數值演算法穩定性

1. 數值計算方法

1. 數值計算的結果是離散的，並且一定有誤差，這是數值計算方法區別與解析法的主要特徵。 2. 注重計算的穩定性。控制誤差的增長勢頭，保證計算過程穩定是數值計算方法的核心任務之一。 3. 注重快捷的計算速度和高計算精度是數值計算的重要特徵。 4. 注重構造性證明。 5.數值計算主要是運用MATLAB這個數學軟體來解決實際的問題 6.數值計算主要是運用有限逼近的的思想來進行誤差運算數值積分

2. 數值計算的穩定性問題是什麼含義（遞推演算法）

對一個問題的求解可以有多種不同的方法，難易迥異。在計算機科學中往往把要解決的問題轉化為數學模型來加以解決。由於機器字長的限制和存貯空間
的有限性，不同的模型由於誤差的存在，往往使計算的結果存在很大的差異。若執行的結果與精確解之間的誤差很大的話，勢必會影響與之相關的數據的精確度。這
就引出了我們的問題：數值穩定性。

定義1對於一個已經存在的演算法，若輸入數據的誤差在計算過程中迅速增長而得不到控制，則稱該演算法是不穩定的，否則是數值穩定的。

3. 如何提高遞推估計演算法的數值穩定性

一次完成演算法，要求事先採集並存儲好所有的數據，然後進行一次運算，得到結果。遞推演算法，每次只需要輸入一個或幾個新的數據，然後不斷更新結果。因此，如果採集數據需要耗費的時間多，或者數據太大無法一次運算，就可以用遞推演算法。

4. 特點與應用

與本演算法實質相同的還有高斯消去法，但由於兩者形式上的差別，相比之下本演算法有如下四個優點：

（1）思路清晰，易於理解，結構簡單，便於編制計算機程序；

（2）對求解Ax＝（b₁，b₂，…，b_m）形式的一系列方程組，只需作一次LU分解可求解m個方程組，節約大量的計算時間；

（3）使用動態演算法，佔用內存少；

（4）可使用雙精度運算提高各式中形如 的計算精度，因此特別適用於微機計算。

本演算法與高斯消去法共同的特點是演算法的數值不穩定性。而數值穩定性對於求解一般方程組的演算法總是和演算法的運算速度等指標相互矛盾，選用具有高穩定性的演算法，其運算速度就較低。因此，在實際工作中若給定的方程組對穩定性要求不高時，應盡量選用簡便快速的演算法。由於方法本身的優越性，使得該方法備受人們青睞。

5. 數據結構 如何判斷演算法是否穩定

如果是復雜度，就多次測試的樣本方差大小，如果小，則演算法復雜度穩定
如果是排序，就看排序前後相同大小的元素相對位置有無變化，如果沒有，則穩定，穩定的排序演算法有冒泡排序，歸並排序和插入排序，其他的常用排序比如快排基本都不是穩定排序

6. 數值計算中穩定性是一個重要概念，什麼是穩定性

對一個問題的求解可以有多種不同的方法，難易迥異。在計算機科學中往往把要解決的問題轉化為數學模型來加以解決。由於機器字長的限制和存貯空間
的有限性，不同的模型由於誤差的存在，往往使計算的結果存在很大的差異。若執行的結果與精確解之間的誤差很大的話，勢必會影響與之相關的數據的精確度。這
就引出了我們的問題：數值穩定性。

定義1對於一個已經存在的演算法，若輸入數據的誤差在計算過程中迅速增長而得不到控制，則稱該演算法是不穩定的，否則是數值穩定的。

7. 數據結構中什麼是排序演算法的穩定性

第一章 數據結構基本概念
1、基本概念：理解什麼是數據、數據對象、數據元素、數據結構、數據的邏輯結構與物理結構、邏輯結構與物理結構間的關系。
2、面向對象概念：理解什麼是數據類型、抽象數據類型、數據抽象和信息隱蔽原則。了解什麼是面向對象。由於目前關於這個問題有許多說法，我們採用了一種最流行的說法，即Coad與Yourdon 給出的定義：面向對象 = 對象 + 類 + 繼承 + 通信。
要點：
·抽象數據類型的封裝性
·面向對象系統結構的穩定性
·面向對象方法著眼點在於應用問題所涉及的對象
3、數據結構的抽象層次：理解用對象類表示的各種數據結構
4、演算法與演算法分析：理解演算法的定義、演算法的特性、演算法的時間代價、演算法的空間代價。
要點：·演算法與程序的不同之處需要從演算法的特性來解釋
·演算法的正確性是最主要的要求
·演算法的可讀性是必須考慮的
·程序的程序步數的計算與演算法的事前估計
·程序的時間代價是指演算法的漸進時間復雜性度量

