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  • 时间复杂度和空间复杂度

    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:

    1. 用常数1代替运行时间中的所有加法常数
    2. 修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项
    3. 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。

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