搞懂时间复杂度、时间复杂度

写在前面

时间复杂度是用来干什么的?
时间复杂度可以用来衡量算法的执行效率。

注意并不是衡量具体执行时间,而是用来表示执行时间的量级、消耗时间的趋势

空间复杂度是用来干什么的?
空间复杂度可以用来衡量占用存储的趋势。

一般考虑空间复杂度仅考虑的是”算法“上,不考虑”代码“本身的长短。

1、数学中的log什么意思?

预备知识:数学中的log什么意思?

log表示对数。如果a的b次方等于n,那么
在这里插入图片描述
在上面的式子中,我们可以看出log最后等于的是b,b表示a的多少次方,b是一个量级、a是一个系数,而时间复杂度中只考虑量级,所以我们写的时候常常忽略a,直接写 log n。

2、时间复杂度

2.1、用T(n)表示程序执行次数

1、如下程序执行了两次,T(n) = 2

void a(){
   System.out.println("1");
   System.out.println("2");
}

2、如下程序执行了3n次,T(n) = 3n

void a(int n){
    for(int i=0; i<n; i++){;
        System.out.println("1");
        System.out.println("2");
        System.out.println("3");
    }
}

3、如下程序执行了 5倍log(2)n 次,T(n) = 5logn, (底数2被忽略了)

void a(int n){
   for(int i=1; i<n; i*=2){
       System.out.println("1");
       System.out.println("2");
       System.out.println("3");
       System.out.println("4");
       System.out.println("5");
   }
}

2.2、用O(n)表示时间复杂度

比如算法A的相对时间是T(n)= 100n,算法B的相对时间是T(n)= 5n^2,这两个到底谁的运行时间更长一些?这就要看n的取值了。

所以,这时候有了渐进时间复杂度的概念,官方的定义如下:
若存在函数 f(n),使得当n趋近于无穷大时,T(n)/ f(n)的极限值为不等于零的常数,则称 f(n)是T(n)的同数量级函数。记作 T(n)= O(f(n)),称O(f(n)) 为算法的渐进时间复杂度,简称时间复杂度。
渐进时间复杂度用大写O来表示,所以也被称为大O表示法。

简单的说 O(n)就是T(n)省去系数、仅留下最高项,也就是时间复杂度只关注程序执行的“量级”。

例如:
T(n) = 3n ,省去系数3,仅保留量级n,转化的时间复杂度为:
T(n) = O(n)

T(n) = 5log(2)n ,省去系数5、底数2,转化的时间复杂度为:
T(n) = O(logn)

T(n) = 2 只有常数量级,转化的时间复杂度为:
T(n) = O(1)

T(n) = 0.5n^2 + 0.5n
最高阶项为0.5n^2,省去系数0.5,转化的时间复杂度为:
T(n) = O(n^2)

2.3、时间复杂度大小比较

这四种时间复杂度究竟谁用时更长,谁节省时间呢?稍微思考一下就可以得出结论:

O(1)< O(logn)< O(n)< O(n^2)

在编程的世界中有着各种各样的算法,除了上述的四个场景,还有许多不同形式的时间复杂度,比如:

O(nlogn), O(n^3), O(m*n),O(2^n),O(n!)

举例:
算法A的相对时间规模是T(n)= 100n,时间复杂度是O(n)
算法B的相对时间规模是T(n)= 5n2,时间复杂度是O(n2)
算法A运行在小灰家里的老旧电脑上,算法B运行在某台超级计算机上,运行速度是老旧电脑的100倍。
那么,随着输入规模 n 的增长,两种算法谁运行更快呢?
在这里插入图片描述
从表格中可以看出,当n的值很小的时候,算法A的运行用时要远大于算法B;当n的值达到1000左右,算法A和算法B的运行时间已经接近;当n的值越来越大,达到十万、百万时,算法A的优势开始显现,算法B则越来越慢,差距越来越明显。

3、用O(n)表示空间复杂度

通常来说,只要算法不涉及到动态分配的空间以及递归、栈所需的空间,空间复杂度通常为O(1)。

O(1)
在这里插入图片描述
O(n):数组
在这里插入图片描述
O(n^2):二维数组
在这里插入图片描述

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