算法复杂度分为时间复杂度和空间复杂度。
其作用:
时间复杂度是指执行算法所需要的计算工作量;
而空间复杂度是指执行这个算法所需要的内存空间。
(算法的复杂性体现在运行该算法时的计算机所需资源的多少上,计算机资源最重要的是时间和空间(即寄存器)资源,因此复杂度分为时间和空间复杂度)。
简单来说,时间复杂度指的是语句执行次数,空间复杂度指的是算法所占的存储空间
时间复杂度
计算时间复杂度的方法:
- 用常数1代替运行时间中的所有加法常数
- 修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项
- 去除最高阶项的系数
按数量级递增排列,常见的时间复杂度有:
常数阶O(1)
,对数阶O(log2n)
,线性阶O(n)
,
线性对数阶O(nlog2n)
,平方阶O(n^2)
,立方阶O(n^3)
,…,
k次方阶O(n^k)
,指数阶O(2^n)
。
随着问题规模n的不断增大,上述时间复杂度不断增大,算法的执行效率越低。
举个栗子:
sum = n*(n+1)/2; //时间复杂度O(1)
for(int i = 0; i < n; i++){ printf("%d ",i); } //时间复杂度O(n)
for(int i = 0; i < n; i++){ for(int j = 0; j < n; j++){ printf("%d ",i); } } //时间复杂度O(n^2)
for(int i = 0; i < n; i++){ for(int j = i; j < n; j++){ printf("%d ",i); } } //运行次数为(1+n)*n/2 //时间复杂度O(n^2)
int i = 1, n = 100; while(i < n){ i = i * 2; } //设执行次数为x. 2^x = n 即x = log2n //时间复杂度O(log2n)
最坏时间复杂度和平均时间复杂度
最坏情况下的时间复杂度称最坏时间复杂度。一般不特别说明,讨论的时间复杂度均是最坏情况下的时间复杂度。
这样做的原因是:最坏情况下的时间复杂度是算法在任何输入实例上运行时间的上界,这就保证了算法的运行时间不会比任何更长。
平均时间复杂度是指所有可能的输入实例均以等概率出现的情况下,算法的期望运行时间。设每种情况的出现的概率为pi,平均时间复杂度则为sum(pi*f(n))
常用排序算法的时间复杂度
最差时间分析 平均时间复杂度 稳定度 空间复杂度
冒泡排序 O(n2) O(n2) 稳定 O(1) 快速排序 O(n2) O(n*log2n) 不稳定 O(log2n)~O(n) 选择排序 O(n2) O(n2) 稳定 O(1) 二叉树排序 O(n2) O(n*log2n) 不稳定 O(n) 插入排序 O(n2) O(n2) 稳定 O(1) 堆排序 O(n*log2n) O(n*log2n) 不稳定 O(1) 希尔排序 O O 不稳定 O(1)
空间复杂度
空间复杂度(Space Complexity)是对一个算法在运行过程中临时占用存储空间大小的量度,记做S(n)=O(f(n))。
对于一个算法来说,空间复杂度和时间复杂度往往是相互影响的。当追求一个较好的时间复杂度时,可能会使空间复杂度的性能变差,即可能导致占用较多的存储空间;反之,当追求一个较好的空间复杂度时,可能会使时间复杂度的性能变差,即可能导致占用较长的运行时间。
有时我们可以用空间来换取时间以达到目的。
具体例子:
- 时间复杂度与执行次数有关。于是流程为:
1.找出所有语句的频度并组成执行次数T(n)
2.T(n)的数量级,忽略常量、低次幂和最高次幂的系数,f(n)=T(n)的数量级
3.T(n)=O(f(n))
举例:
int num1, num2; for(int i=0; i<n; i++){ num1 += 1; for(int j=1; j<=n; j*=2){ num2 += num1; } }
1.语句int num1, num2;的频度为1;
语句i=0;的频度为1;
语句i<n; i++; num1+=1; j=1; 的频度为n;
语句j<=n; j=2; num2+=num1;的频度为n*log2(n)*;
(为什么会出现log2(n)呢?是因为循环x次,j=2^x ,当j=n时停止循环,就是2^x=n则有log2(n)=x时停止 ,即循环次数为log2(n)。)
**T(n) = 2 + 4n + 3n*log2n
2.忽略掉T(n)中的常量、低次幂和最高次幂的系数。
f(n) = n*logn
3.代入公式
T(n) =O(f(n))= O(n*logn)