什么是算法？算法有哪些特性？

人工智能培訓課程中會講到許多算法，那么究竟什么是算法？

算法（algorithm）是解決特定問題的步驟描述，通俗地講，算法就是描述解決問題步驟的方法。例如，新學期開學，從家到學校的交通方式這個問題就有很多解決方案：有的學生乘坐火車，有的學生乘坐汽車，有的學生乘坐飛機，在本市的可能會自己開車或乘坐公共汽車，離學校近的可能會步行來學校。這里每一種方案就是一種算法，這么多解決方法就是這么多種算法。

在計算機中，算法也是對某一個問題的求解方法，只是它的表現形式是計算機指令的有序序列，執行這些指令就能解決特定的問題。例如，在高級程序設計語言（如C語言）中，常用的排序算法如選擇排序、冒泡排序等，都是用計算機指令編寫算法，來解決排序問題。

在程序設計中，算法有3種較為常用的表示方法：偽代碼法、N-S結構化流程圖和流程圖法，用得最多的是流程圖法，接下來就簡單地學習算法的流程圖法。流程圖是描述問題處理步驟的一種常用圖形工具，它由一些圖框和流程線組成。使用流程圖描述問題的處理步驟，形象觀，便于閱讀。畫流程圖時必須按照功能選用相應的流程圖符號，常用的流程圖符號如圖所示。

圖1-12所示的流程圖符號中列舉了4個圖框、1個流程線和1個連接點，具體說明如下：

·起止框用于表示流程的開始或結束。

·輸入輸出框用平行四邊形表示，在平行四邊形內可以寫明輸入或輸出的內容。

·判斷框用菱形表示，它的作用是對條件進行判斷，根據條件是否成立來決定如何執行后續的操作。

·處理框用矩形表示，它代表程序中的處理功能，如算術運算和賦值等。

·流程線用單向箭線或直線表示，可以連接不同位置的圖框。流程線的標準流向是從左到右和從上到下，可用直線表示，非標準流向的流程線應使用箭頭指示方向。

·連接點用圓形表示，用于流程圖的延續。通過上面的講解，讀者對流程圖符號有了簡單的認識。下面以一個數組選擇排序算法

的流程圖為例，學習簡單的流程圖，如圖所示。

假設一個數組要從小到大排序，結合流程圖來分析選擇排序的過程：

第一步，在數組中選擇出最小的元素，將它與0角標元素交換，即放在開頭第1位。

第二步，除0角標元素外，在剩下的待排序元素中選擇出最小的元素，將它與1角標元素交換，即放在第2位。

第三步，依次類推，直到完成最后兩個元素的排序交換，就完成了升序排列。這樣根據流程圖來編寫算法的指令代碼，就會變得清晰簡單。讀者在以后設計算法時，最好先根據設計思路出算法的流程圖，其次分析其可行性，最后再完成代碼。

算法的特性

一個好的算法，尤其是一個成熟的算法，應該具有以下5個特性：

（1）確定性。算法的每一步都有確定的含義，不會出現二義性。即在相同條件下，只有一條執行路徑，相同的輸入只會產生相同的輸出結果。

（2）可行性。算法的每一步都是可執行的，通過執行有限次操作來完成其功能。

（3）有窮性。一個算法必須在執行有窮步驟之后結束，且每一步都可在有窮時間內完成。這里的有窮概念不是數學意義上的，而是指在實際應用當中可以接受的、合理的時間和步驟。

（4）高效率與低存儲。算法的效率通常指的是算法的執行時間，對于同一個問題的多種算法，執行時間短的其效率就高。存儲量指的是算法在執行過程中所需的最大存儲空間，包括所用到的內存及外存。設計算法時應考慮到執行效率和存儲需求，設計出一個“性價比”較高的算法。

要設計出一個好的算法，就要綜合考慮其正確性、可讀性、健壯性，還要考慮其執行效率和存儲量需求。