演算法時間複雜度

2021-07-06 07:49:49 字數 2715 閱讀 8400

時間複雜度的定義:如果乙個問題的規模是n,解這一問題的某一演算法所需要的時間為t(n),它是n的某一函式

t(n)稱為這一演算法的「時間複雜性」。

當輸入量n逐漸加大時,時間複雜性的極限情形稱為演算法的「漸近時間複雜性」。

我們常用大o表示法表示時間複雜性,注意它是某乙個演算法的時間複雜性。大o表示只是說有上界,由定義如果f(n)=o(n),那顯然成立f(n)=o(n^2),它給你乙個上界,但並不是上確界,但人們在表示的時候一般都習慣表示前者。此外,乙個問題本身也有它的複雜性,如果某個演算法的複雜性到達了這個問題複雜性的下界,那就稱這樣的演算法是最佳演算法。

幾個簡單例子幫助你快速了解時間複雜度:

(1)temp=i;i=j;j=temp; 

以上三條單個語句的頻度均為1,該程式段的執行時間是乙個與問題規模n無關的常數。演算法的時間複雜度為常數階,記作t(n)=o(1)。如果演算法的執行時間不隨著問題規模n的增加而增長,即使演算法中有上千條語句,其執行時間也不過是乙個較大的常數。此類演算法的時間複雜度是o(1)。

(2)   for(i=1;i<=n;i++)  //迴圈了n*n次,當然是o(n^2)

for(j=1;j<=n;j++)

s++;

(3)   for(i=1;i<=n;i++)//迴圈了(n+n-1+n-2+...+1)≈(n^2)/2,因為時間複雜度是不考慮係數的,所以也是o(n^2)

for(j=i;j<=n;j++)

s++;

(4)   for(i=1;i<=n;i++)//迴圈了(1+2+3+...+n)≈(n^2)/2,當然也是o(n^2)

for(j=1;j<=i;j++)

s++;

(5)   i=1;k=0;

while(i<=n-1)//迴圈了n-1≈n次,所以是o(n)

(6)   for(i=1;i<=n;i++)

for(j=1;j<=i;j++)

for(k=1;k<=j;k++)

x=x+1;//迴圈了(1^2+2^2+3^2+...+n^2)=n(n+1)(2n+1)/6(這個公式要記住哦)≈(n^3)/3,不考慮係數,自然是o(n^3)另外,在時間複雜度中,log(2,n)(以2為底)與lg(n)(以10為底)是等價的,因為對數換底公式:log(a,b)=log(c,b)/log(c,a)所以,lg(2,n)=log(2,10)*lg(n),忽略掉係數,二者當然是等價的

計算方法:

1.乙個演算法執行所耗費的時間,從理論上是不能算出來的,必須上機執行測試才能知道。但我們不可能也沒有必要對每個演算法都上機測試,只需知道哪個演算法花費的時間多,哪個演算法花費的時間少就可以了。並且乙個演算法花費的時間與演算法中語句的執行次數成正比例,哪個演算法中語句執行次數多,它花費時間就多。

乙個演算法中的語句執行次數稱為語句頻度或時間頻度。記為t(n)。

2.一般情況下,演算法的基本操作重複執行的次數是模組n的某乙個函式f(n),因此,演算法的時間複雜度記做:t(n)=o(f(n))。隨著模組n的增大,演算法執行的時間的增長率和f(n)的增長率成正比,所以f(n)越小,演算法的時間複雜度越低,演算法的效率越高。

在計算時間複雜度的時候,先找出演算法的基本操作,然後根據相應的各語句確定它的執行次數,再找出t(n)的同數量級(它的同數量級有以下:1,log2n ,n ,nlog2n ,n的平方,n的三次方,2的n次方,n!),找出後,f(n)=該數量級,若t(n)/f(n)求極限可得到一常數c,則時間複雜度t(n)=o(f(n))。

3.常見的時間複雜度

按數量級遞增排列,常見的時間複雜度有:

常數階o(1),  對數階o(log2n),  線性階o(n),  線性對數階o(nlog2n),  平方階o(n^2), 立方階o(n^3),..., k次方階o(n^k), 指數階o(2^n) 。

其中,1.o(n),o(n^2), 立方階o(n^3),..., k次方階o(n^k) 為多項式階時間複雜度,分別稱為一階時間複雜度,二階時間複雜度。。。。

2.o(2^n),指數階時間複雜度,該種不實用

3.對數階o(log2n),   線性對數階o(nlog2n),除了常數階以外,該種效率最高

例:演算法:

for(i=1;i<=n;++i)

}則有 t(n)= n^2+n^3,根據上面括號裡的同數量級,我們可以確定 n^3為t(n)的同數量級

則有f(n)= n^3,然後根據t(n)/f(n)求極限可得到常數c

則該演算法的 時間複雜度:t(n)=o(n^3)

注意:我們還應該區分演算法的最壞情況的行為和期望行為。如快速排序的最壞情況執行時間是 o(n^2),但期望時間是 o(nlogn)。通過每次都仔細 地選擇基準值,我們有可能把平方情況 (即o(n^2)情況)的概率減小到幾乎等於 0。在實際中,精心實現的快速排序一般都能以 (o(nlogn)時間執行。

下面是一些常用的記法:

訪問陣列中的元素是常數時間操作,或說o(1)操作。

乙個演算法如 果能在每個步驟去掉一半資料元素,如二分檢索,通常它就取 o(logn)時間。

用strcmp比較兩個具有n個字元的串需要o(n)時間。常規的矩陣乘演算法是o(n^3),因為算出每個元素都需要將n對元素相乘並加到一起,所有元素的個數是n^2。

指數時間演算法通常**於需要求出所有可能結果。例如,n個元 素的集合共有2n個子集,所以要求出所有子集的演算法將是o(2n)的。指數演算法一般說來是太複雜了,除非n的值非常小,因為,在 這個問題中增加乙個元素就導致執行時間加倍。不幸的是,確實有許多問題 (如著名的「巡迴售貨員問題」 ),到目前為止找到的演算法都是指數的。如果我們真的遇到這種情況,通常應該用尋找近似最佳結果的演算法替代之。

演算法時間複雜度空間複雜度

演算法 是解決某一類問題的通法,即一系列清晰無歧義的計算指令。每個演算法只能解決具有特定特徵的一類問題,但乙個問題可由多個演算法解決。乙個演算法應該有以下五個方面的特性 比較演算法的優劣我們從兩個維度去進行考量 時間 空間 時間複雜度,空間複雜度 找出基本語句 演算法中執行次數最多的那條語句就是基本...

演算法 時間複雜度 空間複雜度

1 if i 1 2 a 1 result 3 4 result n 2 result 1000 1000 3 array.push a array.pop 4 map.set 1,1 map.get 1,1 在計算複雜度的時候,o 1 一般會被忽略。1 for let i 0 i n i 2 wh...

演算法複雜度 時間複雜度和空間複雜度

1 時間複雜度 1 時間頻度 乙個演算法執行所耗費的時間,從理論上是不能算出來的,必須上機執行測試才能知道。但我們不可能也沒有必要對每個演算法都上機測試,只需知道哪個演算法花費的時間多,哪個演算法花費的時間少就可以了。並且乙個演算法花費的時間與演算法中語句的執行次數成正比例,哪個演算法中語句執行次數...