演算法的基礎

2022-04-05 08:55:09 字數 1547 閱讀 5339

一、二分查詢:

假如我們來玩乙個猜數的遊戲,隨便想乙個1~100的數字,最多需要幾次能猜對呢?

傻找:什麼是傻找呢,就是從1開始往上猜,如果想的數是99,豈不是要猜99次,你不傻誰傻?

最佳的方案:如果我說50,你說猜小了,哇咔咔我們一下子就排除了50個數,再接下來知道怎麼猜了把,當然是75啦,即每次猜的數都是餘下數的一半,如此下去,不管你想的數是多少,我都能在7次之內猜出來,這就是大名鼎鼎的二分查詢法。

注意:二分查詢法只適用於有序的列表。

一般而言,對於包含n個元素的列表,用二分查詢法最多需要log2的n步,而簡單查最多需要n步。

對數:演算法的世界裡,怎麼可能少得了數字,那什麼叫對數呢?

如果a的x次方等於n(a>0,且a不等於1),那麼數x就叫做以a為底n的對數,記作x=loga(n),其中a為底數,n為真數。例子:2的3次方等於8,那麼3就是以2為底8的對數。

線性時間,簡單查詢(逐個檢查)列表中的元素,換言之,最多需要猜測的次數(之前的猜數)與列表長度相同,這被稱為線性時間。

對數時間,以二分查詢執行的時間稱為對數時間(log時間,log指log2,2為底數)。

三、大o表示法

大o表示法為一種特殊的表示法,指出了演算法的速度有多塊。

舉例:如果說檢查乙個元素需要1毫秒。使用簡單查詢時,需要100毫秒(猜數遊戲為例),那麼二分查詢大約需要(log2的100)7毫秒;由此可以得出簡單查詢所需的時間大約是二分查詢的15倍;如果乙個序列中包含10億個元素,二分查詢需要約30毫秒,那麼簡單查詢所需要的時間為30*15=450毫秒,結果真的是這樣嗎?

其實不是,而且是大錯特錯!!!

簡單查詢與二分查詢執行時間的增速不同,什麼意思呢?

也就是說,隨著元素數量的增多,二分查詢需要的額外時間並不多,而簡單查詢需要的額外時間卻很多。因此,隨著列表的增長,二分查詢的速度比簡單查詢快得多。

有簽於此,僅知道演算法需要多長時間才能鄖西那個完畢還不夠,還需要知道鄖西那個時間如何隨著列表增長而增大,這正是大o表示法的意義所在。

大o表示法指出了演算法有多塊。例如,建設列表包含n個元素,簡單查詢需要檢查每個元素,需要執行n次,使用大o表示法,這個時間為o(n),單位秒?沒有--大o表示法指的並非以秒為單位的速度,而是讓你比較運算元,它指出了演算法執行時間的增速。

二分查詢法大o表示法為o(logn,注意此處log為簡寫,實際為log2的n次方)。

注意:大o表示法指出的永遠都是最糟糕情況下的執行時間。

o(log n),對數時間,這樣的演算法包括二分查詢;

o(n),線性時間,這樣的演算法博愛闊簡單查詢;

o(n * log n),快速排序,一種速度較快的排序演算法;

o(n的2次方),選擇排序,一種速度較慢的排序演算法;

o(n!),旅行商解決方案,一種非常慢的演算法。

總結:演算法的速度指的並非時間,而是運算元的增速;

二分查詢的速度比簡單查詢快得多;

o(log n)比o(n)快。需要搜尋的元素越多,前者比後者就快得越多;

演算法執行時間是從其增速的角度度量的;

演算法執行時間使用大o表示法表示。

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