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  • 时间复杂度的计算

    1.算法的效率

      两个维度

        时间复杂度 :评估执行程序所需的时间。可以估算出程序对处理器的使用程度。

        空间复杂度 : 评估执行程序所需的存储空间。可以估算出程序对计算机内存的使用程度。

    2.时间复杂度

      时间频度 一个算法的执行时间与语句执行次数成正比,一个算法中语句执行的次数称为语句频度或者是时间频度。记为 T(n)

      时间复杂度  

        前面提到的时间频度T(n)中,n称为问题的规模,当n不断变化时,时间频度T(n)也会不断变化。但有时我们想知道

      它变化时呈现什么规律,为此我们引入时间复杂度的概念。一般情况下,算法中基本操作重复执行的次数是问题规模n

      的某个函数,用T(n)表示,若有某个辅助函数f(n),使得当n趋近于无穷大时,T(n)/f(n)的极限值为不等于零的常数,则称

      f(n)是T(n)的同数量级函数,记作T(n)=O(f(n)),它称为算法的渐进时间复杂度,简称时间复杂度。  

     

    3.大O表示法

      像前面用O( )来体现算法时间复杂度的记法,我们称之为大O表示法。

      推导大O阶 
      推导大O阶,我们可以按照如下的规则来进行推导,得到的结果就是大O表示法: 
      1.用常数1来取代运行时间中所有加法常数。 
      2.修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项 
      3.如果最高阶项存在且不是1,则去除与这个项相乘的常数。

      常数阶
    先举了例子,如下所示。

      int sum = 0,n = 100; //执行一次  
      sum = (1+n)*n/2; //执行一次  
      System.out.println (sum); //执行一次 


    上面算法的运行的次数的函数为f(n)=3,根据推导大O阶的规则1,我们需要将常数3改为1,则这个算法的时间复杂度为O(1)。如果sum = (1+n)*n/2这条语句再执行10遍,因为这与问题大小n的值并没有关系,所以这个算法的时间复杂度仍旧是O(1),我们可以称之为常数阶。

    线性阶
    线性阶主要要分析循环结构的运行情况,如下所示。

    for(int i=0;i<n;i++){
    //时间复杂度为O(1)的算法
    ...
    }


    上面算法循环体中的代码执行了n次,因此时间复杂度为O(n)。

    对数阶
    接着看如下代码:

    int number=1;
    while(number<n){
    number=number*2;
    //时间复杂度为O(1)的算法
    ...
    }

    可以看出上面的代码,随着number每次乘以2后,都会越来越接近n,当number不小于n时就会退出循环。假设循环的次数为X,则由2^x=n得出x=log₂n,因此得出这个算法的时间复杂度为O(logn)。

    平方阶
    下面的代码是循环嵌套:

      for(int i=0;i<n;i++){   
          for(int j=0;j<n;i++){
             //复杂度为O(1)的算法
             ...
          }
      }


    内层循环的时间复杂度在讲到线性阶时就已经得知是O(n),现在经过外层循环n次,那么这段算法的时间复杂度则为O(n²)。
    接下来我们来算一下下面算法的时间复杂度:

      for(int i=0;i<n;i++){   
          for(int j=i;j<n;i++){
             //复杂度为O(1)的算法
             ...
          }
      }


    需要注意的是内循环中int j=i,而不是int j=0。当i=0时,内循环执行了n次;i=1时内循环执行了n-1次,当i=n-1时执行了1次,我们可以推算出总的执行次数为:

    n+(n-1)+(n-2)+(n-3)+……+1
    =(n+1)+[(n-1)+2]+[(n-2)+3]+[(n-3)+4]+……
    =(n+1)+(n+1)+(n+1)+(n+1)+……
    =(n+1)n/2
    =n(n+1)/2
    =n²/2+n/2

    根据此前讲过的推导大O阶的规则的第二条:只保留最高阶,因此保留n²/2。根据第三条去掉和这个项的常数,则去掉1/2,最终这段代码的时间复杂度为O(n²)。

    其他常见复杂度

    除了常数阶、线性阶、平方阶、对数阶,还有如下时间复杂度:
    f(n)=nlogn时,时间复杂度为O(nlogn),可以称为nlogn阶。
    f(n)=n³时,时间复杂度为O(n³),可以称为立方阶。
    f(n)=2ⁿ时,时间复杂度为O(2ⁿ),可以称为指数阶。
    f(n)=n!时,时间复杂度为O(n!),可以称为阶乘阶。
    f(n)=(√n时,时间复杂度为O(√n),可以称为平方根阶。
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