作者 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」。
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內容簡介
- 前言
- 什麼是算法
- 算法無處不在
- 計算機的“特權”角色
- 什麼是數據結構
- 第一部分第二課預告
1. 前言
程序員應該知道：程序 = 數據結構 + 算法（Program = Data Structure + Algorithm ）。
作爲一個程序員，如果不瞭解數據結構和算法，應該會不太好意思出門跟人家打招呼。
在這個課程裏，我會帶大家以循序漸進、輕鬆幽默的形式從入門到精通數據結構和算法，相信我們會度過一段非常愉快的時光。
你會發現，入門數據結構和算法，其實一點都不難。
話休絮煩，我們直接進入主題。
2. 什麼是算法
算法的英語是 Algorithm。
首先我們來思考一個問題：
什麼是算法？
要很準確地回答這個問題並不容易，但其實也沒那麼難，我不需要用一大堆理論來說清楚什麼是算法，況且算法也不僅限於 IT（Information Technology 的簡稱，表示“信息技術”）編程領域。
所以一個通俗易懂的回答可以是：
算法是以簡單概念的形式對如何解決問題的一種精確描述。
所以說：
- 算法是一種描述（description），且是一種精確的描述。
- 描述什麼？描述如何解決問題。
- 以什麼樣的形式來描述？以簡單概念的形式。
說到問題，在日常生活中，我們經常需要解決問題。有的人可能每天需要解決很多問題，有的人可能就是問題本身。
下面我就來描述一個生活中的問題，從廣義上來考慮“問題”和“算法”的概念。
3. 無所不在的算法
我們可以用一個幾乎關乎所有人的問題來開始說明：烹飪。畢竟“民以食爲天”。
假設你餓了，你來到廚房，想整點什麼吃的，正好你看到了一包方便麪，然後你不自覺舔了舔舌頭，你想吃方便麪了（如果你正好是在睡覺前看到這裏，請不要打我。不鼓勵大家多吃方便麪。這裏的例子也可以是煮飯、煮麪或者烹飪其他食物），那你應該怎麼烹飪它呢？
這是一個簡單的過程（這裏只說最簡單的水煮的方式，請大家不要糾結烹飪的細節，也許你有其他更好的烹飪方便麪的方式）：
- 在鍋子裏倒入適量水
- 在爐子上點起火來（如果是電磁爐就不用火）
- 把鍋子放在爐子上
- 等待水開，轉中火
- 把方便麪餅放入鍋中
- 煮半分鐘
- 放入所有調料包
- 煮 1 分鐘
- 出鍋
可以看到，我已經以簡單概念的形式精確描述瞭如何解決“煮方便麪”這個問題。
所以上面這套流程的描述，你可以把它稱爲“算法”，這個算法是專門針對“煮方便麪”這個問題的。
你會注意到上面的例子中有許多暗含的東西：我說你最初擁有一包方便麪，但你也需要鍋子、水，等。
我們可能會處於所有這些東西都不可用的特定情況下，然後我們就得使用另一種算法（或許先得自己造口鍋出來）。
上面的流程裏，我使用的各條指令（步驟）是比較“精確的”，但我們可以精簡到更少的指令，或擴充到更多指令。你也許會說，如果要更精確地說，得說明如何把水裝進鍋子裏。
如果要根據這個食譜來烹飪方便麪的人不知道如何執行“在鍋子裏倒入適量水”這一指令，則有必要用更簡單的術語解釋（例如，需要解釋如何使用水龍頭）。
類似地，在我們編程時，你使用的算法的精度取決於許多參數：你使用的編程語言，可用的庫，等等。
4. 計算機的“特權”角色
如果在日常生活中能找到算法的痕跡，爲什麼我們卻主要在計算機科學（Computer Science）中討論它呢？
原因很簡單：計算機（或電腦）非常擅長執行重複性任務。它們快速，高效，“任勞任怨”，從不喊累。
假設我們可以描述用於計算 3 的平方根的小數的算法（這算法得是人類可以操作的）。利用這個算法，你可以使用紙和筆來計算 3 的平方根的前 7 個小數位（1.7320508）。
但如果需要你計算 3 的平方根的前 10 萬個小數位呢？用紙和筆會計算到懷疑人生。這種時候，計算機將變得更加合適。
我們可以設計出不少用於信息處理的算法。說到信息處理，通常有以下幾類：
- 研究
- 比較
- 分析
- 分類
- 提取
計算機通常在這些方面更加有優勢，可以很好地處理大量信息。
你可能已經想到了著名搜索引擎谷歌（最初谷歌正是靠着其搜索算法的實力才能主導市場，成就了今天超高的市值），但這種活動並不僅限於互聯網領域。
當你玩即時戰略遊戲（Real-Time Strategy Game，簡稱 RTS。例如紅警，星際爭霸，等等）的時候，如果你下達指令給一個單位，讓它移動。此時電腦需要掌握很多的信息（例如地圖的結構，單位的起點，單位的終點），它也必須產生新的信息：單位應走的路線。
所以其實算法源於生活（畢竟算法是人想出來的），但是我們通常在 IT 這個領域才討論算法，因爲計算機的特殊性。
5. 什麼是數據結構
上面說到了算法，現在我們來聊聊數據結構。數據結構的英語是 Data Structure。data 表示“數據”，structure 表示“結構”。
除了處理信息（數據是信息的符號表示或稱載體，信息則是數據的內涵）外，還必須考慮如何存儲信息。存儲信息的方式可能會對其處理方式產生非常重要的影響。
具體地說，我們可以用字典作爲例子。我們可以將字典定義爲“單詞及其定義的一個集合”（一個單詞對應一個定義）。
如果一部字典裏的單詞是胡亂排序的，這樣的字典應該很難使用吧。比如你要找一個單詞的定義，你得一頁頁地翻字典，直到找到那個單詞。
按字母順序來排列單詞顯然是一種非常有效的解決方案，可以快速找到你所要的單詞。因此，這是一種不錯的存儲信息的方式。
算法（描述方法）和數據結構（描述組織）之間存在非常緊密的聯繫。
簡單來說，對信息的存儲方式就是數據結構關心的事，對信息的處理方式就是算法關心的事。
通常，某些數據結構對於某些算法的實現至關重要；反之亦然。
例如，如果我們想要在已經按字母順序排列好的字典中添加一個新單詞，我們就不能只是將這個新單詞寫在字典的最後一頁的空白處，而是必須使用算法將其添加到正確的位置。
因此，數據結構的研究與算法的研究是密不可分的，我們需要同時來學習它們。
6. 第一部分第二課預告
今天的課就到這裏，一起加油吧！
下一課我們將用一個小故事來引出算法複雜度的學習（真正算法複雜度的講論將在第三課）：
我是 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」號主，慕課網精英講師 Oscar 老師，終生學習者。
熱愛生活，喜歡游泳，略懂烹飪。
人生格言：「向着標杆直跑」