数据结构——计算算法时间复杂度

算法的时间复杂度,也就是算法的时间量度,记作:T(n) = O(f(n))。它表示随时间规模n的增大,算法执行时间的增长率和f(n)的增长率相同,称作算法的渐进时间复杂度,简称为时间复杂度。其中f(n)是问题规模b的某个函数。

这样用大写O()来体现算法的时间复杂度的计法,称为大O计法

推导大O阶:

  1. 用常数1取代运行时间中的所有加法常数
  2. 在修改后的运行次数函数中,之保留最高阶数
  3. 如果最高阶存在且不是1,则去除与这个项相乘的常数

常数阶

int sum =0, n = 100;
sum = (1+n)*n/2;
cout<< sum;

这个算法的运行次数是f(n) = 3,根据推导大O阶的方法,第一步就是把常数3改为1保留最高阶时发现没有最高阶,所以算法复杂度是O(1)

线性阶

int sum = 0;
for(int i = 0; i< n ; i++)
{
    sum = sum + i;
}
cout<<sum;

因为循环体中的代码要执行n次,所以时间复杂度是O(n)

对数阶

int count = 1;
while(count < n){
    count = cont * 2;
}

由于每次count*2之后,就距离n更近了一分,也就是说有多少个2相乘后大于n,则会退出循环。由2^x= n 得到x = log2n,所以这个循环的时间复杂度是O(logn)

平方阶

例如循环嵌套,时间复杂度为O(n^2)

int i,j;
for(i = 0;i<n;i++){
    for(j = i; j <n; j ++)
    {
        ...
    }
}

总执行次数为:
n + (n-1) + ... + 1 = \tfrac{n*(n+1)}{2} = \tfrac{n^2}{2} + \tfrac{n}{2}
推导大O阶:只保留最高项 因此保留\tfrac{n^2}{2},去除项相乘的常数,也就是去除1/2,最终时间复杂度为O(n^2)

看以下相对复杂的语句:

n ++ ;              //执行次数为1
f(n);                // 执行次数为n
for(int i = 0;i < n; i++){
    f(n);            // 执行次数为n2
}
for(int i = 0;i < n; i++){
    for(int j = i; j < n ; j ++)
    {
        
    }
}

它的执行次数为:f(n) = 1+n + n^2 + \tfrac{n*(n^2)}{2} = \tfrac{3}{2}n^2 + \tfrac{3}{2}n + 1,根据推导大O阶的方法,最终代码的时间复杂度也是O(n^2)

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