關於資料結構的演算法評估與分析

2021-08-21 18:59:00 字數 1676 閱讀 2206

參考教材《資料結構c語言版》嚴蔚敏 著

一、演算法的五大重要特性

有窮性:在有窮時間內執行完成任何合法輸入;

確定性:無二義性,演算法對於相同的輸入只能得到相同的輸出;

可行性:演算法中描述的操作都可以通過已實現的基本操作有限次完成;

輸入:0或多;

輸出:1或多;

二、演算法設計要求

正確性:4個層次:a.程式無語句錯誤;b.對幾組輸入資料滿足;c.對精心挑選的、典型的、苛刻的資料滿足;d.對一切滿足;程式到c即可算作正確;

可讀性:演算法是為了給程式設計師看的,其次才是機器執行;

健壯性:當輸入非法資料時,演算法要適當給出反應或處理,而不是莫名其妙的輸出結果;

效率和低儲存要求

三、演算法的效率度量

(1)事後統計的方法:缺點a.必須先執行依據演算法編制的程式;b.依賴於計算機的硬體、軟體等環境因素,易掩蓋演算法本身的優劣;

(2)事前分析估算:a.演算法選用策略;b.問題的規模;c.程式的語言,同一演算法,實現的語言級別越高,執行效率越低;

d.編譯程式所產生的機器**的質量;e.機器執行指令的速度;撇開其他因素,可以認為演算法只依賴問題的規模。

四、時間複雜度

為了便於比較同一問題的不同演算法,通常選取一種對於問題的基本操作,以基本操作的重複次數作為演算法的時間度量。

(1)時間複雜度            一般情況下,演算法中基本操作重複執行的次數是問題規模n的某個函式,用t(n)表示,若有某個輔助函式f(n),使得當n趨近於無窮大時,t(n)/f(n)的極限值為不等於零的常數,則稱f(n)是t(n)的同數量級函式。記作t(n)=o(f(n)),稱o(f(n)) 為演算法的漸進時間複雜度,簡稱時間複雜度。 

(2)漸進時間複雜度評價演算法時間效能   主要用演算法時間複雜度的數量級(即演算法的漸近時間複雜度)評價乙個演算法的時間效能。

(3)時間複雜度的求解(根據定義,可以歸納出基本的計算步驟 )

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。

計算出t(n)的數量級

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))。

以上步驟可以簡化為:

a. 找到執行次數最多的語句 

b. 計算語句執行次數的數量級

c. 用大o來表示結果 

複雜度與時間效率的關係:

c < log2n < n < n*log2n < n2 < n3 < 2n < 3n < n! (c是乙個常量)

五、空間複雜度

定義:乙個演算法在執行過程中臨時占用儲存空間大小的量度;包括以下:

儲存演算法本身所占用的儲存空間;(與演算法書寫的長短成正比,要壓縮這方面的儲存空間,就必須編寫出較短的演算法。)

演算法的輸入輸出資料所占用的儲存空間;(由要解決的問題決定 的,是通過參數列由呼叫函式傳遞而來的,它不隨本演算法的不同而改變。)

演算法在執行過程中臨時占用的儲存空間;(隨演算法的不同而異,有的演算法只需要占用少量的臨時工作單元,而且不隨問題規模的大小而改變,我們 稱這種演算法是「就地"進行的,是節省儲存的演算法;有的演算法需要占用的臨時工作單元數與解決問題的規模n有關,它隨著 n的增大而增大,當n較大時,將占用較多的儲存單元)

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