資料結構與演算法系列二(複雜度分析)

2022-09-06 00:27:21 字數 4297 閱讀 5473

有人說,資料結構與演算法,計算機網路,與作業系統都一樣,脫離日常開發,除了面試這輩子可能都用不到呀!

有人說,我是做業務開發的,只要熟練api,熟練框架,熟練各種中介軟體,寫的**不也能「飛」起來嗎?

於是問題來了:為什麼還要學習資料結構與演算法呢?

#理由一:

面試的時候,千萬不要被資料結構與演算法拖了後腿

#理由二:

你真的願意做一輩子crud boy嗎

#理由三:

不想寫出開源框架,中介軟體的工程師,不是好廚子

我想好了,還是需要學習資料結構與演算法。但是我有兩個困惑:

1.如何著手學習呢?

2.有哪些內容要學習呢?

學習方法推薦:

#學習方法

1.從基礎開始,系統化學習

2.多動手,每一種資料結構與演算法,都自己用**實現出來

3.思路更重要:理解實現思想,不要背**

4.與日常開發結合,對應應用場景

學習內容推薦:

資料結構與演算法內容比較多,我們本著實用原則,學習經典的、常用的資料結構、與常用演算法

#學習內容:

1.資料結構的定義

2.演算法的定義

3.複雜度分析

4.常用資料結構

陣列、鍊錶、棧、佇列

雜湊表、二叉樹、堆

跳表、圖

5.常用演算法

遞迴、排序、二分查詢

搜尋、雜湊、貪心、分治

動態規劃、字串匹配

在開篇中提到了複雜度分析,與大o表示法的概念。具體要如何進行複雜度分析,以及大o表示法的公式推導,我們在這一篇詳細來看。

#考考你:

1.你知道大o表示法,公式是如何來的嗎?

2.你知道時間複雜度分析的常用原則嗎?

3.你知道常見複雜度的度量級嗎?

3.1.1.案例**

我們根據以下案例**推導大o表示法的公式。**很簡單,有沒有?

//

傳入引數n,求解1..n的累加和

public int

sum(int

n)

return

sum;

}

3.1.2.推導過程

簡述:1.對於程式**中的每一行**,從cpu的角度來看,執行的時候都有:讀資料->運算->寫資料過程

3.那麼sum方法中,**執行的總時間是多少呢

1 public int

sum(int

n)

6 return sum;//

第五行、第六行**暫時忽略,不影響

7 }

4.根據3推導,sum方法的總執行時間是:

t(n)=(n + n + 1) * unit_time = (2n +1) * unit_time=o(f(n))

5.結論:所有**的執行時間t(n),與每行**的執行次數成正比

6.提取出公式即:t(n) = o(f(n))

#公式解讀:

t(n):代表**執行時間

n:代表資料規模

f(n):代表每行**執行的次數總和

o:表示**執行時間t(n),與**執行次數f(n)成正比

7.這就是大o表示法的公式**,表示**的執行時間t(n),與**的執行次數f(n)成正比

8.進一步理解:

1

.大o表示法:時間複雜度,表示資料規模n的增長,與演算法執行時間的增長趨勢

2.大o表示法:空間複雜度,表示資料規模n的增長,與演算法儲存空間的增長趨勢

3.1.3.約定

大o表示的公式,以及含義我們已經推導出來了。它表示的是資料規模n的增長,與演算法執行時間,或者儲存空間的增長趨勢。這裡需要關注兩個字:趨勢

根據常理我們知道,常量係數低階不會影響趨勢,因此在實際複雜度分析中,往往忽略常量、係數、低階。

那麼上面案例的時間複雜度大o表示法公式,省略係數、常量:

可以從:t(n) = o(f(n)) = o(2n+1)

簡化成:t(n) = o(n)

在複雜度分析中,有時間複雜度分析和空間複雜度分析。它們是從兩個維度來衡量演算法的優劣。實際分析方式類似,我們以時間複雜度分析為例。

時間複雜度分析,有幾個基本的原則,你都知道嗎?

#時間複雜度分析基本原則

1.只關注迴圈次數最多的**

2.加法法則:總複雜度等於量級最大的那段**的複雜度

3.乘法法則:巢狀**的複雜度等於巢狀內外**複雜度的乘積

3.2.1.只關注迴圈次數最多的**

案例**:

1 public int

sum(int

n)

6 return sum;//

第五行、第六行**暫時忽略,不影響

7 }

複雜度分析:

1.這裡的原則:只關注迴圈次數最多的**

2.第二行**執行,需要1 個unit_time

3.第三行**執行,需要n 個unit_time

4.第四行**執行,需要n 個unit_time

5.第五行、第六行**暫時忽略,不影響

6.通過以上分析,第三行、第四行**迴圈執行次數最多:n。因此時間複雜度為:o(n)

3.2.2.加法法則

簡述:加法法則:總複雜度等於量級最大的那段**的複雜度

案例**:

public int

sum(int

n)

//第二段**

int sum_2 = 0

;

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

//第三段**

int sum_3 = 0

;

for(int k = 1; k <= n;k++)

}return sum_1 + sum_2 +sum_3;

}

複雜度分析:

1.在sum方法中有兩段**

2.第一段**,複雜度是:o(100)

3.第二段**,複雜度是:o(n)

4.第三段**,複雜度是:o(n^2)

5.總複雜度是:o(100) + o(n) +o(n^2)

6.根據加法法則,最終複雜度是:o(n^2)

3.2.3.乘法法則

簡述:乘法法則:巢狀**的複雜度等於巢狀內外**複雜度的乘積

案例**:

public int

sum(intn)}

public

int multi(int

n)

return multi_1;

}

複雜度分析:

1.在sum方法中,有第一層迴圈:for(int i=1; i< n; i++){

2.在sum方法中,呼叫multi方法

3.在multi方法中,有第二層迴圈:for(int i = 1; i<= n; i++){

4.根據乘法法則,總時間複雜度等於,第一層迴圈,乘以第二層迴圈

5.因此總時間複雜度是:o(n*n) = o(n^2)

#考考你答案:

1.你知道大o表示法,公式是如何來的嗎?

1.1.參考【3.1

.大o表示法公式推導】 2

.你知道時間複雜度分析的常用原則嗎?

2.1.只關注迴圈次數最多的**

2.2.加法法則:總複雜度等於量級最大的那段**的複雜度

2.3.乘法法則:巢狀**的複雜度等於巢狀內外**複雜度的乘積 3

.你知道常見複雜度的度量級嗎?

3.1.常數階:o(1)

2.2.對數階:o(logn)

2.3.線性階:o(n)

2.4.線性對數階:o(nlogn)

2.5.平方階:o(n^2)

2.6.立方階:o(n^3)

資料結構與演算法系列2 複雜度分析(上)

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