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~


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