第二章 數組
1、作為抽象數據類型的數組：數組的定義、數組的按行順序存儲與按列順序存儲
要點：
·數組元素的存放地址計算
2、順序表：順序表的定義、搜索、插入與刪除
要點：
·順序表搜索演算法、平均比較次數的計算
·插入與刪除演算法、平均移動次數的計算
3、多項式：多項式的定義
4、字元串：字元串的定義及其操作的實現
要點：
·串重載操作的定義與實現

第三章 鏈接表
1、單鏈表：單鏈表定義、相應操作的實現、單鏈表的游標類。
要點：
·單鏈表的兩種定義方式（復合方式與嵌套方式）
·單鏈表的搜索演算法與插入、刪除演算法
·單鏈表的遞歸與迭代演算法
2、循環鏈表：單鏈表與循環鏈表的異同
3、雙向鏈表：雙向鏈表的搜索、插入與刪除演算法、鏈表帶表頭結點的優點
4、多項式的鏈接表示

第四章 棧與隊列
1、棧：棧的特性、棧的基本運算
要點：
·棧的數組實現、棧的鏈表實現
·棧滿及棧空條件、抽象數據類型中的先決條件與後置條件
2、棧的應用：用後綴表示計算表達式，中綴表示改後綴表示
3、隊列：隊列的特性、隊列的基本運算
要點：
·隊列的數組實現：循環隊列中隊頭與隊尾指針的表示，隊滿及隊空條件
·隊列的鏈表實現：鏈式隊列中的隊頭與隊尾指針的表示、
4、雙向隊列：雙向隊列的插入與刪除演算法
5、優先順序隊列：優先順序隊列的插入與刪除演算法

第五章 遞歸與廣義表
1、遞歸：遞歸的定義、遞歸的數據結構、遞歸問題用遞歸過程求解
要點：·鏈表是遞歸的數據結構，可用遞歸過程求解有關鏈表的問題
2、遞歸實現時棧的應用
要點：·遞歸的分層（樹形）表示：遞歸樹
·遞歸深度（遞歸樹的深度）與遞歸工作棧的關系
·單向遞歸與尾遞歸的迭代實現
3、廣義表：廣義表定義、廣義表長度、廣義表深度、廣義表表頭、廣義表表尾
要點：
·用圖形表示廣義表的存儲結構
·廣義表的遞歸演算法

第六章 樹與森林
1、樹：樹的定義、樹的基本運算
要點：
·樹的分層定義是遞歸的
·樹中結點個數與高度的關系
2、二叉樹：二叉樹定義、二叉樹的基本運算
要點：
·二叉樹性質、二叉樹中結點個數與高度的關系、不同種類的二叉樹棵數
·完全二叉樹的順序存儲、完全二叉樹的雙親、子女和兄弟的位置
·二叉樹的前序·中序·後序·層次遍歷
·前序
·中序
·後序的線索化二叉樹、前驅與後繼的查找方法
3、霍夫曼樹：霍夫曼樹的構造方法、霍夫曼編碼、帶權路徑長度的計算
4、樹的存儲：樹的廣義表表示、樹的雙親表示、樹與二叉樹的對應關系、樹的先根·中根·後根·層次遍歷。
5、堆：堆的定義、堆的插入與刪除演算法
要點：
·形成堆時用到的向下調整演算法及形成堆時比較次數的上界估計
·堆插入時用到的向上調整演算法

