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算法在编写成可执行程序后,运行时需要耗费时间资源和空间(内存)资源 。因此衡量一个算法的好坏,一般 是从时间和空间两个维度来衡量的,即 时间复杂度和空间复杂度 。 时间复杂度主要衡量一个算法的运行快慢,而空间复杂度主要衡量一个算法运行所需要的额外空间。在计算机发展的早期,计算机的存储容量很小。所以对空间复杂度很是在乎。但是经过计算机行业的迅速发展,计算机的存储容量已经达到了很高的程度。所以我们如今已经不需要再特别关注一个算法的空间复杂度。
时间复杂度的定义:在计算机科学中,算法的时间复杂度是一个函数,它定量描述了该算法的运行时间。一 个算法执行所耗费的时间,从理论上说,是不能算出来的,只有你把你的程序放在机器上跑起来,才能知道。但是我们需要每个算法都上机测试吗?是可以都上机测试,但是这很麻烦,所以才有了时间复杂度这个分析方式。一个算法所花费的时间与其中语句的执行次数成正比例, 算法中的基本操作的执行次数,为算法的时间复杂度 。 即:找到某条基本语句与问题规模N之间的数学表达式,就是算出了该算法的时间复杂度
Func1 执行的基本操作次数 : F(N)= +2*N+10
N = 10 F(N) = 130 N = 100 F(N) = 10210 N = 1000 F(N) = 1002010 实际中我们计算时间复杂度时,我们其实并不一定要计算精确的执行次数,而只需要大概执行次数,那么这里我们使用大O的渐进表示法。 ![]()
大O符号(Big O notation):是用于描述函数渐进行为的数学符号。 推导大O阶方法: 1、用常数1取代运行时间中的所有加法常数。 2、在修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项。 3、如果最高阶项存在且不是1,则去除与这个项目相乘的常数。得到的结果就是大O阶。 使用大O的渐进表示法以后,Func1的时间复杂度为: O( )
N = 10 F(N) = 100 N = 100 F(N) = 10000 N = 1000 F(N) = 1000000 通过上面我们会发现大O的渐进表示法去掉了那些对结果影响不大的项,简洁明了的表示出了执行次数。
2.3.1 Func2 O(N)
![]()
2.3.2 Func3 O(M+N)
2.3.3 Func4 O(1)
2.3.4 Func5 strchr O(N)
![]()
有些算法的时间复杂度存在最好、平均和最坏情况: 最坏情况:任意输入规模的最大运行次数(上界) 平均情况:任意输入规模的期望运行次数 最好情况:任意输入规模的最小运行次数(下界) 例如:在一个长度为N数组中搜索一个数据x 最好情况:1次找到 最坏情况:N次找到 平均情况:N/2次找到 在实际中一般情况关注的是算法的最坏运行情况,所以数组中搜索数据时间复杂度为O(N) ![]()
2.3.5 Func6 冒泡排序 O(N^2)
最好:O(N);
(数组位置不清楚是否有序,所以至少要对相邻的两个数相互比较一次,至少比较n-1次)
最坏:O(N^2);
(第一轮比较n-1次,第二轮比较n-2次,……比较2次,最后剩最末的一对数,比较1次,等差数列
)
2.3.6 Func7 二分查找(折半查找) O(
)
最好:O(1);
最坏:
(不好写,在时间复杂度中,只有以2为底的才能简化为logN,其他底数不能简写,有些地方简写为lgN,但是我们不推荐这样写)
2.3.7 Func8阶乘递归 O(N)
基本操作递归了N+1次,时间复杂度为O(N)
2.3.8 Func9斐波那契递归 O(N)
现基本操作递归了2^N次,时间复杂度为O(2^N)
2^30 10亿
2^40 10000亿
2^50 1亿亿
空间复杂度也是一个数学表达式,是对一个算法在运行过程中 临时占用(额外)存储空间大小的量度 。 空间复杂度不是程序占用了多少bytes的空间,因为这个也没太大意义,所以空间复杂度算的是变量的个数。 空间复杂度计算规则基本跟实践复杂度类似,也使用大O渐进表示法。 注意:函数运行时所需要的栈空间(存储参数、局部变量、一些寄存器信息等)在编译期间已经确定好了,因 此空间复杂度主要通过函数在运行时候显式申请的额外空间来确定。
创建了红色框的三个变量,常数个变量,O(1);
额外开辟一个数组,O(N);malloc开n+1个空间,从0-n,n+1个
3.4.1
3.4.2
即递归空间开辟原理
前面我们讲过Fib时间复杂度是O(2^N)
空间复杂度呢?O(N)
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