- Thuật toán Sắp xếp (Sort) – Sắp xếp các đơn vị dữ liệu theo một thứ tự nhất định.
- Thuật toán Chèn (Insert) – Chèn các dữ liệu trong cấu trúc dữ liệu.
- Thuật toán Cập nhật (Update) – Cập nhật một đơn vị dữ liệu hiện có trong cấu trúc dữ liệu.
- Thuật toán Xóa (Delete) – Xóa một đơn vị dữ liệu hiện có khỏi cấu trúc dữ liệu.
Đặc điểm của một thuật toán
Không phải tất cả các phương thức đều có thể được gọi là một thuật toán. Thuật toán phải có các đặc điểm sau:
- Tính rõ ràng: Thuật toán phải rõ ràng. Mỗi bước của nó, đầu vào và đầu ra phải rõ ràng.
- Đầu vào: Một thuật toán phải có 0 hoặc nhiều đầu vào được định nghĩa.
- Đầu ra: Một thuật toán phải có 1 hoặc nhiều đầu ra được xác định rõ ràng và phải phù hợp với đầu ra mong muốn.
- Tính hữu hạn: Thuật toán phải kết thúc sau một số bước hữu hạn.
- Tính khả thi: Có thể làm được và đưa ra được kết quả.
- Tính độc lập: Một thuật toán phải có hướng dẫn từng bước, không phụ thuộc vào bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào.
Làm thế nào để viết một thuật toán?
Không có tiêu chuẩn nào được xác định rõ ràng để viết thuật toán. Nó là một vấn đề riêng biệt và phụ thuộc vào nguồn lực sẵn có. Các thuật toán không bao giờ được viết một cách cụ thể để hỗ trợ một chương trình cụ thể.
Như chúng ta biết rằng tất cả các ngôn ngữ lập trình đều có chung các cấu trúc đoạn mã cơ bản như vòng lặp (do, for, while), câu lệnh điều khiển luồng (if-else), v.v. Những cấu trúc chung này có thể được sử dụng để viết một thuật toán.
Viết thuật toán là một quá trình và được thực hiện sau khi vấn đề hay bài toán đặt toán đặt ra được xác định rõ. Chúng ta phải hiểu về vấn đề và thiết kế ra được một giải pháp hay thuật toán của riêng mình.
Tính hiệu quả
Tính hiệu quả của một thuật toán có thể được phân tích ở hai giai đoạn khác nhau, trước khi thực hiện và sau khi thực hiện.
- Phân tích suy diễn: Đây là cách phân tích lý thuyết về một thuật toán. Hiệu quả của một thuật toán được đo lường bằng cách giả định rằng tất cả các yếu tố, ví dụ, tốc độ bộ xử lý, là không đổi và không ảnh hưởng đến việc triển khai.
- Phân tích dựa trên thực tế: Đây là một phân tích thực nghiệm của một thuật toán. Thuật toán đã chọn được thực hiện bằng ngôn ngữ lập trình cụ thể. Sau đó được thực hiện trên máy tính, và các số liệu thống kê thực tế như thời gian chạy và không gian cần thiết sẽ được thu thập để đánh giá.
Độ phức tạp của thuật toán
Giả sử X là một thuật toán và n là kích thước của dữ liệu đầu vào, thời gian và không gian mà thuật toán X sử dụng là hai yếu tố chính, quyết định sự hiệu quả của X.
- Yếu tố thời gian: Thời gian được đo bằng cách đếm số lượng các thao tác.
- Yếu tố không gian: Không gian được đo bằng cách tính không gian bộ nhớ tối đa mà thuật toán yêu cầu.
Mối liên hệ giữa thuật toán và cấu trúc dữ liệu
Chương trình máy tính là một tập hợp các hướng dẫn để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể và nó cần lưu trữ dữ liệu, truy xuất dữ liệu và thực hiện các phép tính trên dữ liệu.
Cấu trúc dữ liệu là một vị trí được đặt tên và có thể được sử dụng để lưu trữ và tổ chức dữ liệu. Một giải thuật là một tập hợp các bước để giải quyết một vấn đề cụ thể. Cấu trúc dữ liệu và giải thuật cho phép chúng ta viết các chương trình máy tính hiệu quả và tối ưu hóa. Các thuật toán trong hầu hết các trường hợp đều sẽ cần cấu trúc dữ liệu bên trong để làm cho chúng hoạt động theo đúng kỳ vọng.
Ví dụ, nếu ta cần sắp xếp một danh sách các số, ta có thể sử dụng cấu trúc dữ liệu mảng để lưu trữ và thuật toán sắp xếp như sắp xếp chèn sẽ sắp xếp các phần tử trong danh sách đó.
Trên đây là khái niệm thuật toán là gì và ví dụ cơ bản về thuật toán và mối liên hệ của nó với cấu trúc dữ liệu. Hy vọng mọi người có thể áp dụng vào trong chương trình của mình. Mọi người hãy tiếp tục theo dõi các bài tiếp theo và cập nhật các bài mới nhất trên tek4 nhé!
P/s: Cảm ơn mọi người!
