演算法的時間複雜度和空間複雜度

2021-09-28 16:44:41 字數 1487 閱讀 8155

在程式設計時,乙個問題往往有多個演算法可以解決,但不同演算法的代價卻會有很大的區別。乙個演算法的質量優劣將影響到演算法乃至程式的效率。

那我們應該如何去衡量不同演算法之間的優劣呢?主要還是從演算法的代價來考量。

1.時間代價:執行當前演算法所消耗的時間。

2.空間代價:執行當前演算法所占用的記憶體空間。

演算法的代價通常用時間複雜度和空間複雜度來度量。

(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,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),n為問題的規模。

(2)時間複雜度

在剛才提到的時間頻度中,當n不斷變化時,時間頻度t(n)也會不斷變化。但有時我們想知道它變化時呈現什麼規律。為此,我們引入時間複雜度概念。

一般情況下,演算法中基本操作重複執行的次數是問題規模n的某個函式,用t(n)表示,若有某個輔助函式f(n),使得n趨近於無窮大時,t(n)/f(n)的極限值為不等於0的常數,則稱f(n)是t(n)的同數量級函式。記作t(n)=o(f(n)),稱o(f(n)) 為演算法的漸進時間複雜度,簡稱時間複雜度。

以下是常見的時間複雜度。

1、常數階o(1)

int a=1;

int b=2;

a++;

int c=a+b;

以上四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)。

2、線性階o(n)

a=0;

b=0;for

(i=0

;i)

以上語句的t(n)=2+2n=o(n)。

3、平方階o(n²)

a=0;

for(i=

0;i)for

(j=0

;j)

以上語句的t(n)=1+2n²=o(n²)。

4、對數階o(logn)

a=0;

for(i=

1;i<=n;i*=2

) a++

;

從上面的**可以看到,在for迴圈裡面,每次都將 i 乘以2,乘完之後,i 距離n就越來越近了。假設迴圈x次之後,i 就大於n了,此時迴圈退出,也就是說2的x次方等於 n,那麼 x = log2n。

以上語句的t(n)=1+log2n=o(log2n)。

與時間複雜度類似,空間複雜度是指演算法在計算機內執行時所需儲存空間的度量。記作s(n)=o(f(n))。

演算法執行期間所需要的儲存空間包括3個部分:

(1)演算法程式所佔的空間;

(2)輸入的初始資料所佔的儲存空間;

(3)演算法執行過程中所需要的額外空間。

演算法複雜度 時間複雜度和空間複雜度

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演算法複雜度 時間複雜度和空間複雜度

演算法的時間複雜度是指執行演算法所需要的計算工作量。n稱為問題的規模,當n不斷變化時,時間頻度t n 也會不斷變化。但有時我們想知道它變化時呈現什麼規律。為此,我們引入時間複雜度概念。一般情況下,演算法中基本操作重複執行的次數是問題規模n的某個函式,用t n 表示,若有某個輔助函式f n 存在乙個正...