时间复杂度

xiaoxiao2021-02-28  35

         面试过程中被问到了时间复杂度的问题,一问三不知,所以赶紧来补习一下,下面是转载别人的总结:(http://www.cnblogs.com/fanchangfa/p/3868696.html)

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在进行算法分析时,语句总的执行次数T(n)是关于问题规模n的函数,进而分析T(n)随n的变化情况并确定T(n)的数量级。算法的时间复杂度,也就是算法的时间量度,基座T(n)=O(f(n))。它表示随问题规模n的增大,算法执行时间的增长率和f(n)的增长率相同,称作算法的渐进算法时间复杂度,简称为时间复杂度。其中f(n)是问题规模n的某个函数。

一般用大写O()来表示算法的时间复杂度写法,通常叫做大O记法。

一般情况下,随着n的增大,T(n)增长最慢的算法为最优算法。

O(1):常数阶

O(n):线性阶

O(n2):平方阶

 

大O推导法:

用常数1取代运行时间中的所有加法常数在修改后的运行函数中,只保留最高阶项如果最高阶项存在且不是1,则去除与这个项相乘的常数

 

常数阶:

int sum = 0 ; n = 100; /*执行一次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行一次*/ printf("%d",sum); /*执行一次*/

这个算法的运行次数f(n) = 3,根据推导大O阶的方法,第一步是将3改为1,在保留最高阶项是,它没有最高阶项,因此这个算法的时间复杂度为O(1);

另外,

int sum = 0 ; n = 100; /*执行一次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行第1次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行第2次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行第3次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行第4次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行第5次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行第6次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行第7次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行第8次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行第9次*/ sum = (1+n)*n/2; /*执行第10次*/ printf("%d",sum); /*执行一次*/

 

上面的两段代码中,其实无论n有多少个,本质是是3次和12次的执行差异。这种与问题的大小无关,执行时间恒定的算法,成为具有O(1)的时间复杂度,又叫做常数阶。

注意:不管这个常数是多少,3或12,都不能写成O(3)、O(12),而都要写成O(1)

此外,对于分支结构而言,无论真假执行的次数都是恒定不变的,不会随着n的变大而发生变化,所以单纯的分支结构(不在循环结构中),其时间复杂度也是O(1)。

 

线性阶:

线性阶的循环结构会复杂一些,要确定某个算法的阶次,需要确定特定语句或某个语句集运行的次数。因此要分析算法的复杂度,关键是要分析循环结构的运行情况。

int i; for(i = 0 ; i < n ; i++){ /*时间复杂度为O(1)的程序*/ }

 

对数阶:

int count = 1; while(count < n){ count = count * 2; /*时间复杂度为O(1)的程序*/ }

 

因为每次count*2后,距离结束循环更近了。也就是说有多少个2 相乘后大于n,退出循环。

数学公式:2x = n    -->     x = log2n

因此这个循环的时间复杂度为O(logn)

 

平方阶:

int i; for(i = 0 ; i < n ; i++){ for(j = 0 ; j < n ; j++){ /*时间复杂度为O(1)的程序*/ } }

 

上面的程序中,对于对于内层循环,它的时间复杂度为O(n),但是它是包含在外层循环中,再循环n次,因此这段代码的时间复杂度为O(n2)。

int i; for(i = 0 ; i < n ; i++){ for(j = 0 ; j < m ; j++){ /*时间复杂度为O(1)的程序*/ } }

 

但是,如果内层循环改成了m次,时间复杂度就为O(n*m)

 

再来看一段程序:

int i; for(i = 0 ; i < n ; i++){ for(j = i ; j < n ; j++){ /*时间复杂度为O(1)的程序*/ } }

 

注意:上面的内层循环j = i ;而不是0

因为i = 0时,内层循环执行了n次,当i=1时,执行了n-1次……当i=n-1时,执行了1次,所以总的执行次数为:

n+(n-1)+(n-1)+...+1 = n(n+1)/2  =  n2/2 + n/2

根据大O推导方法,保留最高阶项,n2/2 ,然后去掉这个项相乘的常数,1/2

因此,这段代码的时间复杂度为O(n2)

 

下面,分析调用函数时的时间复杂度计算方法:

首先,看一段代码:

int i,j; void function(int count){ print(count); } for(i = 0 ; i < n ; i++){ function (i) }

 

函数的时间复杂度是O(1),因此整体的时间复杂度为O(n)。

假如function是这样的:

void function(int count){ int j; for(j = count ; j < n ;j++){ /*时间复杂度为O(1)的程序*/ } }

 

和第一个的不同之处在于把嵌套内循环放到了函数中,因此最终的时间复杂度为O(n2)

 

再来看一个比价复杂的语句:

n++; /*执行次数为1*/ function(n); /*执行次数为n*/ int i,j; for(i = 0 ; i < n ; i++){ /*执行次数为nXn*/ function(i); } for(i = 0 ; i < n ; i++){ /*执行次数为n(n+1)/2*/ for(j = i ; j < n ; j++){ /*时间复杂度为O(1)的程序*/ } }

 

它的执行次数f(n) = 1 + n + nn(n+1)/3/2n2+3/n+1,

根据推导大O阶的方法,最终它的时间复杂度为:O(n2)

 

常见的时间复杂度:

执行次数函数 术语描述 12 O(1) 常数阶 2n+3 O(n) 线性阶 3n2+2n+1 O(n2) 平方阶 5log2n+20 O(log2n) 对数阶 2n+3nlog2n+19 O(nlogn) nlog2n阶 6n3+2n2+3n+4 O(n3) 立方阶 2n O(2n) 指数阶

 

 

 

 

 

 

 

 

时间复杂度所耗费的时间是:

O(1) < O(logn) < O(n) < O(nlogn) < O(n2) < O(n3) <O(2n) < O(n!) <O(nn)

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