第七章 集合與搜索
1、集合的概念：集合的基本運算、集合的存儲表示
要點：
·用位數組表示集合時集合基本運算的實現
·用有序鏈表表示集合時集合基本運算的實現
2、並查集：並查集定義、並查集的三種基本運算的實現
3、基本搜索方法
要點：
·對一般表的順序搜索演算法（包括有監視哨和沒有監視哨）
·對有序順序表的順序搜索演算法、用判定樹（即擴充二叉搜索樹）描述搜索，以及平均搜索長度（成功與不成功）的計算。
·對有序順序表的折半搜索演算法、用判定樹（即擴充二叉搜索樹）描述搜索，以及平均搜索長度（成功與不成功）的計算。
4、二叉搜索樹：
要點：
·動態搜索樹與靜態搜索樹的特性
·二叉搜索樹的定義、二叉搜索樹上的搜索演算法、二叉搜索樹搜索時的平均搜索長度（成功與不成功）的計算。
·AVL樹結點上的平衡因子、AVL樹的平衡旋轉方法
·高度為h的AVL樹上的最少結點個數與最多結點個數
· AVL樹的搜索方法、插入與刪除方法

第八章 圖
1、圖：圖的定義與圖的存儲表示
要點：
·鄰接矩陣表示（通常是稀疏矩陣）
·鄰接表與逆鄰接表表示
·鄰接多重表(十字鏈表)表示
2、深度優先遍歷與廣度優先遍歷
要點：
·生成樹與生成樹林的定義
·深度優先搜索是個遞歸的過程，而廣度優先搜索是個非遞歸的過程
·為防止重復訪問已經訪問過的頂點，需要設置一個訪問標志數組visited
3、圖的連通性
要點：
·深度優先搜索可以遍歷一個連通分量上的所有頂點
·對非連通圖進行遍歷，可以建立一個生成森林
·對強連通圖進行遍歷，可能建立一個生成森林
·關節點的計算和以最少的邊構成重連通圖
4、最小生成樹
要點：
·對於連通網路、可用不會構成環路的權值最小的n-1條邊構成最小生成樹
·會畫出用Kruskal演算法及Prim演算法構造最小生成樹的過程
5、單源最短路徑
要點：
·採用逐步求解的方式求某一頂點到其他頂點的最短路徑
·要求每條邊的權值必須大於零
6、活動網路
要點：
·拓撲排序、關鍵路徑、關鍵活動、AOE網
·拓撲排序將一個偏序圖轉化為一個全序圖。
·為實現拓撲排序，要建立一個棧，將所有入度為零的頂點進棧
·關鍵路徑的計算

第九章 排序
1、基本概念：關鍵碼、初始關鍵碼排列、關鍵碼比較次數、數據移動次數、穩定性、附加存儲、內部排序、外部排序
2、插入排序：
要點：
·當待排序的關鍵碼序列已經基本有序時，用直接插入排序最快
3、選擇排序：
要點：
·用直接選擇排序在一個待排序區間中選出最小的數據時，與區間第一個數據對調，而不是順次後移。這導致方法不穩定。
·當在n個數據（n很大）中選出最小的5 ~ 8個數據時，錦標賽排序最快
·錦標賽排序的演算法中將待排序的數據個數n補足到2的k次冪2k-1<n≤2k
·在堆排序中將待排序的數據組織成完全二叉樹的順序存儲。
4、交換排序：
要點：
·快速排序是一個遞歸的排序方法
·當待排序關鍵碼序列已經基本有序時，快速排序顯著變慢。
5、二路歸並排序：
要點：
·歸並排序可以遞歸執行
·歸並排序需要較多的附加存儲。可以採用一種"推拉法"（參見教科書上習題）實現歸並排序，演算法的時間復雜度為O (n)、空間復雜度為O(1)
·歸並排序對待排序關鍵碼的初始排列不敏感，排序速度較穩定
6、外排序
要點：
·多路平衡歸並排序的過程、I/O緩沖區個數的配置
·外排序的時間分析、利用敗者樹進行多路平衡歸並
·利用置換選擇方法生成不等長的初始歸並段
·最佳歸並樹的構造及WPL的計算

