• Школьный курс математики. Алгоритмы часто используются для достижения тех же целей, для которых служат и математические конструкции: решение уравнений, оптимизация и вычисление значений. В алгоритмах также применяются многие принципы, связанные с математическим мышлением, например необходимость использования точных определений. Иногда в своих рассуждениях мы заходим на математическую территорию, включая алгебру, теорему Пифагора, число пи и основы математического анализа. Я постарался избежать хитроумных рассуждений и ограничиться рамками школьного курса математики.
Каждый, кто уверенно чувствует себя в указанных областях, сможет легко усвоить весь материал книги. Она была написана для нескольких групп читателей.
• Учащиеся. Книга подходит для изучения вводного курса алгоритмов, информатики или программирования уровня средней или высшей школы.
• Профессионалы. Практикующие специалисты тоже смогут узнать много полезного из книги. Это и программисты, желающие освоить Python, и разработчики, которые хотят расширить свои знания в области основ информатики и улучшить код за счет алгоритмического мышления.
• Энтузиасты-любители. Они составляют настоящую целевую аудиторию книги. Алгоритмы затрагивают практически каждую часть нашей жизни, поэтому каждый читатель сможет найти в издании что-то интересное, расширяющее границы восприятия окружающего мира.
О книге
В книге не рассматриваются все аспекты всех известных алгоритмов; это лишь вводный курс. Прочитав ее, вы будете четко понимать, что такое алгоритм, как писать код для реализации важных алгоритмов, и оценивать и оптимизировать эффективность алгоритмов. Вы также познакомитесь со многими популярными алгоритмами, которыми пользуются профессионалы. Ниже представлена структура издания.
• В главе 1 «Алгоритмы при решении задач» мы обсудим, как ловим мяч, поищем доказательства существования подсознательного алгоритма, управляющего человеческим поведением, и выясним, как это может нам помочь в практической реализации алгоритмов и их разработке.
• В главе 2 «Алгоритмы в истории» мы совершим путешествие по миру и во времени, чтобы узнать, как древние египтяне и русские крестьяне умножали числа, древние греки находили наибольшие общие делители, а средневековые японские ученые строили магические квадраты.
• В главе 3 «Максимизация и минимизация» представлены методы градиентного подъема и градиентного спуска. Эти простые методы поиска максимумов и минимумов функций используются для оптимизации — важной цели многих алгоритмов.
• В главе 4 «Сортировка и поиск» представлены фундаментальные алгоритмы сортировки списков и поиска в них элементов. Вы также узнаете, как оценивать эффективность и скорость работы алгоритмов.
• В главе 5 «Чистая математика» мы займемся чисто математическими алгоритмами, включая алгоритмы построения непрерывных дробей, вычисления квадратных корней и генерирования псевдослучайных чисел.
• В главе 6 «Расширенная оптимизация» рассматривается нетривиальный метод поиска оптимальных решений: имитация отжига. Кроме того, в ней представлена задача о коммивояжере — одна из стандартных задач современной информатики.
• В главе 7 «Геометрия» рассматривается генерирование диаграмм Вороного, которые находят применение во многих геометрических областях.
• В главе 8 «Язык» речь пойдет об осмысленной расстановке отсутствующих пробелов в тексте и формировании рекомендаций по выбору следующего слова во фразах.
• В главе 9 «Машинное обучение» рассматриваются деревья принятия решений — один из фундаментальных методов машинного обучения.
• В главе 10 «Искусственный интеллект» мы займемся амбициозным проектом: реализацией алгоритма, который может играть против нас и, возможно, выигрывать. Мы начнем с простой игры «Точки и квадраты» и поговорим о том, как можно улучшить быстродействие программы для этой игры.
• В главе 11 «Полный вперед» речь пойдет о том, как перейти к продвинутым задачам, связанным с алгоритмами. Вы узнаете, как построить чат-бот и выиграть миллион долларов, построив алгоритм для головоломки судоку.
