Bài giảng Lập trình - Bài: Giới thiệu về thuật toán - Phạm Minh Tuấn

Nhập môn lập trình 
Trình bày: ; Email: @fit.hcmus.edu.vn 
Khái niệm về thuật toán 
Chương trình cài đặt thuật toán 
Độ phức tạp của thuật toán 
Các vấn đề tìm hiểu mở rộng kiến thức 
nghề nghiệp 
Thuật ngữ và bài đọc thêm tiếng Anh 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 2 
• Máy tính là một công cụ đắc lực hỗ trợ 
con người trong việc tính toán và xử lý. 
• Phát biểu bài toán bằng ngôn ngữ tự 
nhiên không thể là đầu vào cho máy tính. 
• Con người phải mô hình hóa bài toán 
thông qua những cấu trúc dữ liệu, vốn 
được hỗ trợ bởi các ngôn ngữ lập trình, từ 
cơ sở đến nâng cao như mảng, cấu trúc, 
tập hợp, đồ thị, cây,  
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 4 
• Trên cơ sở mô hình dữ liệu đã được xây 
dựng, con người phải chỉ ra cho máy tính 
một cách thức để giải quyết bài toán (gọi 
là thuật toán hay giải thuật). 
• Thuật toán có thể hiểu là một qui trình xử 
lý bao gồm các bước cụ thể có thể thực 
hiện để giải quyết một bài toán. 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 5 
• Mỗi thuật toán cần đáp ứng 6 tiêu chuẩn: 
– Tính hữu hạn: Thuật toán phải kết thúc thực thi sau một số lượng hữu 
hạn các bước xử lý. 
– Tính xác định: Mỗi bước xử lý phải được mô tả rõ ràng, chính xác, 
không nhập nhằng. 
– Tồn tại dữ liệu đầu vào: Thuật toán phải có dữ liệu đầu vào hợp lệ, 
được mô tả rõ ràng. 
– Tính có kết quả: Thuật toán phải cho ra kết quả đúng trên cơ sở dữ 
liệu đầu vào hợp lệ. 
– Tín hiệu quả: Mỗi bước xử lý phải đơn giản với thời gian thực thi hữu 
hạn. Trong thực tế điều này có nghĩa là phải thực thi trong khoảng thời 
gian có thể chấp nhận được. 
– Tính phổ dụng: Thuật toán có thể áp dụng để xử lý một họ các bài 
toán. 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 6 
• Chúng ta có thể sử dụng một trong bốn cách 
sau để mô tả thuật toán: 
– Ngôn ngữ tự nhiên: tiếng Việt, tiếng Anh,  
– Lưu đồ. 
– Mã giả: thường dựa vào cú pháp của một số 
ngôn ngữ lập trình thông dụng như Pascal, 
C/C++,  
– Ngôn ngữ lập trình cấp cao. 
• Không nên đi quá sâu vào chi tiết kỹ thuật 
làm mất đi tính trừu tượng của thuật toán. 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 7 
• Ví dụ tìm số lớn nhất trong dãy 
– Bước 1: Đặt số lớn nhất hiện tại bằng với số 
nguyên không dấu đầu tiên của dãy. 
– Bước 2: Nếu không còn số nguyên nào kế tiếp 
thì chuyển sang Bước 4. 
– Bước 3: Nếu số nguyên kế tiếp lớn hơn số lớn 
nhất hiện tại thì đặt số lớn nhất hiện tại bằng 
số nguyên kế tiếp này. Quay về Bước 2. 
– Bước 4: Số lớn nhất hiện tại chính là số lớn 
nhất của cả dãy, đây là kết quả của thuật toán. 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 8 
• Ví dụ tìm số lớn nhất trong dãy 
int timSoLonNhat(int a[], int n) { 
 int i, max; 
 for (i = 1; i < n; i++) 
 if (max < a[i]) 
 max = a[i]; 
 return max; 
} 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 9 
• Sử dụng các khối hình sau: 
– Các hình chữ nhật biểu thị các chỉ chị tính 
toán hay xử lý (nhập, xuất, gán, thực hiện 
phép tính). 
