Der A-Star Algorithmus mit iterativer Vertiefung (IDA & ast;) ist ein Algorithmus, der verwendet wird, um das Problem des kürzesten Pfades in einem Baum zu lösen, kann jedoch modifiziert werden, um Graphen (d. H. Zyklen) zu handhaben. Es baut auf der ID-DFS (Iterative Deepening Depth-First Search) auf, indem eine Heuristik hinzugefügt wird, um nur relevante Knoten zu untersuchen.

Beschreibung des Algorithmus

Während Iterative Deepening DFS eine einfache Tiefe verwendet, um zu entscheiden, wann die aktuelle Iteration abgebrochen und mit einer höheren Tiefe fortgesetzt werden soll, Iterative Vertiefung Ein Stern verwendet eine Heuristik, um zu bestimmen, welche Knoten erforscht und in welcher Tiefe gestoppt werden soll. Dies ähnelt der Art und Weise, wie Dijkstra den Knoten immer mit dem derzeit kürzesten Unterschied untersucht und A Star eine Heuristik hinzufügt, um nur Knoten zu untersuchen, die tatsächlich näher am Ziel liegen.

Im Einzelnen führt dies zu den folgenden Schritten:

1. Für jedes Kind des aktuellen Knotens
2. Wenn es sich um den Zielknoten handelt, kehren Sie zurück
3. Wenn der Abstand plus die Heuristik den aktuellen Schwellenwert überschreitet, geben Sie diesen Schwellenwert zurück
4. Setzen Sie den aktuellen Knoten auf diesen Knoten und kehren Sie zu 1 zurück.
5. Nachdem Sie alle Kinder durchlaufen haben, gehen Sie zum nächsten Kind des Elternteils (dem nächsten Geschwister).
6. Nachdem Sie alle untergeordneten Elemente des Startknotens durchlaufen haben, erhöhen Sie den Schwellenwert auf den kleinsten der überschrittenen Schwellenwerte.
7. Wenn wir alle Blattknoten (unten) erreicht haben, existiert der Zielknoten nicht.

Beispiel des Algorithmus

Betrachten Sie das folgende Diagramm:

Die Schritte, die der Algorithmus in diesem Diagramm ausführt, wenn Knoten 0 als Startpunkt und Knoten 6 als Ziel in der angegebenen Reihenfolge angegeben werden, sind:

1. Iteration mit Schwelle: 6.32
2. Besuche Knoten 0
3. Besuche Knoten 1
4. Schwelle mit Heuristik überschritten: 8.66
5. Besuche Knoten 2
6. Schwelle mit Heuristik überschritten: 7.00
7. Iteration mit Schwelle: 7.00
8. Besuche Knoten 0
9. Besuche Knoten 1
10. Schwelle mit Heuristik überschritten: 8.66
11. Besuche Knoten 2
12. Besuche Knoten 5
13. Schwelle mit Heuristik überschritten: 8.83
14. Iteration mit Schwelle: 8.66
15. Besuche Knoten 0
16. Besuche Knoten 1
17. Besuche Knoten 3
18. Schwelle mit Heuristik überschritten: 12.32
19. Besuche Knoten 4
20. Schwelle mit Heuristik überschritten: 8.83
21. Besuche Knoten 2
22. Besuche Knoten 5
23. Schwelle mit Heuristik überschritten: 8.83
24. Iteration mit Schwelle: 8,83
25. Besuche Knoten 0
26. Besuche Knoten 1
27. Besuche Knoten 3
28. Schwelle mit Heuristik überschritten: 12.32
29. Besuche Knoten 4
30. Besuche Knoten 2
31. Besuche Knoten 5
32. Besuche Knoten 6
33. Den Knoten gefunden, den wir suchen!

Endgültig niedrigster Abstand von Knoten 0 zu Knoten 6: 9

Beachten Sie, dass der Algorithmus in der Iteration, in der er den Zielknoten gefunden hat, nicht weiter von Knoten 3 aus nach unten gesucht hat. Wenn Knoten 3 Kinder gehabt hätte, während Iterative Deepening DFS sie möglicherweise (und unnötig!) Erkundet hätte, hätte Iterative Deepening A Star dies nicht getan.

Laufzeit des Algorithmus

Die Laufzeitkomplexität von Iterative Deepening A Star entspricht im Prinzip der von Iterative Deepening DFS. In der Praxis können jedoch viele der Pfade eliminiert werden, bevor wir untersucht werden, wenn wir eine gute Heuristik wählen, was zu einer signifikanten Zeitverbesserung führt. Weitere Informationen darüber, wie die Heuristik die Komplexität beeinflusst, finden Sie im Wikipedia-Artikel.

