演算法退化性

① 什麼情況下，KMP演算法的性能會退化為樸素匹配演算法

（1）未改進的模式匹配演算法的時間復雜度為O（nm），但在一般情況下，其實際的執行時間接近O（n＋m），因此至今仍被採用。

（2）KMP演算法僅當模式與主串之間存在許多「部分」匹配的情況下才顯得比未改進的模式匹配快。

（2）KMP演算法的最大特點是指示主串的指針不需要回溯，在整個匹配過程中，對主串僅需要從頭至尾掃描一遍，這對處理存儲在外存上的大文件是非常有效的。

(1)演算法退化性擴展閱讀：

KMP演算法是三位學者在 Brute-Force演算法的基礎上同時提出的模式匹配的改進演算法。Brute- Force演算法在模式串中有多個字元和主串中的若干個連續字元比較都相等,但最後一個字元比較不相等時，主串的比較位置需要回退。KMP演算法在上述情況下，主串位置不需要回退,從而可以大大提高效率。

如果模式P與目標T(或其子串)存在某種程度的相似,則認為匹配成功。常用的衡量字元串相似度的方法是根據一個串轉換成另一個串所需的基本操作數目來確定。基本操作由字元串的插入、刪除和替換來組成。

② 遺傳演算法 圖像恢復 退化過程怎麼確定

就是要盡可能恢復退化圖像的本來面目，它是沿圖像退化的逆過程進行處理。

典型的圖像復原是根據圖像退化的先驗知識建立一個退化模型，以此模型為基礎，採用各種逆退化處理方法進行恢復，使圖像質量得到改善。

圖像復原和圖像增強的區別：圖像增強不考慮圖像是如何退化的，而是試圖採用各種技術來增強圖像的視覺效果。因此，圖像增強可以不顧增強後的圖像是否失真，只要看得舒服就行。而圖像復原就完全不同，需知道圖像退化的機制和過程等先驗知識，據此找出一種相應的逆處理方法，從而得到復原的圖像。如果圖像已退化，應先作復原處理，再作增強處理。二者的目的都是為了改善圖像的質量。

資料： 圖像恢復的目的是設法改進圖像的質量，以提高視覺觀察或進一步數字處理的效果。從這個意義上看，圖像恢復與圖像增強的目的相同。差別是圖像恢復後的圖像可看成是原始圖像逆退化過程的結果。因此，圖像恢復有時候稱作客觀圖像增強。恢復技術可以是整體的也可以是局部的，它們可以在某個頻域或空間域中實現。例如消除一個具有已知頻率的干擾模式，最好在頻域中進行，其步驟為：傅立葉變換，濾波，傅立葉逆變換。去除幾何變形一般是在空間域內完成。

③ 演算法是什麼

演算法是指解題方案的准確而完整的描述，是一系列解決問題的清晰指令。

演算法代表著用系統的方法描述解決問題的策略機制，也就是說，能夠對一定規范的輸入，在有限時間內獲得所要求的輸察並臘出。如果一個演算法有缺陷，或不適合於某個問題，執行這個演算法將不會解決這個問題。不同的演算法可能用不同的時間，空間或效率來完成同樣的任務。

演算法中的指令描述的是一個計算。當其運行時能從一個初始狀態和初始輸入開始，經過一系列有限而清晰定義的狀態，最終產生輸出並停止於一個終態，一個狀態到另一個狀態的轉移不一定是確定的。

演算法思想：

1、遞推法

遞推是序列計算機中的一種常用演算法，它是按照一定的規律來計算序列中的每個項，通常是通過計算機前面的一些項來得出序列中的指定項的值。其思想是把一個復雜蔽卜的龐大的計算過程轉化為簡單過程的多次重復，該演算法利用了計算機速度快和不知疲倦的機器特點。

2、遞歸法

程序調用自身的編程技巧稱為遞歸，一個過程或函數在其定義或說明中有直接或間接調用自身的一種方法。它通常把一個大型復雜的問題層層轉化為一個與原問題相似的規模較小的問題來求解，遞歸策略只需少量的程序就可描述出解題過程所需敗滑要的多次重復計算。

以上內容參考：網路—演算法

④ 比較演算法優缺點：

作業調度演算法 .
1.先來先服務（FCFS, First Come First Serve）是最簡單的調度演算法，按先後順序進行調度。

定義：
按照作業提交或進程變為就緒狀態的先後次序，分派CPU；

當前作業或進程佔用CPU，直到執行完或阻塞，才出讓CPU（非搶占方式）。

在作業或進程喚醒後（如I/O完成），並不立即恢復執行，通常等到當前作業或進程出讓CPU。

適用場景：
比較有利於長作業，而不利於短作業。因為長作業會長時間占據處理機。

有利於CPU繁忙的作業，而不利於I/O繁忙的作業。

演算法實現原理圖：

2. 輪轉法(Round Robin)
輪轉法是讓每個進程在就緒隊列中的等待時間與享受服務的時間成正比例。

定義：
將系統中所有的就緒進程按照FCFS原則，排成一個隊列。

每次調度時將CPU分派給隊首進程，讓其執行一個時間片。時間片的長度從幾個ms到幾百ms。

在一個時間片結束時，發生時鍾中斷。

調度程序據此暫停當前進程的執行，將其送到就緒隊列的末尾，並通過上下文切換執行當前的隊首進程。

進程可以未使用完一個時間片，就出讓CPU（如阻塞）。

時間片長度的確定：
時間片長度變化的影響

過長－>退化為FCFS演算法，進程在一個時間片內都執行完，響應時間長。

過短－>用戶的一次請求需要多個時間片才能處理完，上下文切換次數增加，響應時間長。

對響應時間的要求：T(響應時間)=N(進程數目)*q(時間片)

