图解算法

[日]增井敏克

增井技术士事务所代表，获得日本信息工学部门技术资格认证。

毕业于大阪府立大学研究生院。通过技术工程师（网络、信息安全)考试和其他多项信息处理技术人员考试。

通过商务数学检定考试1级，获得公益财团法人日本数学检定协会认定，以培训师身份展开活动。

开创“商务×数学×IT”模式，帮助客户正确、高效提升计算机技能，并致力于各种软件的开发。

著作有《图解数据科学》《完全图解网络与信息安全》《完全图解编程原理》《用Python编程和实践!算法入门》《IT用语图鉴》等。

第1章 算法基础知识～算法的作用是什么？～

1-1 进行快速准确运算的步骤

编程、算法

1-2 让数据更容易处理

文本文件、二进制文件、非结构化数据、结构化数据、数据结构

1-3 什么是好的计算机程序?

使用效率

1-4 比较各种算法的标准

计算复杂性、渐进、渐进符号

1-5 差异取决于实施的语言

编程语言、编译器、解释器、即时编译

1-6 一套便捷的算法集合

库

1-7 算法权利

专利权、软件专利、著作权、开放源代码

1-8 使用图片讲解算法

流程图

1-9 纸上计算的算法

笔算

1-10 寻找素数

素数、埃拉托斯特尼筛法

1-11 找出最大公约数

最大公约数、欧几里得算法

1-12 通过拼图学习算法

汉诺塔问题

1-13 使用随机值进行检查

随机数、伪随机数、随机种子、蒙特卡罗方法

第2章 如何存储数据？～它们各自的结构和特点～

2-1 整数是如何表示的

十进制、二进制、十六进制

2-2 数据的单位

比特、字节

2-3 小数是如何表示的？

小数、浮点数、实数类型

2-4 字符表示

字符、字符代码、ASCII、2字节字符、乱码字符

2-5 一个接一个地分配

变量、赋值、常量

2-6 要存储的数据大小

数据类型、整数类型、数据类型转换

2-7 在连续的区域内存储

数组、元素、索引

2-8 以人们容易理解的方式表示

关联数组、字典、散列表、地图、碰撞

2-9 存储数据的位置

地址、指针

2-10 以表格形式存储数据

二维数组、多维数组

2-11 存储单词和句子

字符串、空字符

2-12 表达复杂的数据结构

结构体、枚举类型

2-13 排成一排的形式

链表

2-14 双向链接的形式

双向链表、循环链表

2-15 存储在一个分支结构中

树状结构、二叉树、完整二叉树

2-16 满足条件的树状结构

堆

2-17 适合搜索算法的数据结构

二叉搜索树、平衡树

2-18 平衡树的类型

B树、B+树、B*树

2-19 存储无序的数据

集合

2-20 从最后的存储中检索

堆栈、LIFO、推入、弹出

2-21 便于按其保存的顺序进行检索的格式

队列、FIFO、排队、脱队

2-22 虚拟内存分页算法

虚拟内存、分页算法、LFU、LRU

第3章 对数据进行分类～按照规则排列数字～

3-1 升序或降序分拣

排序

3-2 维持相同值的顺序

稳定排序、内部排序、外部排序

3-3 通过选择最大或最小值进行排序

选择排序

3-4 将数据添加到一个对齐的数组中

插入排序

3-5 与紧随其后的元素进行比较

气泡排序

3-6 数组的双向排序

鸡尾酒排序

3-7 交换排序和插入排序相结合，速度更快

希尔排序

3-8 在创建堆的同时进行排序

堆排序

3-9 通过比较合并多个数据

合并排序

3-10 一般性的快速和常用排序

快速排序、分治法

3-11 当可能的值有限制时很有用的排序方法

桶排序、箱排序、基数排序

3-12 通过提供空隙进行排序

图书馆排序、跳跃列表

3-13 趣味排序方法

独裁者排序、猴子排序

3-14 我应该选择哪种方法？

计算复杂性的比较

第4章 查找数据～如何快速找到所需的值？～

4-1 从多个数据集中找到符合标准的那一个

搜索

4-2 一个不漏地搜索

全局搜索、彻底搜索

4-3 从头开始检查

线性搜索

4-4 从排序后的数据中搜索

二分搜索

4-5 按距离远近顺序搜索

广度优先搜索

4-6 依次搜索相邻的对象

深度优先搜索、回溯

