10.算法的时间复杂度、空间复杂度

算法的时间复杂度:

基本案例:

计算1-100所有数字之和:

int total = 0;
int end = 100;
//  T(n) = n + 1
for (int i = 1; i <= end ; i++) {
   total+=i;
}
// T(n) = 1
total = (1+end)*end/2;

T(n)可忽略的项:

- 常数项:如:2n+20 和 2n 随着n 变大,执行曲线无限接近, 20可以忽略

- 低次项:如:2n^2+3n+10 和 2n^2 随着n 变大, 执行曲线无限接近, 可以忽略 3n+10

- 系数:如:随着n值变大,5n^2+7n 和 3n^2 + 2n ,执行曲线重合, 这种情况下, 5和3可以忽略

O( f(n) )  为算法的渐进时间复杂度,简称时间复杂度

T(n) 不同,但时间复杂度可能相同。 如:T(n)=n²+7n+6 与 T(n)=3n²+2n+2 它们的T(n) 不同,但时间复杂度相同,都为O(n²)。

计算时间复杂度的方法:

- 用常数1代替运行时间中的所有加法常数  T(n)=n²+7n+6  => T(n)=n²+7n+1

- 修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项  T(n)=n²+7n+1 => T(n) = n²

- 去除最高阶项的系数 T(n) = n² => T(n) = n² => O(n²)

常见的时间复杂度

常数阶O(1)

对数阶O(log2n)

线性阶O(n)

线性对数阶O(nlog2n)

平方阶O(n^2)

立方阶O(n^3)

k次方阶O(n^k)

指数阶O(2^n)

常见的算法时间复杂度由小到大依次为:Ο(1)<Ο(log2n)<Ο(n)<Ο(nlog2n)<Ο(n2)<Ο(n3)< Ο(nk) <Ο(2n) ,随着问题规模n的不断增大,上述时间复杂度不断增大,算法的执行效率越低.

常数阶O(1):无论代码执行了多少行,只要是没有循环等复杂结构,那这个代码的时间复杂度就都是O(1)

对数阶O(log2n):

//假设循环x次之后,i 就大于 2 了,此时这个循环就退出了,也就是说 2 的 x 次方等于 n,那么 x = log2n
//也就是说当循环 log2n 次以后,这个代码就结束了。因此这个代码的时间复杂度为:O(log2n)  
int
i = 1; while(i<n){ i = i * 2; }

线性阶O(n):

//for循环里面的代码会执行n遍,因此它消耗的时间是随着n的变化而变化的,因此这类代码都可以用O(n)来表示它的时间复杂度
for
(int i = 1; i <= n ; i++) { j++; }

线性对数阶O(nlogN):将时间复杂度为O(logn)的代码循环N遍的话,那么它的时间复杂度就是 n * O(logN),也就是了O(nlogN)

平方阶O(n²):如果把 O(n) 的代码再嵌套循环一遍,它的时间复杂度就是 O(n²),这段代码其实就是嵌套了2层n循环,它的时间复杂度就是 O(n*n),即  O(n²) 如果将其中一层循环的n改成m,那它的时间复杂度就变成了 O(m*n)

立方阶O(n³)、K次方阶O(n^k):O(n³)相当于三层n循环,其它的类似

平均时间复杂度和最坏时间复杂度

- 平均时间复杂度是指所有可能的输入实例均以等概率出现的情况下,该算法的运行时间。

- 最坏情况下的时间复杂度称最坏时间复杂度。一般讨论的时间复杂度均是最坏情况下的时间复杂度。 这样做的原因是:最坏情况下的时间复杂度是算法在任何输入实例上运行时间的界限,这就保证了算法的运行时间不会比最坏情况更长。

- 平均时间复杂度和最坏时间复杂度是否一致,和算法有关

算法的空间复杂度简介

- 类似于时间复杂度的讨论,一个算法的空间复杂度(Space Complexity)定义为该算法所耗费的存储空间,它也是问题规模n的函数。

- 空间复杂度(Space Complexity)是对一个算法在运行过程中临时占用存储空间大小的量度。有的算法需要占用的临时工作单元数与解决问题的规模n有关,它随着n的增大而增大,当n较大时,将占用较多的存储单元,例如快速排序和归并排序算法就属于这种情况

- 在做算法分析时,主要讨论的是时间复杂度。从用户使用体验上看,更看重的程序执行的速度。一些缓存产品(redis, memcache)和算法(基数排序)本质就是用空间换时间.

原文地址:https://www.cnblogs.com/fly-book/p/11658406.html