2.算法复杂度度量

复杂度度量

        1.时间复杂度
        特定算法处理规模为n的问题所需要的时间可记作T(n),严格来说这个定义并不明确。为此需要做进一步简化,即从保守估计的角度出发,在规模为n的所有输入中选择执行时间最长者作为T(n),并以T(n)度量该算法的时间复杂度。
        2.渐进复杂度
        着重长远、更为注重时间复杂度的总体变化趋势和增长速度的策略与方法,即所谓的渐进分析(asymptotic analysis)。那么,针对足够大的输入规模n,算法执行时间T(n)的渐进增长速度应该如何评价和度量?引入以下几个符号。
        2.1大O记号(big-O
        出于保守估计,我们首先关注T(n)的渐进上届。为此可引入所谓“大O记号”(big-O)。具体地,若存在正的常数c和函数f(n),使得对任何n>>2都有
        
则可认为在n足够大之后,f(n)给出了T(n)增长速度的一个渐进上界。此时记之为:
        
        由这一定义,可以导出大O记号的以下性质:
        (1)对于任一常数c>0,有
        (2)对于任意常数a>b>0,有
        “最坏情况复杂度”是人们关注且使用最多的。
        2.2大Ω记号(big-Omega
        为了对算法的最好情况做出估计,需要借助另一个符号。如果存在正的常数c和函数g(n),使得对于任何n>>2都有
        
        就可以认为,在n足够大之后,g(n)给出了T(n)的一个渐进下届。此时我们记之为:
        
        这里的Ω称作“大Ω记号”。与大O记号恰恰相反,大Ω记号是对算法执行效率的乐观估计——对于规模为n的任意输入,算法的运行时间都不低于Ω(g(n))。比如在最好的情况下,起泡排序也至少需要T(n)=Ω(n)的计算时间。
        2.2大Θ记号(big-Theta)
        借助大O记号和大Ω记号可以对算法的时间复杂度做出定量的界定,亦即,从渐进的趋势看,T(n)界于Ω(g(n))和O(f(n))之间。恰巧出现g(n)=f(n)的情况,可以使用另一记号来表示。
        如果存在正的常数c1<c2和函数h(n),使得对于任何n>>2都有
        
        就可以认为在n足够大之后,h(n)给出了T(n)的一个确界。此时,我们记之为:
        T(n)=Θ(h(n))
        这里的Θ称作“大Θ记号”,它是对算法复杂度的准确估计——对于规模为n的任何输入,算法的运行时间T(n)都与Θ(h(n))同阶。




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