– Các hình thoi thể hiện các quyết định rẽ 
nhánh tùy theo biểu thức trong hình thoi có 
giá trị đúng (Đ) hay sai (S). 
– Các mũi tên là hướng đi của luồng điều khiển, 
thể hiện thứ tự thực hiện của các khối xử lý. 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 10 
• Ví dụ tìm số lớn nhất trong dãy 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 11 
Nhập dãy a0, a1, , an-1 
max  a0 
i  1 
i < n? 
max <ai? 
max  ai 
Xuất max 
i  i + 1 
S 
S 
Đ 
Đ 
• Ví dụ tìm số lớn nhất trong dãy 
max  a0 
i  1 
while i < n do 
 if max < ai then 
 max  ai 
 i  i + 1 
endwhile 
write (max) 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 12 
• Tổ chức dữ liệu cho mỗi hàm chương trình 
– Dữ liệu nhập, xuất và tính toán trung gian 
• Tổ chức các hàm cho chương trình 
– Hàm về nhập/xuất, xử lý (cài đặt các thuật toán) 
và chương trình chính, kết nối 
• Chạy thử nghiệm thuật toán 
– Chuẩn bị các bộ dữ liệu kiểm thử (dữ liệu nhập 
và kết quả mong đợi) 
– Chạy thử, ghi nhận kết quả và đánh giá đúng sai 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 14 
• Đối với một vấn đề đặt ra có thể tồn tại 
rất nhiều thuật toán xử lý. 
• Ngoài việc phải chỉ ra rằng một thuật toán 
có tính đúng đắn ta còn phải biết thuật 
toán nào tốt hơn khi giải quyết cùng một 
vấn đề (theo nghĩa chạy nhanh hơn hay 
độ phức tạp thấp hơn). 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 16 
• Trong cùng một điều kiện hoạt động (dữ 
liệu đầu vào, tốc độ phần cứng, ) thì 
thuật toán nào cho kết quả sớm nhất sẽ là 
thuật toán tốt nhất. 
• Tuy nhiên, để đảm bảo điều kiện hoạt 
động đồng nhất là rất khó vì trong hệ 
thống đa nhiệm thì CPU không dành 
100% công suất để phục vụ riêng cho 
chương trình đang chạy thử nghiệm. 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 17 
• Không phải bất cứ nhóm thuật toán nào 
cũng có thể được cân đo, đong đếm một 
cách tường minh. 
• Ví dụ tìm số Fibonacci thứ n, biết 
F0 = F1 = 1 
Fn = Fn-1 + Fn-2 nếu n ≥ 2 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 18 
• Thuật toán thứ nhất 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 19 
Mã giả Cài đặt bằng C/C++ 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
Computing: Fibonacci(n) 
if n <= 1 then 
 Result = n 
else 
 a = 0, b = 1 
 for each k = 2, , n do 
 c = a + b; 
 a = b 
 b = c 
 endfor 
 Result = c 
endif 
write (Result) 
int Fibo1(int n) { 
 int a, b, c, k; 
 if (n <= 1) 
 return n; 
 a = 0; b = 1; 
 for (k = 2; k <= n; k++) { 
 c = a + b; 
 a = b; 
 b = c; 
 } 
 return c; 
} 
• Thuật toán thứ hai 
11/10/2012 Khoa CNTT - ĐH Khoa học tự nhiên 20 
Mã giả Cài đặt bằng C/C++ 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
Computing: Fibonacci(n) 
if n <= 1 then 
 Result = n 
else 
 A = Fibonacci(n – 2) 
 B = Fibonacci(n – 1) 
 Result = A + B 
endif 
write (Result) 
int Fibo2(int n) { 
 if (n <= 1) 
 return n; 
 int A = Fibo2(n – 1); 
 int B = Fibo2(n – 2); 
 return A + B; 
} 
• Đánh giá độ p