数据结构与算法——算法与算法分析

简介: 数据结构与算法——算法与算法分析

1.事前分析方法


       一个算法的运行时间:指一个算法在计算机上运行所消耗费的时间大致可以=计算机执行一种简单的操作(赋值,比较,移动等)所需要的时间与算法中进行的简单操作次数的乘积。


       算法运算时间=一个简单操作所需要的时间×简单操作次数


        也可以记为算法中的每一条语句的执行时间之和


               算法运行时间=每条语句的执行次数(语句频度)× 该语句执行一次所需要的时间


例如:

 for(j=0;j<=n;i++)                                //n+1
    {
        for(j=1;j<=n;j++)                          //n(n+1)
        c=[i][j]=0;
        for(k=0;k<n;k++)                          //n*n*(n+1)
        {
            c[i][j]=c[i][j]+a[i][j]*b[i][j];                //n*n*n
         }
    }

算法运算时间T(n)=2n^3+3n^2+2n+1


2.算法时间复杂度的渐进表示法:


       为了便于比较不同算法的时间效率,我们仅比较它的数量级


例如:


       两种不同算法时间消耗分别是:


               T1(n)=10n^2   与  T2(n)=5n^3


根据指数大爆炸可以知道   其n的指数越大其消耗时间越大所有越不好


算法时间复杂度:


                               若有某个辅助函数f(n),使n -->   无穷大,limT(n)/f(n)是不是那个与0的常数,则称f(n)是T(n)的同级函数,记作T(n)=O(f(n))为算法的时间复杂度。


算法时间复杂度的定义:


       算法中基本语句重复执行的次数是问题规模n的某个函数f(n),算法时间度量  记作:T(n)=Of(n)


       随着n的增大算法执行时间的增长率和f(n)的增长率相同,称为渐进时间复杂

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3. 时间复杂度的计算方法


 时间复杂的推导方法一般如下:


 第一步:用常数1取代运行时间中的所有加法常数。


 第二步:在修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项。


 第三步:如果最高阶项存在且不是1,则去除与这个项相乘的常数。


 时间复杂度一般分为以下几种,分别是:


 (1)常数阶 首先顺序结构的时间复杂度。

main() 
{
    int sum=0,n=100;
    sum=(1+n)*n/2;
    printf(“%d”,sum);
}

算法的时间复杂度为O(1)。 这个算法的运行次数函数是f(n)=3。根据我们推导的方法,第一步就是把常数项3改为1。在保留最高阶项时发现,它根本没有最高阶项,所以这个算法的时间复杂度为O(1)。


 (2)线性阶 要确定某个算法的阶次,需要确定某个特定语句或某个语句集运行的次数。因此,要分析算法的复杂度,关键就是要分析循环结构的运行情况。  

int i; for(i=0;i<n;i++)
{ 
  /*时间复杂度为O(1)的程序步骤序列*/
}

(3)对数阶

int count=1;
while(count<n)
{ count=count*2; /*时间复杂度为O(1)的程序步骤序列*/} 

由于每次count乘以2之后,就距离n更近了一点。也就是说,有多少个2相乘后大于n,则会退出循环。由2x=n得到x=log2n。所以这个循环的时间复杂度为O(log2n)。  

(4)平方阶

inti,j; 
for(i=0;i<n;i++)
{ 
    for(j=0;j<n;j++)
    { /*时间复杂度为O(1)的程序步骤序列*/
     }
}

循环的时间复杂度等于循环体的复杂度乘以该循环运行的次数。间复杂度为O(n2)。


4. 总结


 本文主要讨论算法的时间复杂度,算法时间复杂度在数据结构中是比较难的问题,通过本文给出的计算时间复杂度的方法,能够比较容易掌握时间复杂的计算。


4.渐进空间时间复杂度

定义


对于一个算法,假设其问题的输入大小为n,那么我们可以用 O(f(n)) 来表示其算法复杂度(time complexity)。那么,渐进时间复杂度(asymptotic time complexity)就是当n趋于无穷大的时候,f(n) 得到的极限值。


可以理解为:我们通过计算得出一个算法的运行时间 T(n), 与T(n)同数量级的即幂次最高的O(F(n))即为这个算法的时间复杂度。例如:某算法的运行时间T(n) = n+10与n是同阶的(同数量级的),所以称T(n)=O(n)为该算法的时间复杂度。


算法的渐进分析就是要估计:n逐步增大时资源开销T(n)的增长趋势。


5.设计算法的过程

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