就緒進程的數目：數目越多，時間片越小

系統的處理能力：應當使用戶輸入通常在一個時間片內能處理完，否則使響應時間，平均周轉時間和平均帶權周轉時間延長。

演算法實現原理圖：

3. 多級反饋隊列演算法(Round Robin with Multiple Feedback)
多級反饋隊列演算法是輪轉演算法和優先順序演算法的綜合和發展。

定義：
設置多個就緒隊列，分別賦予不同的優先順序，如逐級降低，隊列1的優先順序最高。每個隊列執行時間片的長度也不同，規定優先順序越低則時間片越長，如逐級加倍。

新進程進入內存後，先投入隊列1的末尾，按FCFS演算法調度；若按隊列1一個時間片未能執行完，則降低投入到隊列2的末尾，同樣按FCFS演算法調度；如此下去，降低到最後的隊列，則按「時間片輪轉」演算法調度直到完成。

僅當較高優先順序的隊列為空，才調度較低優先順序的隊列中的進程執行。如果進程執行時有新進程進入較高優先順序的隊列，則搶先執行新進程，並把被搶先的進程投入原隊列的末尾。

優點：
為提高系統吞吐量和縮短平均周轉時間而照顧短進程。

為獲得較好的I/O設備利用率和縮短響應時間而照顧I/O型進程。

不必估計進程的執行時間，動態調節

幾點說明：
I/O型進程：讓其進入最高優先順序隊列，以及時響應I/O交互。通常執行一個小時間片，要求可處理完一次I/O請求的數據，然後轉入到阻塞隊列。

計算型進程：每次都執行完時間片，進入更低級隊列。最終採用最大時間片來執行，減少調度次數。

I/O次數不多，而主要是CPU處理的進程。在I/O完成後，放回優先I/O請求時離開的隊列，以免每次都回到最高優先順序隊列後再逐次下降。

為適應一個進程在不同時間段的運行特點，I/O完成時，提高優先順序；時間片用完時，降低優先順序。

演算法實現原理圖：

4. 優先順序法（Priority Scheling）
優先順序演算法是多級隊列演算法的改進，平衡各進程對響應時間的要求。適用於作業調度和進程調度，可分成搶先式和非搶先式。

靜態優先順序：
作業調度中的靜態優先順序大多按以下原則確定：

由用戶自己根據作業的緊急程度輸入一個適當的優先順序。

由系統或操作員根據作業類型指定優先順序。

系統根據作業要求資源情況確定優先順序。

進程的靜態優先順序的確定原則：

按進程的類型給予不同的優先順序。

將作業的情態優先順序作為它所屬進程的優先順序。

動態優先順序：
進程的動態優先順序一般根據以下原則確定：

根據進程佔用有CPU時間的長短來決定。

根據就緒進程等待CPU的時間長短來決定。

5．短作業優先法（SJF, Shortest Job First）
短作業優先又稱為「短進程優先」SPN(Shortest Process Next)；這是對FCFS演算法的改進，其目標是減少平均周轉時間。

定義：
對預計執行時間短的作業（進程）優先分派處理機。通常後來的短作業不搶先正在執行的作業。

SJF的特點：
(1) 優點：

比FCFS改善平均周轉時間和平均帶權周轉時間，縮短作業的等待時間；

提高系統的吞吐量；

(2) 缺點：

對長作業非常不利，可能長時間得不到執行；

未能依據作業的緊迫程度來劃分執行的優先順序；

難以准確估計作業（進程）的執行時間，從而影響調度性能。

SJF的變型：
「最短剩餘時間優先」SRT(Shortest Remaining Time)（允許比當前進程剩餘時間更短的進程來搶占）

「最高響應比優先」HRRN(Highest Response Ratio Next)（響應比R = (等待時間 + 要求執行時間) / 要求執行時間，是FCFS和SJF的折衷）

6. 最高響應比優先法(HRN，Highest Response_ratio Next)
最高響應比優先法是對FCFS方式和SJF方式的一種綜合平衡。FCFS方式只考慮每個作業的等待時間而未考慮執行時間的長短，而SJF方式只考慮執行時間而未考慮等待時間的長短。因此，這兩種調度演算法在某些極端情況下會帶來某些不便。HRN調度策略同時考慮每個作業的等待時間長短和估計需要的執行時間長短，從中選出響應比最高的作業投入執行。

響應比R定義如下： R =(W+T)/T = 1+W/T

其中T為該作業估計需要的執行時間，W為作業在後備狀態隊列中的等待時間。每當要進行作業調度時，系統計算每個作業的響應比，選擇其中R最大者投入執行。這樣，即使是長作業，隨著它等待時間的增加，W / T也就隨著增加，也就有機會獲得調度執行。這種演算法是介於FCFS和SJF之間的一種折中演算法。由於長作業也有機會投入運行，在同一時間內處理的作業數顯然要少於SJF法，從而採用HRN方式時其吞吐量將小於採用SJF 法時的吞吐量。另外，由於每次調度前要計算響應比，系統開銷也要相應增加。