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我们知道用算法效率来衡量一个算法的好坏,那么如何计算算法效率呢
算法效率分析分为两种:第一种是时间效率,第二种是空间效率。时间效率被称为时间复杂度,而空间效率被称作 空间复杂度。
时间复杂度主要衡量的是一个算法的运行速度,而空间复杂度主要衡量一个算法所需要的额外空间。
在计算机发展的早期,计算机的存储容量很小。所以对空间复杂度很是在乎。但是经过计算机行业的迅速发展,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。
一、时间复杂度
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数学函数,它定量描述了该算法的运行时间。
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。
2、大O的渐进表示法
先来看一段代码
void func1(int N){ int count = 0; for (int i = 0; i < N ; i++) { for (int j = 0; j < N ; j++) { count++; } }//次数n^2 for (int k = 0; k < 2 * N ; k++) { count++; }//2*n int M = 10; while ((M--) > 0) { count++; }//10 System.out.println(count); }
Func1 执行的基本操作次数 :
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。
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:
- 用常数1取代运行时间中的所有加法常数。
- 在修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项。
- 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:
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
)
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)
做三个练习题练练手吧
1、
计算
binarySearch
的时间复杂度
int binarySearch(int[] array, int value) { int begin = 0; int end = array.length - 1; while (begin <= end) { int mid = begin + ((end-begin) / 2); if (array[mid] < value) begin = mid + 1; else if (array[mid] > value) end = mid - 1; else return mid; } return -1; }
因为二分查找中没查找一次,长度变为1/2;查找n次,,
,
binarySearch的时间复杂度为:
2、// 计算阶乘递归factorial的时间复杂度
long factorial(int N) { return N < 2 ? N : factorial(N-1) * N; }
递归时间复杂度=递归次数*每次递归的执行次数
基本操作递归了
N
次,时间复杂度为
O(N)
。
3、//
计算斐波那契递归
fibonacci
的时间复杂度?
int fibonacci ( int N ) {return N < 2 ? N : fibonacci ( N - 1 ) + fibonacci ( N - 2 );}
基本操作递归了 n次,时间复杂度为O( )。
常见时间复杂度如表:

二、空间复杂度
空间复杂度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时间复杂度类似,也 使用大
O
渐进表示法
。
直接练习领悟吧
1、// 计算
bubbleSort
的空间复杂度?
void bubbleSort(int[] array) { for (int end = array.length; end > 0; end--) { boolean sorted = true; for (int i = 1; i < end; i++) { if (array[i - 1] > array[i]) { Swap(array, i - 1, i); sorted = false; } } if (sorted == true) { break; } } }
实例1使用了常数个额外空间,所以空间复杂度为 O(1)
2、// 计算fibonacci的空间复杂度?
int[] fibonacci(int n) { long[] fibArray = new long[n + 1]; fibArray[0] = 0; fibArray[1] = 1; for (int i = 2; i <= n ; i++) { fibArray[i] = fibArray[i - 1] + fibArray [i - 2]; } return fibArray; }
实例2动态开辟了N个空间,空间复杂度为 O(N)
3、 // 计算阶乘递归Factorial的空间复杂度?
long factorial(int N) { return N < 2 ? N : factorial(N-1)*N; }
实例
3
递归调用了
N
次,开辟了
N
个栈帧,每个栈帧使用了常数个空间。空间复杂度为
O(N)