算法复杂度

如何计算一个算法的时间复杂度?

算这个时间复杂度实际上只需要遵循如下守则:

用常数1来取代运行时间中所有加法常数;

只要高阶项,不要低阶项;

不要高阶项系数;

1:常见的时间复杂度:

按增长量级递增排列,常见的时间复杂度有:

O(1)—常数阶

O(N)—线性阶

O(log2N)—对数阶

O(nlogn)—线性对数阶

O(n^2)—平方阶

1.1:O(1)—常数阶

O(1)的算法是一些运算次数为常数的算法。例如:

temp=a;

a=b;

b=temp;


根据守则:

用常数1来取代运行时间中所有加法常数;

上面语句共三条操作,单条操作的频度为1,即使他有成千上万条操作,也只是个较大常数,这一类的时间复杂度为O(1);

1.2:O(N)—线性阶

O(n)的算法是一些线性算法。例如:

    sum=0;               

    for(i=0;i<n;i++)     

        sum++;

上面代码中第一行频度1,第二行频度为n,第三行频度为n,所以f(n)=n+n+1=2n+1。

根据守则:

只要高阶项,不要低阶项目,常数项置为1,去除高阶项的系数:

所以时间复杂度O(n)。这一类算法中操作次数和n正比线性增长。

1.3:O(log2N)—对数阶

什么是对数?

a^x = N,(a>0 && a!=1),那么x即是以a为底,N的对数,记作

其中a叫做对数的底数,N叫做真数。

例1:

    private static void 对数阶() {

        int number = 1;//执行1次

        int n = 100;//执行1次

        while (number < n) {

            number = number * 2; // 执行n/2次

            System.out.println("哈哈");//执行1次

        }

    }


假设n为100,number是1,小于100退出循环。

第1次循环,number = 2,2^1。

第2次循环,number = 4, 2^2。

第3次循环,number = 8, 2^3。

第x次循环,number = 2^x

也就是2^x=n得出x=log₂n。因此它的复杂度为O(logn)。

例2:

二分查找;

比如: 1,3,5,6,7,9;找出7

如果全部遍历时间频度为n;

二分查找每次砍断一半,即为n/2;

随着查询次数的提升,频度变化作表:

查询次数 时间频度

1 n/2

2 n/2^2

3 n/2^3

k n/2^k

当最后找到7的时候时间频度则是1;

也就是:

n/2^k = 1;

n = 2^k;

k则是以2为底,n的对数,就是Log2N;

那么二分查找的时间复杂度就是O(Log2N);

1.4:O(nlogn)—线性对数阶

上面看了二分查找,是LogN的(LogN没写底数默认就是Log2N);

线性对数阶就是在LogN的基础上多了一个线性阶;

比如这么一个算法流程:

数组a和b,a的规模为n,遍历的同时对b进行二分查找,如下代码:

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

    binary_search(b);

}


1.5:O(n^2)—平方阶

普通嵌套循环

    private static void 普通平方阶(){

        int n = 100;

        for (int i = 0; i < n; i++) {//执行n次

            for (int j = 0; j < n; j++) {//执行n次

                System.out.println("哈哈");

            }

        }

    }


这种就是2层循环嵌套起来,都是执行n次,属于乘方关系,它的时间复杂度为O(n^2)。

等差数列嵌套循环

    private static void 等差数列平方阶() {

        int n = 100;

        for (int i = 0; i < n; i++) {//执行n次

            for (int j = i; j < n; j++) {//执行n - i次

                System.out.println("哈哈");

            }

        }

    }


基本式:

i = 0,循环执行次数是 n 次。

i = 1,循环执行次数是 n-1 次。

i = 2,循环执行次数是 n-2 次。

i = n-1,循环执行的次数是 1 次。

换算式:

result = n + (n - 1) + (n - 2) … + 1

被加数递减,抽象为一个等差数列求n项和的问题,公差为1,带入公式,Sn = n(a1 + an ) ÷2

result = (n(n+1))/2

result = (n^2+n)/2

result = (n^2)/2 + n/2

粗略计算时间复杂度的三部曲:

1.去掉运行时间中的所有加法常数。

没有加法常数,不考虑。

2.只保留最高阶项。

最高阶参考上面列出的按增长量级递增排列,于是只需要保留result = (n^2)/2

3.如果最高阶项存在且不是1,去掉与这个最高阶相乘的常数得到时间复杂度

除以2相当于是乘以二分之一,去掉它,就得到,result = n^2, 所以这个算法的时间复杂度为O(n^2)。

3.时间复杂度的优劣对比

常见的数量级大小:越小表示算法的执行时间频度越短,则越优;

O(1)<O(logn)<O(n)<O(nlogn)<O(n2)<O(n3)<O(2n)//2的n方<O(n!)<O(nn)//n的n方

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