1 .算法的复杂度(超全)

简介: 1 .算法的复杂度(超全)

1.算法效率

1.1 如何衡量一个算法的好坏

如何衡量一个算法的好坏呢?比如对于以下斐波那契数列:

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

斐波那契数列的递归实现方式非常简洁,但简洁一定好吗?那该如何衡量其好与坏呢?

1.2 算法的复杂度

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。

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。现在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,有时还会用到用空间换时间

1.3 复杂度在校招中的考察

2.时间复杂度

2.1 时间复杂度的概念

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函数,它定量描述了该算法的运行时间。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。

// 请计算一下Func1中++count语句总共执行了多少次?
void Func1(int N)
{
  int count = 0;
  for (int i = 0; i < N; ++i)
  {
    for (int j = 0; j < N; ++j)//嵌套循环是N*N
    {
      ++count;
    }
  }
 
  for (int k = 0; k < 2 * N; ++k)  //2*N
  {
    ++count;
  }
 
  int M = 10;
  while (M--)  //10
  {
    ++count;
  }
}

Func1 执行的基本操作次数 : F(N)=N ^ 2 + 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

2.2 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:

  • 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。 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)

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常见时间复杂度计算举例

经典的斐波那契

先往下调,不断建立栈帧

时间一去不复返,空间是可以重复利用的

函数所创见栈帧的思考:参数和套用的一样的    一样是一块栈帧,所以复调不会再额外创建空间

3.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

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,即主要看malloc和递归

4. 常见复杂度对比

对斐波那契的探讨:

5. 复杂度的oj练习

一.消失的数字

二.旋转数组

方法一:

1.  ++bigin   --end  实现反转交换

2.  避免二重函数的灵魂就在于:三次逆转 两边往中间交换

优点: 无循环的嵌套  O(N)时间复杂度

代码如下:

方法二:

空间换时间    memcopy 时间O(N)

创建新数组,截断copy 再整体返回

~省流:

1. 时间复杂度 是算跑多少次的数学函数式  循环次数  算的是量级

2.空间复杂度 所占存储空间  主要看malloc 和递归的次数

  关注【扩容】 (int*) malloc (sizeof(int)*num)  和 递归(函数的栈帧创建)

3.都采用大O表示法  ,O(1)表示的是常数次

4.关注最坏的运行情况,O(N*N)一般就是底线了

~数据结构学习目标:

1. 死磕代码

2. 注意画图和思考

3. 数据结构学习得差不多了,推荐去看看《剑指offer》和《程序员代码面试指南》上的题 做一遍

4. 刷完上面的内容,去刷Leetcode  目标 刷题500+

努力成为一个优秀的程序员~


相关文章
|
7月前
|
机器学习/深度学习 存储 算法
【算法与数据结构】复杂度深度解析(超详解)
【算法与数据结构】复杂度深度解析(超详解)
【算法与数据结构】复杂度深度解析(超详解)
|
7月前
|
存储 算法
数据结构与算法:复杂度
数据结构: 数据结构是用于存储和组织数据的方式,以便可以有效地访问和修改数据。不同的数据结构适用于不同类型的应用,并且具体的数据结构可以大幅影响程序的性能。数据结构分为两大类:线性数据结构和非线性数据结构。 算法: 算法是完成特定任务的一系列操作步骤,是解决问题的明确规范。算法的效率通常通过时间复杂度和空间复杂度来评估,即算法执行所需的时间和空间资源。
|
7月前
|
机器学习/深度学习 存储 算法
如何评判算法好坏?复杂度深度解析
如何评判算法好坏?复杂度深度解析
125 0
|
2月前
|
移动开发 算法 前端开发
前端常用算法全解:特征梳理、复杂度比较、分类解读与示例展示
前端常用算法全解:特征梳理、复杂度比较、分类解读与示例展示
30 0
|
3月前
|
算法 搜索推荐 开发者
别再让复杂度拖你后腿!Python 算法设计与分析实战,教你如何精准评估与优化!
在 Python 编程中,算法的性能至关重要。本文将带您深入了解算法复杂度的概念,包括时间复杂度和空间复杂度。通过具体的例子,如冒泡排序算法 (`O(n^2)` 时间复杂度,`O(1)` 空间复杂度),我们将展示如何评估算法的性能。同时,我们还会介绍如何优化算法,例如使用 Python 的内置函数 `max` 来提高查找最大值的效率,或利用哈希表将查找时间从 `O(n)` 降至 `O(1)`。此外,还将介绍使用 `timeit` 模块等工具来评估算法性能的方法。通过不断实践,您将能更高效地优化 Python 程序。
69 4
|
3月前
|
算法 程序员 Python
程序员必看!Python复杂度分析全攻略,让你的算法设计既快又省内存!
在编程领域,Python以简洁的语法和强大的库支持成为众多程序员的首选语言。然而,性能优化仍是挑战。本文将带你深入了解Python算法的复杂度分析,从时间与空间复杂度入手,分享四大最佳实践:选择合适算法、优化实现、利用Python特性减少空间消耗及定期评估调整,助你写出高效且节省内存的代码,轻松应对各种编程挑战。
59 1
|
4月前
|
算法
【初阶数据结构】复杂度算法题篇
该方法基于如下的事实:当我们将数组的元素向右移动 k 次后,尾部 kmodn 个元素会移动至数组头部,其余元素向后移动 kmodn 个位置。
30 1
|
5月前
|
机器学习/深度学习 存储 算法
【数据结构】算法的复杂度
算法的时间复杂度和空间复杂度
83 1
【数据结构】算法的复杂度
|
5月前
|
算法 搜索推荐 开发者
别再让复杂度拖你后腿!Python 算法设计与分析实战,教你如何精准评估与优化!
【7月更文挑战第23天】在Python编程中,掌握算法复杂度—时间与空间消耗,是提升程序效能的关键。算法如冒泡排序($O(n^2)$时间/$O(1)$空间),或使用Python内置函数找最大值($O(n)$时间),需精确诊断与优化。数据结构如哈希表可将查找从$O(n)$降至$O(1)$。运用`timeit`模块评估性能,深入理解数据结构和算法,使Python代码更高效。持续实践与学习,精通复杂度管理。
67 9
下一篇
DataWorks