Uploaded by toxtayevsunnatillo

1-MUSTAQIL ISH OR

advertisement
O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI AXBOROT
TEXNOLOGIYALARI VA KOMMUNIKATSIYALARINI
RIVOJLANTIRISH VAZIRLIGI
MUHAMMAD AL-XORAZMIY NOMIDAGI
TOSHKENT AXBOROT TEXNOLOGIYALARI
UNIVERSITETI
QARSHI FILIALI
“Kampyuter Injenering” FAKULTETI
3-BOSQICH 17_21 S -GURUH TALABASINING
Algoritmlarni loyihalash fanidan
Mustaqil ishi №1
Bajardi:
Qabul qildi:
S.T.To’xtayev
BEGULOV O. U.
QARSHI-2024
1-mustaqil ish.
REJA:
Algoritm murakkabligining statik va dinamik o‘lchovlari. Vaqt
va xotira hajmi bo‘yicha qiyinchiliklar Algoritmlarni eng yomon
va o‘rtacha holatlarda baholash. Algoritmlarni vaqt va hajmiy
murakkabligini baholashda tekis va logorifmik solishtirma
mezonlari. Ketma – ketliklar, to’plamlar, daraxtlar, graflarni
ifodalash usullari. Taqribiy integrallash usullarini aniqligi va
hisoblash hajmi bo‘yicha taqqoslash. Algebraik va transtsendent
tenglamalarni taqribiy yechish usullarini yaqinlashish tezligi
bo‘yicha baholash.
Algoritm murakkabligini statik va dinamik o‘lchovlari. Vaqt va xotira hajimi
bo‘yicha qiyinchiliklar
Reja:
1. Algoritm murakkabligini baholash. Xotira yoki vaqt.
2.Murakkablikni baholash.
3. Rekursiv algoritmlarni baholash
4.Xulosa
5.Adabiyotlar
Algoritm murakkabligini baholash. Xotira yoki vaqt.
Mavjud algoritmlarning ko’pchilig xotira va tezlik o’rtasida tanlovni
taklif qiladi. Masala tez ishlashi va katta xotira egallashi yoki sekin ishlashi va
kichik xotira hajmini egallashi mumkin. Bu holatda eng odatiy misollardan biri
eng qisqa masofani topish masalasi bo’la oladi. Bunda siz o’zaro bog’liq
bo’lgan shahar orasidagi istalgan ikki nuqta orasidagi eng qisqa masofani
topishingiz kerak bo’ladi. Bunda biz barcha nuqtalar orasidagi qisqa
masofalarni aniqlab ularni jadval shaklida saqlab qo’yishimiz mumkin. Va biz
eng qisqa masofani aniqlashimizga to’g’ri kelganda shunchaki jadvaldan
ma’lumotni olib qo’yishimiz mumkin bo’ladi.
Natijani shu zahoti olishimiz mumkin, ammo bu juda katta hajm talab
qiladi. Masalan biror katta xaritada 10 minglab nuqtalar bo’lishi mumkin va
bizning jadvalimiz buning uchun 10 milliarddan ortiq ma’lumotni
saqlashiga to’g’ri keladi va bu taxminan 10GB ga yaqin xotirani band etishi
mumkin.
Ushbu holatdan hajm-vaqt murakkabligi kelib chiqadi. Shunda algoritm
vaqt bo’yicha ishlash tezligi yoki hajm bo’yicha ishlash tezligi bilan baholanadi.
Biz asosiy e’tiborni vaqt bo’yicha murakkablikka qaratamiz lekin shu
bilan birga foydalaniladigan xotira hajmini ham aniq belgilashimizga
to’g’rikeladi.
Ketma-ketlikni baholash.
Biz algoritmlarni o’zaro baholashimizda ularga kiruvchi ma’lumotni ham
e’tiborga olishimizga to’g’ri keladi. Chunki ayni bir saralash algoritmi uchun
1000 ta kiruvchi elementni saralash 1s, 100 000 element uchun esa 4-5 soniya
ketadigan bo’lsa, boshqa bir algoritm uchun esa bor-yo’g’i 2 s ketishi mumkin.
Bunday sharoitda qaysi algoritm yaxshi ekanini aytish mushkuldir.
Umumiy holatda esa algoritmni murakkabligini ayni bir kattalik bilan
baholash mumkin bo’ladi. Buni quyidagicha tushunish mumkin: agar
algoritmga kiruvchi N ma’lumotlar oshganida algoritmning bajarilish vaqti f(N)
funksiya bilan bir xilda ortsa algoritm O(f(N)) murakkablikka ega deyiladi.