4-7 深入搜索层次结构

递归、递归调用、分支定界

4-8 差异取决于树状结构的遍历顺序

前序遍历、后序遍历、中序遍历、波兰表示法、逆波兰表示法

4-9 也可以在相反的方向进行搜索

双向搜索

4-10 通过改变起点和终点进行搜索

尺取法

4-11 通过关注边缘寻找最短路径

最短路径问题、贝尔曼-福特算法

4-12 通过关注节点找到最短路径

戴克斯特拉算法

4-13 使用经验法则进行搜索

A*算法、欧几里得距离、曼哈顿距离

4-14 找到损害最小的那一个

极小化极大算法、Alpha-Beta算法

4-15 在句子中搜索文本字符串

暴力搜索、穷举搜索、KMP算法

4-16 以一种巧妙的方式搜索字符串

BM算法

4-17 搜索符合特定模式

正则表达式

第5章 机器学习中使用的算法～支持人工智能的计算方法～

5-1 从数据中进行分类和预测

机器学习、统计机器学习

5-2 基于正确数据的学习

有监督学习、过拟合

5-3 通过从数据中提取特征进行分类

无监督学习、聚类

5-4 奖励预期结果

强化学习、行为、代理、环境、状态、多代理

5-5 用于分类和回归的树状结构

决策树、不纯度、信息增益

5-6 多重决策树下的少数服从多数

随机森林、集成学习、装袋算法、提升算法

5-7 分离时最大限度地增加与边界的间距

支持向量机、超平面、硬间隔、软间隔

5-8 0到1范围内的概率预测

回归分析、最小二乘法、逻辑回归分析

5-9 模仿人脑信号交换的数学模型

神经网络、反向传播算法

5-10 深化层次结构

深度学习、CNN、RNN

5-11 能够生成不存在数据的人工智能

GAN、深度伪造

5-12 图像去噪和边界增强

图像过滤、平滑、边缘检测

5-13 处理和执行过程中的随机选择

随机选择算法、启发式算法

5-14 模仿生物进化

遗传算法

5-15 随着时间的推移改变随机性

爬山算法、模拟退火算法

5-16 对附近的物体有很强的学习能力

自组织映射

5-17 快速求导近似解

牛顿法、梯度下降法、随机梯度下降法

5-18 对大量的数据进行分类

k均值算法

5-19 数据的维度被缩小，并在新的指标中表达

主成分分析

第6章 其他算法～典型案例～

6-1 将问题分割成更小的问题并记录结果

动态编程、记忆化

6-2 减少数据量

压缩、解压

6-3 压缩重复的内容

运行长度编码、哈夫曼编码

6-4 检测输入的错误

校验码、奇偶校验码

6-5 消除噪声和杂声

纠错码、汉明码

6-6 通过加密算法提高安全性

加密、解密、密文、明文

6-7 简单密码及其破译

恺撒密码、ROT13

6-8 低负载加密技术

共享密钥加密、私钥加密、密钥配送问题

6-9 安全的密钥共享

Diffie-Hellman密钥交换

6-10 利用大整数分解素因数的困难

公钥加密、RSA加密算法

6-11 用短密钥保证安全

椭圆曲线加密、密码危机

6-12 用于社交媒体的算法

脸书、推特、六度分隔

6-13 谷歌的算法

网页排名、RankBrain

6-14 在没有事先获得信息的情况下做出决定

A/B测试、Bandit算法

6-15 使访问所有城市的成本最小化

旅行推销员问题、调度问题

6-16 使所装货物的价值最大化

背包问题、0-1背包问题

6-17 无法解决的算法

图灵机、停机问题

6-18 如果解决了就能得到一百万美元？非常难以解决的问题

P类、NP类、P=NP、NP困难、NP完全

要想写出高效的程序，就必须根据场景选择合适的算法。即使得到同样的结果，根据选择的算法，处理速度也会有很大的变化。但是，也有很多人对算法抱有“不太清楚区别”“太复杂了”等不擅长意识。因此，本书以大开本的形式选取一个主题，并结合图解进行解说。除了从头开始按顺序阅读，获取系统的知识之外，还可以一边阅读一边关注感兴趣的主题和关键词，根据实际情况灵活运用。【本书要点】·解说和插图配套容易理解！·了解多种算法的特征和思考方式！·对机器学习和高级算法进行讲解！·容易从关键词查到想知道的项目！·从初学者到程序员想知道的知识收录！