Speicherkomplexität des Algorithmus

Die räumliche Komplexität von Iterative Deepening A Star ist die Speichermenge, die für den Baum oder das Diagramm benötigt wird. O(| N|), |N| = Anzahl der Knoten im Baum oder Diagramm, die für Bäume durch b^d ersetzt werden können, wobei b der Verzweigungsfaktor und d ist die Tiefe. Unabhängig davon, welchen Platz die Heuristik benötigt.

C ist eine kompilierte Sprache, die für viele Zwecke verwendet wird, obwohl sie hauptsächlich in Systemen zu finden ist, in denen Wichtigkeit wichtig ist. Dies liegt daran, dass C viel Unterstützung auf niedriger Ebene für die Optimierung bietet, auf Kosten der Tatsache, dass einige der praktischen Abstraktionen, die andere Sprachen bieten, nicht vorhanden sind. C tritt daher hauptsächlich in Situationen auf, in denen die verfügbare Rechenleistung gering ist, wie beispielsweise eingebettete Systeme, oder in Situationen, in denen die erforderliche Rechenleistung hoch ist, wie z. B. Simulation oder Deep Learning.

“Hello World” in C

Das Wichtigste zuerst - hier erfahren Sie, wie Sie Ihre erste Codezeile in C ausführen können.

1. Wenn Sie unter Linux oder Mac arbeiten, laden Sie die neueste Version von GCC, einem C-Compiler, von gcc.gnu.org herunter und installieren Sie sie. Sie können auch eine frühere Version herunterladen, wenn Ihr Anwendungsfall dies erfordert.
2. Wenn Sie unter Windows arbeiten, können Sie auch GCC installieren, obwohl dies zu Problemen führen kann. Sie haben auch andere Optionen, z. hier.

3. Öffnen Sie ein Terminal, stellen Sie sicher, dass der Befehl gcc funktioniert (oder der entsprechende Befehl für den von Ihnen verwendeten Compiler) und dass sich der Befehl, den Sie verwenden werden, auf die Version bezieht, die Sie gerade durch Ausführen installiert haben gcc --version. Wenn der Fehler “Befehl nicht gefunden” (oder ähnlich) angezeigt wird, starten Sie die Befehlszeile und, falls dies nicht hilft, Ihren Computer neu. Wenn das Problem weiterhin besteht, finden Sie hier einige hilfreiche Forumfragen für jede Plattform:

   • Windows
   • Mac
   • Linux

4. Sobald dies funktioniert, kopieren Sie das folgende Snippet in eine Datei mit dem Namen HelloWorld.c:

   #include<stdio.h>
   int main() {
   printf("Hello World\n");
   return 0;
   }

5. Ändern Sie das Verzeichnis, indem Sie “cd path / to / HelloWorld” eingeben, dann “gcc HelloWorld.c” ausführen, um die Datei zu kompilieren (die den Bytecode erstellt), und dann “. / A.out” ausführen. Dies sollte “Hello World” auf Ihrem Terminal drucken.

Das ist es! Personen, die mehrere Programmiersprachen kennen, werden feststellen, dass die Eintrittsbarriere in C etwas niedriger ist als in Java, obwohl sie niedriger ist, während die Eintrittsbarriere für Python niedriger ist, obwohl sie höher ist. Meine persönliche Beobachtung ist, dass Sprachen auf niedriger und hoher Ebene tendenziell niedrige Eintrittsbarrieren aufweisen, während Sprachen auf mittlerer Ebene höhere Barrieren aufweisen.

Grundlagen in C

Um in C implementierte Algorithmen und Technologien zu verstehen, muss man zunächst verstehen, wie grundlegende Programmierkonzepte in dieser bestimmten Sprache aussehen. Jedes der folgenden Snippets sollte mit den oben genannten Befehlen kompiliert und ausgeführt werden.

Variablen und Arithmetik

Variablen in C sind statisch typisiert, was bedeutet, dass der Inhalt einer Variablen beim Schreiben des Codes angegeben werden muss. Der Datentyp für ganze Zahlen ist beispielsweise “int”. Zahlen mit Dezimalstellen werden je nach erforderlicher Genauigkeit mit “float” oder “double” eingegeben. Der Typ für Text ist “String”.