Keling, yaxshisi A[NxN] matritsaning har bir qatoridagi
maksimalelementni topishni ko’rib chiqamiz:
Ushbu algoritmda i o’zgaruvchi 0 dan N-1 gacha o’zgarib kelyapti
hamda uning har bir o’zgarishida j o’zgaruvchi ham shu oraliqda o’zgaryapti.
Demak bunda jami N*N marta takrorlanish sodir bo’lyapti. Bundan esa f(N) =
N*N ga teng bo’ladi va algoritmning murakkabligi O(N*N) ekanligini
aniqlashimiz mumkin.
Endi algoritmni murakkablik darajasini baholashni ko’rib
chiqaylik. Bunda algoritmdagi eng tez o’suvchi qismdan foydalanish
kerak bo’ladi.
Tasavvur qiling algoritm N^3 + N murakkablikka ega bo’lsin. Bunda biz
murakkablikni O(N^3) deb olishimiz yetarli bo’ladi. Chunki bu yerda tez
o’suvchi qism bu N^3. Ya’ni +N ta qo’shimcha amalni hisoblashning hojati
qolmaydi. Misol uchun N=100 bo’lsin, shunda jami 1000100 ta amal bajariladi
va bu N^3 dan atigi 0.01% gagina farq qiladi.
Murakkablikni baholash.
Dasturdagi murakkab algoritmlar asosan funksiya va protseduralarda
bo’ladi. Keling, buni ko’rish uchun Fast hamda Slow nomli funksiyalar yaratib
olaylik va bu funksiyalarning turli xil ko’rinishdagi murakkabligini baholab
ko’raylik.
Demak ushbu kodni ko’rib chiqamiz.
Slow funksiyasi O(N^3) murakkablikka ega bo’lib unda ichma ich 3 ta for
sikli mavjud: N*N*N. Buni osonlik bilan ko’rish mumkin.
Endi Fast funksiyasini ko’radigan bo’lsak unda ichma-ich 2 ta for sikli
mavjud. Ammo ikkinchi siklda biz Slow funksiyasini chaqirganmiz. Bu esa
algoritmning murakkabligini yanada oshiradi, ya’ni O(N^2) * O(N^3) =
O(N^5).
Both funksiyasida biz ikkala funksiyadan ham foydalandik. Bunda
funksiyalar ketma-ket qo’llangani sabab ular ichidan murakkabligi katta
bo’lgan funksiya asosiy funksiyaning murakkabligi bo’ladi ya’ni O(N^2) +
O(N^5) = O(N^5). Endi berilgan N=100 da algoritmning ishlash vaqtini
ko’radigan bo’lsak u quyidagicha:
Demak bu Both funksiyasi 570 soniyadan ko’proq vaqt ishladi. Boshqa
xarakteristikadagi mashinada bu ko’p yoki kam bo’lishi mumkin.
Xulosa qiladigan bo’lsak oddiy takrorlanish algoritmlarining
murakkabligi undagi takrorlanishlarning soniga bog’liq bo’ladi va buni aniqlash
ancha oson.
Rekursiv algoritmlarni baholash.Oddiy rekursiya.
Rekursiv funksiyalar bu o’z-o’zini chaqiruvchi funksiyalardir.
Rekursiv algoritmlarni baholash juda murakkabdir. Ularning murakkabligini
baholash nafaqat ichki foydalanilgan funksiyalar, yana rekursiyaning
takrorlanishiga ham bog’liq bo’ladi. Keling oddiy rekursiya misolida
faktorialni hisoblash funksiyasini ko’raylik:
Ushbu rekursiv funksiyada ortiqcha sikllar va ortiqcha funksiyalar
mavjud emas shuning uchun bu funksiya faqat N marta takrorlanadi va uning
murakkabligi O(N) ga teng bo’ladi. Ushbu dasturning ishlash vaqti
quyidagicha:
Bundan tashqari rekursiv funksiyalarda rekursiya chuqurligi ya’ni
rekursiyaning qancha marotaba takrorlanishi muammosi mavjuddir. Bu esa
mashinaning xotira bilan bog’liq muammolariga bog’liqdir.
Xulosa o’rnida aytadigan bo’lsak, algoritmlar asosan quyidagicha
ko’rinishdagi murakkabliklarda bo’ladi va barcha algoritmlarni baholashimiz
uchun mana shu murakkabliklar yetarli bo’ladi:
