1.二分查找的时间复杂度
假使总共有n个元素,那么二分后每次查找的区间大小就是n,n/2,n/4,…,n/2^k(接下来操作元素的剩余个数),其中k就是循环的次数。
最坏的情况是K次二分之后,每个区间的大小为1,找到想要的元素
令n/2^k=1,
可得k=log2n,(是以2为底,n的对数),所以时间复杂度可以表示O()=O(logn).
2.算法的时间复杂度
定义: 存在常数 c,使得当 N >= c 时 T(N) <= f(N),表示为 T(n) = O(f(n)) 。
大O记号的两条性质:
(1)对于任意常数c>0,有O(f(n))=O(c∙f(n))
(2)对于任意常数a>b>0,有O(na+nb)=O(na)
算法的时间复杂度,用来度量算法的运行时间,记作: T(n) = O(f(n))。它表示随着 输入大小n 的增大,算法执行需要的时间的增长速度可以用 f(n) 来描述。
显然如果 T(n) = n^2,那么 T(n) = O(n^2),T(n) = O(n^3),T(n) = O(n^4) 都是成立的,但是因为第一个 f(n) 的增长速度与 T(n) 是最接近的,所以第一个是最好的选择,所以我们说这个算法的复杂度是 O(n^2) 。
3. 根据算法的执行次数获得其时间复杂度:
那么当我们拿到算法的执行次数函数 T(n) 之后怎么得到算法的时间复杂度呢?
<1>:
我们知道常数项并不影响函数的增长速度,所以当 T(n) = c,c 为一个常数的时候,我们说这个算法的时间复杂度为 O(1);如果 T(n) 不等于一个常数项时,直接将常数项省略。
一般来讲,不含转向(循环,递归,调用等)必顺序执行,即是O(1);
比如
第一个 Hello, World 的例子中 T(n) = 2,所以我们说那个函数(算法)的时间复杂度为 O(1)。
T(n) = n + 29,此时时间复杂度为 O(n)。
高效解: O(n),O(logn)
图一:
图二:
<2>
我们知道高次项对于函数的增长速度的影响是最大的。n^3 的增长速度是远超 n^2 的,同时 n^2 的增长速度是远超 n 的。 同时因为要求的精度不高,所以我们直接忽略低此项。
比如
T(n) = n^3 + n^2 + 29,此时时间复杂度为 O(n^3)。
图三:
有效解:O(n^c):
难解:O(2^n)
4 .分析法则:
对于一个循环,假设循环体的时间复杂度为 O(n),循环次数为 m,则这个
循环的时间复杂度为 O(n×m)。
void aFunc(int n) {
for(int i = 0; i < n; i++) { // 循环次数为 n
printf("Hello, World!
"); // 循环体时间复杂度为 O(1)
}
}
此时时间复杂度为 O(n × 1),即 O(n)。
对于多个循环,假设循环体的时间复杂度为 O(n),各个循环的循环次数分别是a, b, c…,则这个循环的时间复杂度为 O(n×a×b×c…)。分析的时候应该由里向外分析这些循环。
void aFunc(int n) {
for(int i = 0; i < n; i++) { // 循环次数为 n
for(int j = 0; j < n; j++) { // 循环次数为 n
printf("Hello, World!
"); // 循环体时间复杂度为 O(1)
}
}
}
此时时间复杂度为 O(n × n × 1),即 O(n^2)。
对于顺序执行的语句或者算法,总的时间复杂度等于其中最大的时间复杂度。
void aFunc(int n) {
// 第一部分时间复杂度为 O(n^2)
for(int i = 0; i < n; i++) {
for(int j = 0; j < n; j++) {
printf("Hello, World!
");
}
}
// 第二部分时间复杂度为 O(n)
for(int j = 0; j < n; j++) {
printf("Hello, World!
");
}
}
此时时间复杂度为 max(O(n^2), O(n)),即 O(n^2)。
对于条件判断语句,总的时间复杂度等于其中 时间复杂度最大的路径 的时间复杂度。
void aFunc(int n) {
if (n >= 0) {
// 第一条路径时间复杂度为 O(n^2)
for(int i = 0; i < n; i++) {
for(int j = 0; j < n; j++) {
printf("输入数据大于等于零
");
}
}
} else {
// 第二条路径时间复杂度为 O(n)
for(int j = 0; j < n; j++) {
printf("输入数据小于零
");
}
}
}
此时时间复杂度为 max(O(n^2), O(n)),即 O(n^2)。
时间复杂度分析的基本策略是:从内向外分析,从最深层开始分析。如果遇到函数调用,要深入函数进行分析。
5.练习
最后,我们来练习一下
一. 基础题
求该方法的时间复杂度
void aFunc(int n) {
for (int i = 0; i < n; i++) {
for (int j = i; j < n; j++) {
printf("Hello World
");
}
}
}
参考答案:
当 i = 0 时,内循环执行 n 次运算,当 i = 1 时,内循环执行 n - 1 次运算……当 i = n - 1 时,内循环执行 1 次运算。
所以,执行次数 T(n) = n + (n - 1) + (n - 2)……+ 1 = n(n + 1) / 2 = n^2 / 2 + n / 2。
根据上文说的 大O推导法 可以知道,此时时间复杂度为 O(n^2)。
二. 进阶题
求该方法的时间
void aFunc(int n) {
for (int i = 2; i < n; i++) {
i *= 2;
printf("%i
", i);
}
}
参考答案:
假设循环次数为 t,则循环条件满足 2^t < n。
可以得出,执行次数t = log(2)(n),即 T(n) = log(2)(n),可见时间复杂度为 O(log(2)(n)),即 O(log n)。
三. 再次进阶
求该方法的时间复杂度
long aFunc(int n) {
if (n <= 1) {
return 1;
} else {
return aFunc(n - 1) + aFunc(n - 2);
}
}
参考答案: TODO (20180619)
显然运行次数,T(0) = T(1) = 1,同时 T(n) = T(n - 1) + T(n - 2) + 1,这里的 1 是其中的加法算一次执行。
显然 T(n) = T(n - 1) + T(n - 2) 是一个斐波那契数列,通过归纳证明法可以证明,当 n >= 1 时 T(n) < (5/3)^n,同时当 n > 4 时 T(n) >= (3/2)^n。
所以该方法的时间复杂度可以表示为 O((5/3)^n),简化后为 O(2^n)。
**
递归+分治的时间复杂度: 5n/3-2?
因为: T(n)<=3从上图得知;