#include<stdio.h>

int main() {
    int number = 5;
    double decimalNumber = 3.25;
    double result = number * decimalNumber;
    char callout [] = "The number is ";
    // In this instance, the values are concatenated rather than added because one of them is a String.
    printf("%s", callout);
    printf("%f", result);
    printf("\n");
    return 0;
}

Arrays

Arrays in C sind real Arrays (im Gegensatz zu beispielsweise Python, wo sie als Listen implementiert sind). Dies hat zur Folge, dass die Größe beim Erstellen festgelegt werden muss und nicht geändert werden kann, aber auch, dass sie in C effizienter sind als in Python. Im Gegensatz zu Java überprüft C auch keine Array-Grenzen. Wenn Sie auf einen Index zugreifen, der nicht vorhanden ist, liest das Programm alles, was sich an dieser Stelle im Speicher befindet (was wahrscheinlich Kauderwelsch sein wird).

int integers[5];
integers[3] = 12; // Assigning values to positions in the array
printf("%d\n", integers[0]); // will be 0
printf("%d\n", integers[3]); // will be 12
printf("%d\n", integers[6]); // will print something random that happened to be at that location in memory
return 0;

Bedingungen

Wie die meisten Programmiersprachen kann C “if-else” -Anweisungen ausführen. Zusätzlich kann C auch “switch-case” -Anweisungen ausführen.

int value = 5;
    if(value == 5){
        printf("%s\n", "Value is 5");
    } else if(value < 5){
        printf("%s\n", "Value is less than 5");
    } else {
        printf("%s\n", "Value is something else");
    }
    
    switch (value){
        case 1:
            printf("%s\n", "Value is 1");
            break; // Don't go further down the cases
        case 2:
            printf("%s\n", "Value is 2");
            break; // Don't go further down the cases
        case 3:
            printf("%s\n", "Value is 3");
            break; // Don't go further down the cases
        case 4:
            printf("%s\n", "Value is 4");
            break; // Don't go further down the cases
        case 5:
            printf("%s\n", "Value is 5");
            break; // Don't go further down the cases
        default:
            printf("%s\n", "Value is something else");
    }

Der obige C-Code gibt zweimal “Wert ist 5” aus.

Schleifen

C unterstützt “for” -, “while” - und “do while” -Schleifen. Die Anweisungen break undcontinue werden ebenfalls unterstützt. Das folgende Beispiel zeigt die Unterschiede:

int value = 2;
for (int i = 0; i < value; i++) {
    printf("%d\n", i);
}
while (value > 0) {
    printf("%d\n", value);
    value--;
}
do {
    printf("%d\n", value);
    value--;
} while (value > 0);

Dadurch wird Folgendes auf das Terminal gedruckt:

0
1
2
1
0

Beachten Sie die letzte “0”: Sie wird gedruckt, weil in der “do-while” -Schleife im Vergleich zur “while” -Schleife. Der Codeblock wird mindestens einmal ausgeführt, bevor die Bedingung überprüft wird.

Funktionen

Funktionen in C können ähnlich wie Java deklariert werden, erfordern jedoch weniger Boilerplate, da sie nicht Teil von Klassen oder Objekten sein müssen. Hier ist ein minimales Beispiel für eine Funktion:

#include<stdio.h>

int addNumbers(int numberOne, int numberTwo) {
    return numberOne + numberTwo;
}

int main() {
    printf("%d\n", addNumbers(3, 4));
}

Syntax

C erfordert die Verwendung von geschweiften Klammern ({}), um Codeblöcke in Bedingungen, Schleifen, Funktionen usw.; Außerdem sind am Ende der Anweisungen Semikolons erforderlich. Dies kann zwar zu lästigen Syntaxfehlern führen, bedeutet jedoch auch, dass die Verwendung von Leerzeichen für die bevorzugte Formatierung (z. B. Einrücken von Codeteilen) den Code nicht beeinflusst. Beachten Sie, dass die Syntax von C Java sehr ähnlich ist. Die Syntax von Java und viele andere Sprachen, die nach C kamen und / oder von C abgeleitet wurden, kopieren viele Aspekte seiner Syntax.

Fortgeschrittenes Wissen zu C

C wurde erstmals 1972 veröffentlicht, ist statisch typisiert und wurde mit verschiedenen Implementierungen auf viele Plattformen portiert (eine davon ist GCC, die in diesem Artikel vorgestellt wurde). Für weitere Informationen hat C einen großartigen Artikel Wikipedia.