C语言算法问答集：探索算法的可视化

php中文网 2024-10-15 12:10:24

C 语言算法问答集：探索算法的可视化

算法的可视化是通过图形表示使其更易于理解和分析的过程。在 C 语言中，我们可以使用各种库和技术来实现算法的可视化。在这篇文章中，我们将探讨一些常见的算法及其可视化的实战案例。

排序算法

排序算法是数据结构中最常见的任务之一。它们根据特定标准重新排列数据元素。我们可以使用图形表示来显示排序过程中数据的移动。

实例：快速排序

#include <stdio.h>

void swap(int *a, int *b) {
  int temp = *a;
  *a = *b;
  *b = temp;
}

void quick_sort(int arr[], int start, int end) {
  if (start >= end) {
    return;
  }

  int pivot = arr[(start + end) / 2];
  int i = start, j = end;

  while (i <= j) {
    // 移动左指针，直到找到比 pivot 大的元素
    while (arr[i] < pivot) {
      i++;
    }

    // 移动右指针，直到找到比 pivot 小的元素
    while (arr[j] > pivot) {
      j--;
    }

    // 交换 i 和 j 处的元素
    if (i <= j) {
      swap(&arr[i], &arr[j]);
      i++;
      j--;
    }
  }

  // 递归排序左右两部分
  quick_sort(arr, start, j);
  quick_sort(arr, i, end);
}

int main() {
  int arr[] = {6, 3, 4, 8, 7};
  int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

  quick_sort(arr, 0, size - 1);

  printf("排序后的数组：n");
  for (int i = 0; i < size; i++) {
    printf("%d ", arr[i]);
  }
  printf("n");
  
  return 0;
}

我们可以使用图表来可视化快速排序的过程，其中图形的 x 轴代表数据元素的原始位置，y 轴代表排序后的位置。

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// 可视化代码
int main() {
  ...

  // 创建一个图表
  int max_value = arr[0];
  for (int i = 1; i < size; i++) {
    if (arr[i] > max_value) {
      max_value = arr[i];
    }
  }
  int **grid = (int **)malloc(sizeof(int *) * max_value);
  for (int i = 0; i < max_value; i++) {
    grid[i] = (int *)malloc(sizeof(int) * size);
  }

  // 初始化图表
  for (int i = 0; i < max_value; i++) {
    for (int j = 0; j < size; j++) {
      grid[i][j] = 0;
    }
  }

  // 可视化排序过程
  quick_sort(arr, 0, size - 1);
  for (int i = 0; i < size; i++) {
    int value = arr[i];
    for (int j = 0; j < value; j++) {
      grid[j][i] = 1;
    }
  }

  // 打印图表
  for (int i = max_value - 1; i >= 0; i--) {
    for (int j = 0; j < size; j++) {
      printf("%d ", grid[i][j]);
    }
    printf("n");
  }
  
  return 0;
}

图形算法

图形算法处理与图形相关的问题，例如查找最短路径、检测循环和计算连通分量。我们可以使用图形可视化工具来查看图形结构并跟踪算法的执行。

实例：深度优先搜索 (DFS)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct node {
  int value;
  struct node *next;
} Node;

typedef struct graph {
  Node **adj_list;
  int num_vertices;
  int num_edges;
} Graph;

void dfs(Graph *graph, int start) {
  Node *current = graph->adj_list[start];
  int visited[graph->num_vertices];
  for (int i = 0; i < graph->num_vertices; i++) {
    visited[i] = 0;
  }
  visited[start] = 1;

  printf("DFS 遍历：n");
  while (current != NULL) {
    if (visited[current->value] == 0) {
      printf("%d ", current->value);
      visited[current->value] = 1;
      dfs(graph, current->value);
    }
    current = current->next;
  }
}

int main() {
  Graph *graph = (Graph *)malloc(sizeof(Graph));
  graph->num_vertices = 4;
  graph->num_edges = 5;
  graph->adj_list = (Node **)malloc(sizeof(Node *) * graph->num_vertices);

  // 初始化邻接表
  for (int i = 0; i < graph->num_vertices; i++) {
    graph->adj_list[i] = NULL;
  }

  // 添加边
  add_edge(graph, 0, 1);
  add_edge(graph, 0, 2);
  add_edge(graph, 1, 2);
  add_edge(graph, 1, 3);
  add_edge(graph, 2, 3);

  dfs(graph, 0);

  return 0;
}

我们可以使用图形可视化库来可视化 DFS 的执行，其中节点用圆圈表示，边用线段表示。