数据结构-算法的空间复杂度(1.2)

简介: 数据结构-算法的空间复杂度(1.2)

1.空间复杂度

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存储空间大小的量度。


他也是用大O渐进表示法。


1.1 例子

例1:


冒泡排序:


void BubbleSort(int* a, int n)
{
  assert(a);
  for (size_t end = n; end > 0; --end)
  {
  int exchange = 0;
  for (size_t i = 1; i < end; ++i)
  {
    if (a[i - 1] > a[i])
    {
    Swap(&a[i - 1], &a[i]);
    exchange = 1;
    }
  }
  if (exchange == 0)
    break;
  }
}
这个是开辟了常数个的空间,
(创建变量就是开辟空间)
它创建了几个变量,所以是开辟了常数个的空间,
所以他的空间复杂度是O(1)。
例2:
斐波那契数列:
long long* Fibonacci(size_t n)
{
  if (n == 0)
  return NULL;
  long long* fibArray = (long long*)malloc((n + 1) * sizeof(long long));
  fibArray[0] = 0;
  fibArray[1] = 1;
  for (int i = 2; i <= n; ++i)
  {
  fibArray[i] = fibArray[i - 1] + fibArray[i - 2];
  }
  return fibArray;
}

这里用malloc开辟了n个以上的空间,


所以它的空间复杂度是O(N)。


例3:


阶乘递归:


long long Fac(size_t N)
{
  if (N == 0)
  return 1;
  return Fac(N - 1) * N;
}

这段代码,


因为函数递归,建立函数栈帧,


而函数栈帧里有常数个(空间)变量开辟,


而这段代码,建立了N+1个函数栈帧,


所以它的空间复杂度是O(N)。


1.2 空间的特殊性质

例4:


long long Fib(int N)
{
  if (N < 3)
  return 1;
  return Fib(N - 1) + Fib(N - 2);
}

这段代码的时间复杂度是O(2的N次方)。


但是,它的空间复杂度呢?


实际上,他的空间复杂度是O(N),而不是O(2的N次方)。


为什么呢?


因为函数递归的过程中会建立栈帧,而这段代码在进行递归的时候,


并不会一直递归到最后才返回,


当它递归到一定程度是,会有函数提前返回,


导致栈帧销毁,当新的栈帧建立的时候,


空间就会被重复使用,


例:


#include 
void f1()
{
  int b = 0;
  printf("%p\n", &b);
}
void f2()
{
  int a = 0;
  printf("%p\n", &a);
}
int main()
{
  f1();
  f2();
  return 0;
}

输出:



我们发现,当f1函数的栈帧销毁后,


f2函数栈帧建立,创建的变量地址与f1中创建的变量地址相同,


这就是空间重复利用的特性。


例:

#include 
void f1()
{
  int b = 0;
  printf("%p\n", &b);
}
void f2()
{
  int a = 0;
  printf("%p\n", &a);
  f1();
}
int main()
{
  f2();
  return 0;
}


输出:



当f1函数的栈帧没有销毁,


f2函数的变量自然用不了f1函数的空间,


所以他们的地址当然不同了。


写在最后:

以上就是本篇文章的内容了,感谢你的阅读。


如果喜欢本文的话,欢迎点赞和评论,写下你的见解。


如果想和我一起学习编程,不妨点个关注,我们一起学习,一同成长。



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