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      【数据结构】时间和空间复杂度

      首页 知识中心 软件开发 文章详情页

      【数据结构】时间和空间复杂度

      2025-03-06 09:41:26 阅读次数:11

      代码,复杂度,时间,算法

       

      1.如何衡量算法好坏 

      小编认为衡量算法的好坏,主要是看算法的效率之时间复杂度和空间复杂度。

      2.算法效率

      算法效率分析分为两种:第一种是时间效率,第二种是空间效率 。 时间效率被称为时间复杂度 而空间效率被称作 空间复杂度 。 时间复杂度主要衡量的是一个算法的运行速度,而空间复杂度主要衡量一个算法所需要的额外空间。

      3.时间复杂度

      3.1.时间复杂度概念

      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数学函数,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。算法中的基本操作的执行次数,为算法的时间复杂度。

      3.2.大O渐进的表示法

      如下代码:

              int N=9;
              int count = 0;
              for (int i = 0; i < N; i++) {
                  for (int j = 0; j < N; j++) {
                      count++;
                  }
              }
              for (int k = 0; k < 2 * N ; k++) {
                  count++;
              }
              int M = 10;
              while ((M--) > 0) {
                  count++;
              }
              System.out.println(count);
          }

       代码执行次数是(N^2+2*N+10)

      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。
       

      3.3.大O渐进法的计算

       

      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。
      那么用大O渐进法表示上述代码的时间复杂度是O( N^2)
       
      通过上面举例我们发现大O渐进法帮我们去掉了对我们影响不大的项,简化了时间复杂度的表达方式。
       
      另外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 )
      但是一般以最坏的情况来表示。
       

      3.4.常见的时间复杂度

       
      代码一:
      void func2(int N) {
      int count = 0;
      for (int k = 0; k < 2 * N ; k++) {
      count++;
      }
      int M = 10;
      while ((M--) > 0) {
      count++;
      }
      System.out.println(count);
      }

      此时就是:2*N+10;那么按照大O渐进法来算,去掉底次项,以及高次项的常数,其时间复杂度是O(N)。

      代码二:

      void func3(int N, int M) {
      int count = 0;
      for (int k = 0; k < M; k++) {
      count++;
      }
      for (int k = 0; k < N ; k++) {
      count++;
      }
      System.out.println(count);
      }

      此时就是:M+N;那么大O渐进法,保留两个高次项后为:O(M+N);

      代码三:
       
      void func4(int N) {
      int count = 0;
      for (int k = 0; k < 100; k++) {
      count++;
      }
      System.out.println(count);
      }

      此时就是:100;那么按照大O渐进法来说,将常数变为1,保留高次项后且其常数项变为1,所以这段代码的时间复杂度就是O(1);

      代码四:

      void bubbleSort(int[] array) {
              for (int end = array.length; end > 0; end--) {
                  boolean sorted = true;
                  for (int i = 1; i < end; i++) {
                      if (array[i - 1] > array[i]) {
                          Swap(array, i - 1, i);
                          sorted = false;
                      }
                  }
                  if (sorted == true) {
                      break;
                  }
              }
          }
      

      此时就是:因为每次内部循环的条件都要减去1,所以就有一下表达式;

      N+(N-1)+(N-2)+(N-3)+............(N-(N-1))+(N-N),求和后:N^2/2;所以根据大O渐进法,这段代码的时间复杂度是O(N^2);

      代码五:
       
       int binarySearch(int[] array, int value) {
              int begin = 0;
              int end = array.length - 1;
              while (begin <= end) {
                  int mid = begin + ((end-begin) / 2);
                  if (array[mid] < value)
                      begin = mid + 1;
                  else if (array[mid] > value)
                      end = mid - 1;
                  else
                      return mid;
              }
              return -1;
          }

      【数据结构】时间和空间复杂度

      如图所示:代码的执行次数如上,通过过折纸查找的方式:

      【数据结构】时间和空间复杂度 

      所以时间复杂度为:O(x).

      代码六:

      long factorial(int N) {
      return N < 2 ? N : factorial(N-1) * N;
      }

       此段代码,分析发现基本操作递归了N次,时间复杂度为O(N)。

      代码七:

      int fibonacci(int N) {
      return N < 2 ? N : fibonacci(N-1)+fibonacci(N-2);
      }

      【数据结构】时间和空间复杂度

      如上图:分别执行1次,2次,4次,.........,2^N;
       
      所以等比数列求和:为2^N-1;所以根据大O渐进法,保留高次项后,此段代码的时间复杂度为
       
      O(2^N);

       

      4.空间复杂度

      空间复杂度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 。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时间复杂度类似,也 使用大 O 渐进表示法 。

       代码一:

      void bubbleSort(int[] array) {
          for (int end = array.length; end > 0; end--) {
              boolean sorted = true;
              for (int i = 1; i < end; i++) {
                  if (array[i - 1] > array[i]) {
                      Swap(array, i - 1, i);
                      sorted = false;
                  }
              }
              if (sorted == true) {
                  break;
              }

      使用了常数个额外空间,所以空间复杂度为O(1);

      代码二:

      int[] fibonacci(int n) {
          long[] fibArray = new long[n + 1];
          fibArray[0] = 0;
          fibArray[1] = 1;
          for (int i = 2; i <= n ; i++) {
              fibArray[i] = fibArray[i - 1] + fibArray [i - 2];
          }
          return fibArray;

      动态开辟了N个空间,所以空间复杂度为O(N); 

      版权声明:本文内容来自第三方投稿或授权转载,原文地址:https://blog.csdn.net/GGBond778/article/details/140773274,作者:GGBondlctrl,版权归原作者所有。本网站转在其作品的目的在于传递更多信息,不拥有版权,亦不承担相应法律责任。如因作品内容、版权等问题需要同本网站联系,请发邮件至ctyunbbs@chinatelecom.cn沟通。

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