一文搞懂演算法的時間複雜度與空間複雜度

2021-07-11 20:57:47 字數 2082 閱讀 8045

一般情況下,演算法的基本操作重複執行的次數是模組n的某一函式f(n),因此,演算法的時間複雜度記做 t(n) = o(f(n))。 隨著模組n的增大,演算法執行的時間增長率f(n)的增長率成正比,所以f(n)越小,演算法的時間複雜度越低,演算法的效率越高。

時間複雜度是總運算次數表示式中受n的變化影響最大的那一項(不含係數)

舉個簡單的例子:

int

value = 0; // 執行了1次

for (int i = 0; i < n; i++)

這個演算法執行了 1 + n 次,如果n無限大,我們可以把前邊的1忽略,也就是說這個演算法執行了n次。時間複雜度常用大o符號表示,這個演算法的時間複雜度就是o(n)。

計算出基本操作的執行次數t(n)

基本操作即演算法中的每條語句(以;號作為分割),語句的執行次數也叫做語句的頻度。在做演算法分析時,一般預設為考慮最壞的情況。

用大o來表示時間複雜度

當n趨近於無窮大時,如果lim(t(n)/f(n))的值為不等於0的常數,則稱f(n)是t(n)的同數量級函式。記作t(n)=o(f(n))。

只保留最高端項,最高端項存在且不是1,則去除與這個項相乘的常數。

用乙個例子來表明以上的步驟:

for(i=1;i<=n;++i)

}

第一步計算基本語句執行次數:t(n)= n^2+n^3;

第二步t(n)的同數量級,我們可以確定 n^3為t(n)的同數量級;

第三步用大o表示時間複雜度:t(n)=o(n^3)。

執行次數函式階名稱

3o(1)

常數階2n+3

o(n)

線性階3n2+2n+1

o(n2)

平方階5log2n+2

o(log2n)

對數階2n+3nlog2n+1

o(nlogn)

nlog2n階

6n3+2n2+3n+4

o(n3)

立方階2n

o(2n)

指數階

最常見的多項式時間演算法複雜度關係為:

o(1) < o(logn) < o(n) < o(nlogn) < o(n2) < o(n3)

指數時間演算法複雜度關係為:

o(2n) < o(n!)< o(nn)

舉個例子來說明上述的時間複雜度:

i=1;       // 執行次數:1

while (i<=n)

i=i*2;

// 頻度為f(n),2^f(n)<=n;f(n)<=log2n

// 每次i*2後,距離結束迴圈更近了。也就是說有多少個2相乘後大於n。

// 取最大值f(n)=log2n,t(n)=o(log2n )

1.並列迴圈複雜度分析

for (i=1;

i<=n;

i++)

for (j=1;

j<=n;

j++)

x++; //o(n2)

2.函式呼叫的複雜度分析

public

void printsum(int

count)

system.out.print(sum);

}

記住,只有可執行的語句才會增加時間複雜度,因此,上面方法裡的內容除了迴圈之外,其餘的可執行語句的複雜度都是o(1)。

所以printsum的時間複雜度 = for的o(n)+o(1) = 忽略常量 = o(n)

空間複雜度(space complexity)是對乙個演算法在執行過程中臨時占用儲存空間大小的量度,記做s(n)=o(f(n))。

比如直接插入排序的時間複雜度是o(n^2),空間複雜度是o(1) 。而一般的遞迴演算法就要有o(n)的空間複雜度了,因為每次遞迴都要儲存返回資訊。

例如關於o(1)的問題, o(1)是說資料規模和臨時變數數目無關,並不是說僅僅定義乙個臨時變數。舉例:無論資料規模多大,我都定義100個變數,這就叫做資料規模和臨時變數數目無關。就是說空間複雜度是o(1)。

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