1. C yoki O(1) - algoritm o’zgarmas vaqtda bajariladi.
2. O(log(log(N)))
3. O(log(N))
4. O(N^C) 0<C<1
5. O(N)
6. O(N*log(N))
7. O(N^C) C > 1
8. O(C^N) C > 1
9. O(N!)
Agar biz ushbu murakkablikni aniqlaydigan bo’lsak:
O(log(N) + N!) = O(N!). Bunda f(N) = N! funksiya f(N) = log(N)
funksiyadan ko’ra tezroq o’suvchi. Shuning uchun algoritmning
murakkabligini O(N!) deb olishimiz yetarli bo’ladi. Quyida
murakkabliklarning turli kiruvchi ma’lumotlardagi bajarilish vaqti
keltirilgan:
Kompyuterlar tezligining oshishi bilan u yoki bu algoritmning ishlashi maqbul vaqt
ichida bajariladigan parametrlarning qiymati ham oshadi. Shunday qilib,
miqdorning o'rtacha qiymati oshadi va shuning uchun tez va sekin algoritmlarning
bajarilish vaqtining nisbati oshadi. Kompyuter tezroq ishlaydi, yomon algoritmdan
foydalanganda nisbiy yo'qotish katta bo'ladi!
Algebraik va transsendent tenglamalar haqida tushuncha.
Noma’lum qatnashgantenglikka tenglama deyiladi. f(x)=g(x) tenglikdan noma’lum
x
ni
qiymatini
topish,
tenglamani
yechish
deyiladi.
Tenglama - bu ikki funksiyaning qiymatlari f (x, y, ...) = g (x, y, ..) ga teng
bo'lganda, argumentlarning qiymatlarini topish muammosining analitik yozuvidir.
Bu funksiyalarga bog'liq bo'lgan argumentlar odatda noma'lum deb ataladi va
funksiyalar qiymatlari teng bo'lgan noma'lum qiymatlari yechimlar yoki ildizlar deb
ataladi.
Algebraik
tenglama
quyidagi
ko’rinishga
ega:
P(x1,x2,..xn)=Q(x1,x2,…xn)
Bu yerda P va Q – ratsional sonli koeffitsentlar bilan berilgan ko’phadlar.
Chiziqli tenglama – noma’lumning birinchi darajasi qatnashgan tenglamadir.
Chiziqli tenglama quyidagi ko’rinishda bo’lishi mumkin. ax+b=0. a,b, berilgan
sonlar.
Ko’pgina amaliy hollarda murakkab shaklda berilgan tenglamalarni algebraik
yechish usullari mavjud emas va ularni analitik yechib bo’lmaydi. Transendent
tenglamalar uchun aniq yechim bir necha xususiy holatda bo'lishi mumkin.
Agar tenglamalarni yechishda aniq yechim topilmasa taqribiy usullar qo’llaniladi.
Masalan, takrorlanadigan yondashuvlar usullari bilan taqribiy yechimni olish
mumkin.
Amaliyotda, ba’zi masalalarda f(x)=0 ko‘rinishdagi bir noma’lumli chiziqsiz
tenglamalarni yechishga to‘g‘ri keladi.
Agar f(x) funksiya ko’phadlardan iborat bo’lsa, u algebraik, agar tenglama
trigonometric,
algebraic
va
logarifmik
ko’rinishlarda
bo’lsa, transcendent tenglamalar deyiladi. Bunda f(x) [a,b] oraliqda aniqlangan
funksiya bo‘lib, f(t)=0 bo‘lsa, x=t ni tenglamaning yechimi-ildizi deyiladi.
Tenglamaning aniq yechimini topish qiyin bo‘lgan hollarda uning taqribiy yechimini
topishga
to‘g‘ri
keladi,
bu
ikki
bosqichga
bo‘linadi.
1) Yechimni ajratish(yakkalash), ya’ni yagona yechim yotgan intervalni aniqlash;
2) Taqribiy yechimni topilgan intervalda berilgan aniqlikda topish.
Tenglamaning yagona yechimi yotgan oraliqni aniqlash uchun quyidagi
teoremadan foydalaniladi.
1-teorema . Aytaylik,
1) f(x) funksiya [a,b] kesmada uzluksiz va (a,b) intervalda hosilaga ega bo‘lsin;
2) f(a).f(b)<0, ya’ni f(x) funksiya kesmaning chetlarida har xil ishoraga ega bo‘lsin;
3) fґ(x) hosila (a,b) intervalda o‘z ishorasini saqlasin.
U holda, tenglama [a,b] oraliqda yagona yechimga ega bo‘ladi.
Hozirgi paytda chiziqsiz tenglamalarni yechish uchun oldingi o’ringa sonli-taqribiy usullar
chiqib oldi. Bu usullar o’zlarining umumlashgani, tenglamani yetarli aniqlikda yecha olishi bilan
ajralib turadi. Shuning uchun chiziqsiz tenglamalarni yechishning sonli-taqribiy usullari uchun
dastur ta’minotlarini yaratilishi muhim va aktual masala hisoblanadi.
Chiziqsiz tenglamalardan na’munalar:
1.
2.
3.