第十章 索引與散列
1、線性索引：
要點：
·密集索引、稀疏索引、索引表計算
·基於屬性查找建立倒排索引、單元式倒排表
2、動態搜索樹
要點：
·平衡的m路搜索樹的定義、搜索演算法
·B樹的定義、B樹與平衡的m路搜索樹的關系
·B樹的插入（包括結點分裂）、刪除（包括結點調整與合並）方法
·B樹中結點個數與高度的關系
·B+樹的定義、搜索、插入與刪除的方法
3、散列表
要點：
·散列函數的比較
·裝填因子 a 與平均搜索長度的關系，平均搜索長度與表長m及表中已有數據對象個數n的關系
·解決地址沖突的（閉散列）線性探查法的運用，平均探查次數的計算
·線性探查法的刪除問題、散列表類的設計中必須為各地址設置三個狀態
·線性探查法中的聚集問題
·解決地址沖突的（閉散列）雙散列法的運用，平均探查次數的計算
·雙散列法中再散列函數的設計要求與表長m互質，為此m設計為質數較宜
·解決地址沖突的（閉散列）二次散列法的運用，平均探查次數的計算
·注意：二次散列法中裝填因子 a 與表長m的設置
·解決地址沖突的（開散列）鏈地址法的運用，平均探查次數的計算

8. 在數值計算中實現演算法的數值穩定性的若干方法

拿華騰的交通卡系統做例子吧
先說數據結構：
程序裡面有很多用戶信息，這些信息是用結構體存放，是用鏈表的形式，還是用哈希表等等的方法進行排列，這個就是數據結構

演算法：
要從這些數據結構里找出一個結點，是用遍歷搜索呢還是用折半搜索之類的方法，叫做演算法。

LZ可以體會下。

9. 數據結構裡面什麼是穩定的排序，什麼是不穩定的排序，怎麼看，什麼是穩定性

就是說在配需前後，各個關鍵字的相對位置不變。
舉個例子來說吧，假設在排序前數據排列如下：
排序前：5,6（1）,1,4,3,6（2）,（第一個6在第二個6之前）
排序後：1）如果排序後的結果是1,2,3,4,5,6（1），6（2）那麼就說此排序算 法是穩定的，即使穩 定的排序。
2）如果排序後的結果是1,2,3,4,5,6（2），6（1），即6（1）和6（2）相比較排序前
他們的相對順序改變了（第二個6排到第一個6之前了），那麼就說這次排序是不穩定的 排序
像快速排序、希爾排序等演算法都是不穩定排序演算法，冒泡排序、插入排序等演算法是穩定的排序演算法。
希望對你有幫助哦~~

10. 數據結構的排序演算法中，哪些排序是穩定的，哪些排序是不穩定的

一、穩定排序演算法

1、冒泡排序

2、雞尾酒排序

3、插入排序

4、桶排序

5、計數排序

6、合並排序

7、基數排序

8、二叉排序樹排序

二、不穩定排序演算法

1、選擇排序

2、希爾排序

3、組合排序

4、堆排序

5、平滑排序

6、快速排序

排序(Sorting) 是計算機程序設計中的一種重要操作，它的功能是將一個數據元素（或記錄）的任意序列，重新排列成一個關鍵字有序的序列。

一個排序演算法是穩定的，就是當有兩個相等記錄的關鍵字R和S，且在原本的列表中R出現在S之前，在排序過的列表中R也將會是在S之前。

不穩定排序演算法可能會在相等的鍵值中改變紀錄的相對次序，但是穩定排序演算法從來不會如此。不穩定排序演算法可以被特別地實現為穩定。

做這件事情的一個方式是人工擴充鍵值的比較，如此在其他方面相同鍵值的兩個對象間之比較，就會被決定使用在原先數據次序中的條目，當作一個同分決賽。然而，要記住這種次序通常牽涉到額外的空間負擔。

(10)數值演算法穩定性擴展閱讀：

排序演算法的分類：

1、通過時間復雜度分類

計算的復雜度（最差、平均、和最好性能），依據列表(list)的大小(n)。

一般而言，好的性能是 O(nlogn)，且壞的性能是 O(n^2)。對於一個排序理想的性能是 O(n)。

而僅使用一個抽象關鍵比較運算的排序演算法總平均上總是至少需要 O(nlogn)。

2、通過空間復雜度分類

存儲器使用量（空間復雜度）（以及其他電腦資源的使用）

3、通過穩定性分類

穩定的排序演算法會依照相等的關鍵（換言之就是值）維持紀錄的相對次序。