时间复杂度和空间复杂度

目录

1.什么是时间复杂度和空间复杂度?

1.1算法效率

2.时间复杂度的概念

3.大O的渐进表示法

4.空间复杂度的概念

5.复杂度计算在算法的意义


1.什么是时间复杂度和空间复杂度?

1.1算法效率

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的额为空间,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。

2.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,但是这很麻烦并且如果拿一台性能很好的电脑和一台性能较差的电脑相比运行时间有完全不一样,因为CPU计算速度也不同,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,时间复杂度,通常使用大O渐进表示法。

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。

3.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:O(N^2)

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)

实例1:

实例2:

实例3:

实例4:

实例5:

实例6:

实例7:

实例8:

1. 实例1基本操作执行了2N+10次,通过推导大O阶方法知道,时间复杂度为 O(N)
2. 实例2基本操作执行了M+N次,有两个未知数M和N,时间复杂度为 O(N+M)
3. 实例3基本操作执行了10次,通过推导大O阶方法,时间复杂度为 O(1)
4. 实例4基本操作执行最好1次,最坏N次,时间复杂度一般看最坏,时间复杂度为 O(N)
5. 实例5基本操作执行最好N次,最坏执行了(N*(N+1)/2次,通过推导大O阶方法+时间复杂度一般看最
坏,时间复杂度为 O(N^2)
6. 实例6基本操作执行最好1次,最坏O(logN)次,时间复杂度为 O(logN) ps:logN在算法分析中表示是底
数为2,对数为N。有些地方会写成lgN。
7. 实例7通过计算分析发现基本操作递归了N次,时间复杂度为O(N)。
8. 实例8通过计算分析发现基本操作递归了2^N次,时间复杂度为O(2^N)。

常见复杂度对比图

4.空间复杂度的概念

空间复杂度是对一个算法在运行过程中临时额外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,所以空间复杂度的变量的个数。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。

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计算在运行时候显式申请的额外空间来确定。

实例1:

实例2:

实例3:

实例4:

5.复杂度计算在算法的意义

算法在编写成可执行程序后,运行时需要耗费时间资源和空间(内存)资源 。因此衡量一个算法的好坏,一般
是从时间和空间两个维度来衡量的
,即时间复杂度和空间复杂度。
时间复杂度主要衡量一个算法的运行快慢,而空间复杂度主要衡量一个算法运行所需要的额外空间。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。

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