零、算法预备

复杂度分析

在学习算法之前首先要明确一个衡量算法优劣的概念,算法的复杂度

  • 时间维度:是指执行当前算法所消耗的时间,通常用时间复杂度来描述;
  • 空间维度:是指执行当前算法所需要占用的内存空间,通常用空间复杂度来描述。

时间复杂度计算---算法的渐进时间复杂度: T(n) = O(f(n))

举个例子:

for (int i=0; i<n; i++) {
   a++;
   b++;
}

对于这个例子,假设每行代码执行的时间都是1单位时间,那么第一行消耗1单位,第二行和第三行每次消耗1单位,循环n次,那么就总共消耗n+n单位时间,所以该例子中,总的时间为:T(n) = (1+2n) 单位时间

可以看出,该算法的耗时是随着n变化而变化的,与其他变量无关,就可以将该算法的时间复杂度表示为O(n)

注意:这里的时间复杂度并不等价于表示算法的执行时间,只是用来表示代码执行时间的增长变化趋势。在实际情况中一般关注算法的最坏运行情况。

常见的时间复杂度量级:

  • 常数阶 O(1)
    • 算法内没有循环等复杂结构。
  • 线性阶 O(n)
    • 单层循环,代码执行n遍。
  • 对数阶O(logN)
    • 在循环中,循环结束条件以乘法的形式递增,例如while(i<n) i=i*2,i距离n是越来越近的,设循环x次后退出,那么2的x次方=n, x=log2n,所以复杂度简化为:O(logN)
  • 线性对数阶 O(nlogN)
    • 将时间复杂度为O(logN)的算法循环n次。即有两层循环。
  • 平方阶 O(n²)
    • 循环嵌套,都是O(n),从这可以推出O(n^k)

他们的大小关系:

O(1)常数阶 < O(logn)对数阶 < O(n)线性阶 < O(n2)平方阶 < O(n3)(立方阶) < O(2n) (指数阶)

空间复杂度:类似时间复杂度,不是具体计算程序实际占用空间,是对一个算法在运行过程中临时占用存储大小的一个度量,常见的有S(n) = O(1), O(n), O(n²)

  • O(1)表示临时空间不随着某个变量n的变化而变化。
  • O(n),分配了n个大小的存储空间
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