一、复杂度分析 (2)

非多项式量级。非多项式量级只有两个: O(2^n) 和 O(n!)。当数据规模n越来越大时,非多项式量级算法的执行时间会急剧增加,求解问题的执行时间会无限增长。所以,非多项式时间复杂度的算法其实是非常低效的算法。

1、Q(1)

O(1)只是常量级时间复杂度的一种表示方法,并不是指只执行了一行代码。比如这段代码,即便有3行,它的时间复杂度也是O(1),而不是O(3)。

int i = 8; int j = 6; int sum = i + j;

只要代码的执行时间不随n的增大而增长,这样代码的时间复杂度我们都记作O(1)。或者说, 一般情况下,只要算法中不存在循环语句、递归语句,即使有成千上万行的代码,其时间复杂度也是Ο(1)。

2、Q(logn)、Q(nlogn)

对数阶时间复杂度非常常见,同时也是最难分析的一种时间复杂度。通过一个例子来说明一下。

i=1; while (i <= n) { i = i * 2; }

根据我们前面讲的复杂度分析方法,第三行代码是循环执行次数最多的。所以,我们只要能计算出这行代码被执行了多少次,就能知道整段代码的时间复杂度。

从代码中可以看出,变量 i 的值从 1 开始取,每循环一次就乘以 2。当大于 n 时,循环结束。

这是一个等比数列。把它一个一个列出来,就应该是这个样子的: 2^0, 21,22, 2^x... = n

所以,我们只要知道 x 值是多少,就知道这行代码执行的次数了。通过 2^x = n 求解 x 。x=log2n,所以,这段代码的时间复杂度就是O(log2n)。
在看一个例子:

i=1; while (i <= n) { i = i * 3; }

根据上面的思路,很简单就能看出来,这段代码的时间复杂度为 O(log3n)。

实际上,不管是以 2 为底、以 3 为底,还是以 10 为底,我们可以把所有对数阶的时间复杂度都记为 O(logn)。

因为对数之间是可以互相转换的, log3n 就等于log32 * log2n,所以 O(log3n) = O(C * log2n),其中 C = log32 是一个常量。

基于我们前面的一个理论:在采用大 O 标记复杂度的时候,可以忽略系数,即 O(Cf(n)) = O(f(n))。所以,O(log2n) 就等于 O(log3n)。

因此,在对数阶时间复杂度的表示方法里,我们忽略对数的“底”,统一表示为 O(logn)

基于上面的关系,那 O(nlogn) 就很容易理解了。还记得我们刚讲的乘法法则吗?如果一段代码的时间复杂度是 O(logn),我们循环执行n遍,时间复杂度就是 O(nlogn)了。

O(nlogn) 也是一种非常常见的算法时间复杂度。比如,归并排序、快速排序的时间复杂度都是 O(nlogn)。

3、Q(m+n)、Q(m * n)

代码的复杂度由两个数据的规模来决定。

int cal(int m, int n) { int sum_1 = 0; int i = 1; for (; i < m; ++i) { sum_1 = sum_1 + i; } int sum_2 = 0; int j = 1; for (; j < n; ++j) { sum_2 = sum_2 + j; } return sum_1 + sum_2; }

从代码中可以看出, m 和n 是表示两个数据规模。我们无法事先评估 m 和 n 谁的量级大。

所以我们在表示复杂度的时候,就不能简单地利用加法法则,省略掉其中一 个。所以,上面代码的时间复杂度就是 O(m+n)。

针对这种情况,原来的加法法则就不正确了,我们需要将加法规则改为: T1(m) + T2(n) = O(f(m) + g(n))。

但是乘法法则继续有效: T1(m) * T2(n) = O(f(m) * f(n))

二、空间复杂度

空间复杂度全称就是渐进空间复杂度(asymptotic space complexity), 表示算法的存储空间与数据规模之间的增长关系
举个例子:

void print(int n) { int i = 0; int[] a = new int[n]; for (i; i <n; ++i) { a[i] = i * i; } for (i = n-1; i >= 0; --i) { print out a[i] } }

跟时间复杂度分析一样,我们可以看到,第 2 行代码中,我们申请了一个空间存储变量 i,但是它是常量阶的,跟数据规模 n 没有关系,所以我们可以忽略。

第3行申请了一个大小为 n 的 int 类型数组,除此之外,剩下的代码都没有占用更多的空间,所以整段代码的空间复杂度就是 O(n)。

我们常见的空间复杂度就是 O(1)、 O(n)、 O(n² ),像 O(logn)、 O(nlogn) 这样的对数阶复杂度平时都用不到。

空间复杂度分析比时间复杂度分析要简单很多。

三、浅析最好、最坏、平均、均摊时间复杂度 3.1、最好、最坏情况时间复杂度 // n表示数组array的长度 int find(int[] array, int n, int x) { int i = 0; int pos = -1; for (; i < n; ++i) { if (array[i] == x) pos = i; } return pos; }

你应该可以看出来,这段代码要实现的功能是,在一个无序的数组(array)中,查找变量 x 出现的位置。如果没有找到,就返回-1。

按照上面讲的分析方法,这段代码的复杂度是 O(n),其中, n 代表数组的长度。

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