時間複雜度數量級分析

2022-08-09 02:24:14 字數 2376 閱讀 7122

「大o記法:在這種描述中使用的基本引數是 n,即問題例項的規模,把複雜性或執行時間表達為n的函式。

注意:「o」表示量級 (order),比如說「二分檢索是 o(logn)的」,也就是說它需要「通過logn量級的步驟去檢索乙個規模為n的陣列」記法 o

( f(n) )表示當 n增大時,執行時間至多將以正比於 f(n)的速度增長。

這種漸進估計對演算法的理論分析和大致比較是非常有價值的,但在實踐中細節也可能造成差異。例如,乙個低附加代價的o(n2)演算法在n較小的情況下可能比乙個高附加代價的 o(nlogn)演算法執行得更快。當然,隨著n足夠大以後,具有較慢上公升函式的演算法必然工作得更快。

o(1)

temp=i;i=j;j=temp;

分析: 

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)。 

這裡的1不是1,只是表示乙個常數; 

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(n2)

2.1. 交換i和j的內容

sum=0; (一次)

for(i=1;i<=n;i++) (n次 )

for(j=1;j<=n;j++) (n2次 )

sum++; (n2次 )

解:t(n)=2*n2+n+1 =o(n2)

2.2.

for (i=1;in-1次)

解: 語句1的頻度是n-1

語句2的頻度是(n-1)*(2*n+1)=2*n2-n-1

f(n)=2*n2-n-1+(n-1)=2*n2-2

該程式的時間複雜度t(n)=o(n2).

o(n)

2.3.

a=0;

b=1;                              //1

for (i=1;i<=n;i++)      //2

解: 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).

o(log2

n )

2.4.

i=1;          //1

while (i<=n)

i=i*2;      //2

解: 語句1的頻度是1,

設語句2的頻度是f(n), 則:2f(n)

<=n;  f(n)<=log2n 

取最大值f(n)= log2

n,t(n)=o(log2

n )o(n3)

2.5.

for(i=0;i

}解: 當i=m, j=k的時候,內層迴圈的次數為k當i=m時, j 可以取 0,1,...,m-1 , 所以這裡最內迴圈共進行了0+1+...+m-1=(m-1)m/2次

,所以i從0取到n, 則迴圈共進行了:

0+(1-1)*1/2+...+(n-1)n/2=n(n+1)(n-1)/6所以時間複雜度為o(n3).

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(n2),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(n2)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(n3),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n2。

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。

技巧1:

for(i=1; i

那麼這個程式片段的時間複雜度就是:o(log2

n);

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