4.
x3-3x2 +7x-6=0
x2 -sin x =0
ln |7x|-cos 6x=0
e2x-x=0
Chiziqsiz tenglamalarni sonli-taqribiy usullar bilan yechishni tashkil qilish uchun tenglamaning nechta
yechimi mavjud ekanligi yoki umuman yechimi yo’qligi haqida ma’lumotga ega bo’lishimiz kerak. Bundan
tashqari, tenglamaning yagona yechimi yotgan oraliqni ham aniqlashga to’g’ri keladi. Buning uchun
berilgan tenglamani yechishning grafik usulidan foydalanamiz.
Bizga quyidagi umumiy holda yozilgan chiziqsiz tenglama berilgan bo’lsin:
f(x)=0 ( 1 )
Tenglamaning y=f(x) funksiyasini grafigini OXY dekart koordinatalar sistemasida ko’ramiz.
Funksiya grafigining OX o’qini kesib o’tgan xyechim nuqtasi tenglamaning qidirilayotgan yechimi
hisoblanadi.
Yechim joylashgan oraliqni funksiyani ishorasini almashtirish shartidan foydalanib aniqlash mumkin:
f(a) f(b)<0
Shunday qilib, tenglamaning yechimi yotgan oraliq va uning qiymati haqida yetarli ma’lumotga ega
bo’ldik.
Yuqorida eslatganimizdek chiziqsiz tenglamalarni ularni qaysi tipga tegishliligiga qarab
yechimni analitik, ya’ni formula ko’rinishda aniqlash mumkin. Lekin, ko’pincha chiziqsiz
tenglamani analitik yechimlarini formulalar yordamida aniqlash imkoniyati bo’lmaydi. Shuning
uchun ixtiyoriy chiziqsiz tenglamani yechishning EHMdan foydalanishga mo’ljallangan sonlitaqribiy usullariga e’tibor kuchayib bormokda.
Bu usullar jumlasiga quyidagilarni kiritish mumkin:




oddiy ketma-ketlik (iterasiya);
oraliqni teng ikkiga bo’lish;
urinmalar (Nyuton);
vatarlar (xord) va boshqalar
Sanab o’tilgan usullardan oraliqni teng ikkiga bo’lish va vatarlar usuli to’g’ri
tanlangan oraliqlarda ko’tilgan natijalarni uzoqroq vaqt sarflab bo’lsa ham aniqlab
beradi. Urinmalar va oddiy ketma-ketlik usullari esa mos ravishda to’g’ri tanlangan
boshlang’ich qiymat va |(x)|<<1 shartda o’ta tezlik bilan taqribiy yechimni zarur
aniqlikda topish imkoniyatini yaratadi.
Xulosa
Bir xil muammoni hal qilishning to'rtta algoritmini ko'rib chiqing, ular
qiyinchiliklarga duch keladi va mos ravishda. Aytaylik, ushbu algoritmlarning
ikkinchisi parametr qiymati bo'lgan ba'zi bir kompyuterda bajarilishi uchun bir
daqiqalik vaqtni talab qiladi. Keyin ushbu to'rtta algoritmni bir xil kompyuterda
parametrning turli qiymatlarida bajarilish vaqti taxminan 10,300,000 yil bilan bir
xil bo'ladi
Dasturchilar o'z dasturlarini sinashni boshlashganda, ularga bog'liq bo'lgan
parametrlarning qiymati odatda kichik bo'ladi. Shuning uchun, dasturni
yozishda samarasiz algoritm ishlatilgan bo'lsa ham, u e'tiborga olinmasligi
mumkin. Ammo, agar siz bunday dasturni real sharoitlarda qo'llashga
harakat qilsangiz, unda uning amaliy foydasizligi darhol namoyon bo'ladi
Adabiyotlar:
1. Abramov S.A. i dr. Zadachi po programmirovaniyu.-M.:Nauka, 1988.-224
str.
2. Гуломов С.С. ва бошқалар. Ахборот тизимлари ва технологиялари.
Тошкент,
2000
3. Axo A., Xopkroft Dj. Postroyeniye i analiz vychislitelnyx algoritmov.
- M: Mir, 1979 g., 535 s.
4. Virt N.. Algoritmy i struktury dannyx. – Dossa, Xamarayan, 1997.
5. Knut D. Iskusstvo programmirovaniya dlya EVM. Osnovnye algoritmy.-M:
Mir, 2000 g.
6. Kormen T., Leyzerson Ch., Rivest R. Algoritmy: postroyeniye i analiz. M.:
MSNMO, 2001.- 960 s.
7. Lebedev V.I. Vvedeniye v sistemy programmirovaniya. M: Statistika,
1975.
8. Polyakov D.B., Kruglov I.Yu. Programmirovaniye v srede Турбо Пасcал:
Sprav.-metod. posobiye.- M.: Izd-vo MAI, 1992.-576 s.
Download