演算法學習 演算法的時間複雜度與空間複雜度

2021-09-28 23:26:00 字數 2105 閱讀 9834

乙個演算法執行所耗費的時間,從理論上來說是不能計算出來的,必須通過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)。

在剛才提到的問題當中,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),

使得當n

趨近於無窮大時,t(n)/f(n)的極限值為不等於零的常數,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。

在各種不同演算法中,若演算法中語句執行次數為乙個常數,則時間複雜度為

o(1)。

另外,在時間頻度不相同時,時間複雜度有可能相同,如

t(n)=

與t(n)=4

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(

次方階o(

o(隨著問題規模

n的不斷增大,上述時間複雜度不斷增大,演算法的執行效率越低。

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))

o(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)。

o(

語句1:交換i和

j的內容

sum=0;                 (一次)

for(i=1;i<=n;i++) (n+1次 )

for(j=1;j<=n;j++) (n^2次 )

sum++; (n^2次 )

t(n)=2

+n+1 =o(n^2)

語句2:

for (i=1;i語句

1的頻度是

n-1 語句2

的頻度是(n-1)*(2n+1)=2

-n-1

f(n)=2

-n-1+(n-1)=2

-2 該程式的時間複雜度t(n)=o(

). 

o(n)

a=0;

b=1; ①

for (i=1;i<=n;i++) ②

語句

1的頻度:

2,         語句

2的頻度:

n,         語句

3的頻度:

n-1,         語句

4的頻度:

n-1,     語句

5的頻度:

n-1,                                  

t(n)=2+n+3(n-1)=4n-1=o(n).

for (int i = 2; i < n; i++)
設迴圈體的

頻度是f(n),  

則:2^f(n)<=n;f(n)<=

取最大值f(n)=

, t(n)=o(

)

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