1.算法效率
1.1 那么如何衡量一个算法的好坏
我们来看一个代码:
long long Fib(int N)
{
if(N < 3)
return 1;
return Fib(N-1) + Fib(N-2);
}
这个代码我们使用递归的方式写的,这样的代码看上去十分的简洁,但是简洁就一定好吗?
我们知道在学者一个代码的时候,我们发现当计算较后的数据的是改代码的弊端就暴露出来了,就算计就得不出来结果了,这是因为此时的计算量非常大。
1.2时间复杂的概念
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。一个算法执行所耗费的时间,从理论上说,是不能算出来的,只有你把你的程序放在机器上跑起来,才能知道。但是我们需要每个算法都上机测试吗?是可以都上机测试,但是这很麻烦,所以才有了时间复杂度这个分析方式。一个算法所花费的时间与其中语句的执行次数成正比例,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
2.计算时间复杂度
// 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)
{
++count;
}
}
for (int k = 0; k < 2 * N ; ++ k)
{
++count;
}
int M = 10;
while (M--)
{
++count;
}
printf("%d",count);
}
我们可以计算出Func1的基本操作执行次数:n^2+n+10
此时我们可以为n赋值:
N = 10 F(N) = 130
N = 100 F(N) = 10210
N = 1000 F(N) = 1002010
1.1 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).
1.2常见时间复杂度计算举例
// 计算Func2的时间复杂度?
void Func2(int N)
{
int count = 0;
for (int k = 0; k < 2 * N ; ++ k)
{
++count;
}
int M = 10;
while (M--)
{
++count;
}
printf("%d\n", count);
}
我们可以看出其基本操作执行了2n+10次。我们可以通过大O阶的方法推导出时间复杂度为O(N)
因为10和2n相比可以省略不计,然后2n我们只需要保留最高阶即可,多以去掉2。
// 计算Func3的时间复杂度?
void Func3(int N, int M)
{
int count = 0;
for (int k = 0; k < M; ++ k)
{
++count;
}
for (int k = 0; k < N ; ++ k)
{
++count;
}
printf("%d\n", count);
}
我们先看其基本操作执行为M+N次,因为M和N都为未知数,所以其时间复杂度为O(M+N)。
// 计算Func4的时间复杂度?
void Func4(int N)
{
int count = 0;
for (int k = 0; k < 100; ++ k)
{
++count;
}
printf("%d\n", count);
}
这个就可以很简单的看出来其时间复杂度为O(1),因为其执行次数为常数次。
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。
// 计算BubbleSort的空间复杂度?
voidBubbleSort(int*a, intn){
assert(a);
for (size_tend=n; end>0; --end)
{
intexchange=0;
for (size_ti=1; i<end; ++i)
{
if (a[i-1] >a[i])
{
Swap(&a[i-1], &a[i]);
exchange=1;
}
}
if (exchange==0)
break;
}
}
上述代码使用了常数个额外空间,所以空间复杂度为 O(1)。
4.常见复杂度对比
