时间复杂度

本文深入探讨了各种数据结构(如数组、链表、二叉搜索树等)及排序算法(包括冒泡排序、快速排序等)的时间复杂度与性能特点,分析了不同场景下数据操作(如查找、插入、删除)的效率,并对比了稳定性和空间复杂度。

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时间复杂度:

O(1)<O(logn)<O(n)<O(nlogn)<O(n^2)<O(n^{3})<O(2^{n})<O(n!)<O(n^{n})

 取数据查找插入删除
数组O(1)O(n)O(n)O(n)
链表O(n)O(n)O(1)O(1)
二叉搜索树O(logn)~O(n)
折半查找O(logn)
红黑树(自平衡的二叉查找树)O(logn)

 二叉搜索树为平衡二叉树时,时间复杂度是O(logn),当它是一条线时,性能最差,时间复杂度就变为O(n)

排序方法平均情况最好情况最坏情况辅助空间稳定性
冒泡排序O(n^2)O(n)O(n^2)O(1)稳定
简单选择排序O(n^2)O(n^2)O(n^2)O(1)稳定
直接插入排序O(n^2)O(n)O(n^2)O(1)稳定
希尔排序O(nlogn)~O(n^2)O(n^{1.3})O(n^2)O(1)不稳定
堆排序O(nlogn)O(nlogn)O(nlogn)O(1)不稳定
归并排序O(nlogn)O(nlogn)O(nlogn)O(n)稳定
快速排序O(nlogn)O(nlogn)O(n^2)O(logn)~O(n)不稳定

堆排序是不稳定的,因为记录的比较和交换是跳跃的

快排的时间性能取决于快排的递归深度。在最优的情况下,partition每次都划分的很均匀,递归树是平衡的,递归树的深度是

|_\log_{2}n_| +1,仅需递归\log_{2}n次;在最坏的情况下,待排序的序列是正序或者逆序,每次划分只得到一个比上一次划分少一个记录的子序列,另一个为空,用递归树表示就是一颗斜树,此时需要执行n-1次递归调用,最终其时间复杂度是O(n^2)。

快排的空间复杂度主要是递归造成的栈空间的使用。最好的情况,递归树的深度是\log_{2}n,其空间复杂度也就为O(logn);最坏的情况是需要n-1次递归调用,其空间复杂度就为O(n);平均情况,空间复杂度也为O(logn)

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