時間復雜度(一)

分析復雜度三個方法:

1.只關注循環(huán)執(zhí)行次數(shù)最多的一段代碼
 int cal(int n) {
   int sum = 0;
   int i = 1;
   for (; i <= n; ++i) {
     sum = sum + i;
   }
   return sum;
 }

unit_time為一行代碼執(zhí)行時間
T(n) = (2 + 2n) * unit_time
f(n)為每行代碼執(zhí)行的次數(shù)總和
T(n) = O( f(n) ) = O(2 + 2n)
由于公式中的低階椰棘、常量亡嫌、系數(shù)三部分并不左右增長趨勢送滞,所以都可以忽略凳怨。
T(n) = O(n)

2.加法法則:總復雜度等于量級最大的那段代碼的復雜度
int cal(int n) {
   int sum_1 = 0;
   int p = 1;
   for (; p < 100; ++p) {
     sum_1 = sum_1 + p;
   }

   int sum_2 = 0;
   int q = 1;
   for (; q < n; ++q) {
     sum_2 = sum_2 + q;
   }
 
   int sum_3 = 0;
   int i = 1;
   int j = 1;
   for (; i <= n; ++i) {
     j = 1; 
     for (; j <= n; ++j) {
       sum_3 = sum_3 +  i * j;
     }
   }
 
   return sum_1 + sum_2 + sum_3;
 }

這段代碼分為3部分,分別為求sum_1、sum_2、sum_3,其中sum_1執(zhí)行次數(shù)為100次由于是常量即使是100000次都與n無關刨沦,當n無限大時就可以忽略。第二段和第三段代碼時間復雜度分別為O(n)和O(n2)膘怕。綜合這三部分的時間復雜度想诅,選取最大量級因此這段代碼的時間復雜度為為O(n2)。
總結:總的時間復雜度就等于量級最大的那段代碼的時間復雜度岛心。抽象為公式:
如果 T1(n)=O(f(n))来破,T2(n)=O(g(n)) 那么 T(n)=T1(n)+T2(n)=max(O(f(n)),O(g(n)))=O(max(f(n), g(n)))

3.乘法法則:嵌套代碼的復雜度等于嵌套內外代碼復雜度的乘積
int cal(int n) {
   int ret = 0; 
   int i = 1;
   for (; i < n; ++i) {
     ret = ret + f(i);
   } 
 } 
 
 int f(int n) {
  int sum = 0;
  int i = 1;
  for (; i < n; ++i) {
    sum = sum + i;
  } 
  return sum;
 }

類比加法公式可得乘法公式為:
如果 T1(n)=O(f(n)),T2(n)=O(g(n));那么 T(n)=T1(n)T2(n)=O(f(n))O(g(n))=O(f(n)*g(n))

單獨看cal()忘古,假設f()為普通操作徘禁,那么T1(n)=O(n)。但f()的時間復雜度為T2(n)=O(n),所以整個cal()的時間復雜度為
T(n)=T1(n)T2(n)=O(nn)=O(n2)

常見時間復雜度:

復雜度量級可分為多項式量級和非多項式量級髓堪。上表中僅指數(shù)階和階乘階為非多項量級送朱,隨著n變大,非多項式量級算法執(zhí)行時間會急劇增加干旁,因此非多項式時間復雜度算法是非常低效的算法驶沼。

1. O(1)

只要代碼的執(zhí)行時間不隨n的增大而增大,這樣代碼的時間復雜度都記為O(1)争群。一般情況下回怜,只要算法中不存在循環(huán)語句、遞歸語句换薄,無論有多少代碼時間復雜度都為O(1)

2. O(logn)玉雾、O(nlogn)
 int i = 1;
 while (i <= n)  {
   i = i * 2;
 }

每一次循環(huán)i的值乘以2翔试,因此i的取值為等比數(shù)列,如下圖:


求得x即為代碼執(zhí)行次數(shù)复旬,2^x=n求得x=log_2{n},時間復雜度為O(log_2{n})

另:無論以幾為底,都可以把對數(shù)階的時間復雜度寫為記為O(logn)垦缅。如log_3{n},可得:log_3{n}=log_3{2} * log_2{n}

由于前者為常量系數(shù)因此在計算時間復雜度時可以忽略。因此在時間復雜度中我們忽略對數(shù)底驹碍,統(tǒng)一表示為O(log{n})失都。利用上文講述的乘法法則,當循環(huán)n次執(zhí)行O(log{n})的代碼時幸冻,時間復雜度即為O(nlog{n})。歸并排序咳焚,快速排序時間復雜度都為O(nlog{n})洽损。

3. O(m+n)、O(m*n)
int cal(int m, int n) {
  int sum_1 = 0;
  int i = 1;
  for (; i < m; ++i) {
    sum_1 = sum_1 + i;
  }

  int sum_2 = 0;
  int j = 1;
  for (; j < n; ++j) {
    sum_2 = sum_2 + j;
  }

  return sum_1 + sum_2;
}

由于我們無語預知m與n革半,因此無法判斷m與n的量級誰更大碑定,不能進行省略,因此上文中的加法原則在此處并不適用又官,上述代碼的時間復雜度為O(m+n)延刘。
在這種情況下,原先加法法則不正確六敬,我們需要修改加法法則為:T1(m)+T2(n)=O(f(m) + g(n))
乘法法則仍然有效為:
T1(m)*T2(n)=O(f(m) * f(n))

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