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  • 时间复杂度

           1, 算法分为时间复杂度和空间复杂度;

    作用: 时间复杂度是度量算法运行的时间长短。而空间复杂度是度量算法所需存储空间的大小。
      2. 普通情况下,算法的基本操作反复运行的次数是模块n的某一个函数f(n),因此。算法的时间复杂度记做:T(n)=O(f(n))
      分析:随着模块n的增大。算法运行的时间的增长率和f(n)的增长率成正比。所以f(n)越小,算法的时间复杂度越低,算法的效率越高。


      3. 在计算时间复杂度的时候,先找出算法的基本操作,然后依据对应的各语句确定它的运行次数。再找出T(n)的同数量级(它的同数量级有下面:1,Log2n 。n 。nLog2n ,n的平方,n的三次方。2的n次方,n!),找出后。f(n)=该数量级,若T(n)/f(n)求极限可得到一常数c,则时间复杂度T(n)=O(f(n))

     

      例:算法:

      for(i=1;i<=n;++i)
      {
             for(j=1;j<=n;++j)
           {
                  c[ i ][ j ]=0; //该步骤属于基本操作 运行次数:n的平方 次
                  for(k=1;k<=n;++k)
                  c[ i ][ j ]+=a[ i ][ k ]*b[ k ][ j ]; //该步骤属于基本操作 运行次数:n的三次方 次
           } 
      }
      则有 T(n)= n的平方+n的三次方。依据上面括号中的同数量级,我们能够确定 n的三次方 为T(n)的同数量级
      则有f(n)= n的三次方,然后依据T(n)/f(n)求极限可得到常数c
      则该算法的 时间复杂度:T(n)=O(n的三次方)
    [转]算法复杂度的计算
    算法复杂度是在《数据结构》这门课程的第一章里出现的。由于它略微涉及到一些数学问题,所以非常多同学感觉非常难,加上这个概念也不是那么详细。更让很多同学学起来无从下手,以下我们就这个问题给各位考生进行分析。

    首先了解一下几个概念。一个是时间复杂度,一个是渐近时间复杂度。前者是某个算法的时间耗费,它是该算法所求解问题规模n的函数,而后者是指当问题规模趋向无穷大时。该算法时间复杂度的数量级。
    当我们评价一个算法的时间性能时,主要标准就是算法的渐近时间复杂度,因此,在算法分析时,往往对两者不予区分,常常是将渐近时间复杂度T(n)=O(f(n))简称为时间复杂度。当中的f(n)通常是算法中频度最大的语句频度。

    此外,算法中语句的频度不仅与问题规模有关。还与输入实例中各元素的取值相关。

    可是我们总是考虑在最坏的情况下的时间复杂度。以保证算法的执行时间不会比它更长。

    常见的时间复杂度,按数量级递增排列依次为:常数阶O(1){Hash表的查找}、对数阶O(log2n){二分查找}、线性阶O(n)、线性对数阶O(nlog2n){高速排序的平均复杂度}、平方阶O(n^2){冒泡排序}、立方阶O(n^3){求最短路径的Floyd算法}、k次方阶O(n^k)、指数阶O(2^n){汉诺塔}。
    以下我们通过样例加以说明,让大家碰到问题时知道怎样去解决。
    1、设三个函数f,g,h分别为 f(n)=100n^3+n^2+1000 , g(n)=25n^3+5000n^2 , h(n)=n^1.5+5000nlgn 
    请推断下列关系是否成立:
    (1) f(n)=O(g(n)) 
    (2) g(n)=O(f(n)) 
    (3) h(n)=O(n^1.5)
    (4) h(n)=O(nlgn)
    这里我们复习一下渐近时间复杂度的表示法T(n)=O(f(n)),这里的"O"是数学符号,它的严格定义是"若T(n)和f(n)是定义在正整数集合上的 两个函数。则T(n)=O(f(n))表示存在正的常数C和n0 ,使得当n≥n0时都满足0≤T(n)≤C?

    f(n)。

    "用easy理解的话说就是这两个函数当整型自变量n趋向于无穷大时,两者的比值是一个不等于0的常 数。这么一来,就好计算了吧。

    (1)成立。题中因为两个函数的最高次项都是n^3,因此当n→∞时。两个函数的比值是一个常数,所以这个关系式是成立的。


    (2)成立。

    与上同理。
    (3)成立。

    与上同理。
    (4)不成立。因为当n→∞时n^1.5比nlgn递增的快,所以h(n)与nlgn的比值不是常数,故不成立。

    2、设n为正整数,利用大"O"记号。将下列程序段的运行时间表示为n的函数。
    (1) i=1; k=0 
    while(i<n)
    { k=k+10*i;i++;

    解答:T(n)=n-1。 T(n)=O(n), 这个函数是按线性阶递增的。
    (2) x=n; // n>1 
    while (x>=(y+1)*(y+1))
    y++;
    解答:T(n)=n1/2 。T(n)=O(n1/2)。 最坏的情况是y=0。那么循环的次数是n1/2次,这是一个按平方根阶递增的函数。
    (3) x=91; y=100; 
    while(y>0)
    if(x>100)
    {x=x-10;y--;}
    else x++;
    解答: T(n)=O(1)。 这个程序看起来有点吓人,总共循环执行了1000次,可是我们看到n没有? 没。这段程序的执行是和n无关的。就算它再循环一万年,我们也无论他,仅仅是一个常数阶的函数。
    规则:有例如以下复杂度关系
    c < log2N < n < n * Log2N < n^2 < n^3 < 2^n < 3^n < n!
    当中c是一个常量。假设一个算法的复杂度为c 、 log2N 、n 、 n*log2N ,那么这个算法时间效率比較高 ,假设是 2^n , 3^n ,n!,那么略微大一些的n就会令这个算法不能动了,居于中间的几个则差强人意。
    我们常须要描写叙述特定算法相对于 n(输入元素的个数 )须要做的工作量。在一组未排序的数据中检索,所需的时间与 n成正比。假设是对排序数据用二分检索,花费的时间正比于logn。排序时间可能正比于n^2或者nlogn。
    我们希望可以比較算法的执行时间和空间要求,并使这样的比較能与程序设计语言、编译系统、机器结构、处理器的速度及系统的负载等复杂因素无关。

    为了这个目的,人们提出了一种标准的记法。称为“大O记法”.在这样的描写叙述中使用的基本參数是 n,即问题实例的规模。把复杂性或执行时间表达为n的函数 。

    这里的“O”表示量级 (order)。比方说“二分检索是 O(logn)的”,也就是说它须要“通过logn量级的步骤去检索一个规模为n的数组”记法O ( f(n) )表示当n增大时,执行时间至多将以正比于f(n)的速度增长。这样的渐进预计对算法的理论分析和大致比較是很有价值的,但在实践中细节也可能造成差异。比如,一个低附加代价的O(n2)算法在n较小的情况下可能比一个高附加代价的O(nlogn)算法执行得更快。当然,随着n足够大以后,具有较慢上升函数的算法必定工作得更快。

    Temp=i;i=j;j=temp;                     以上三条单个语句的频度均为1。该程序段的运行时间是一个与问题规模n无关的常数。
    算法的时间复杂度为常数阶,记作T(n)=O(1)。假设算法的运行时 间不随着问题规模n的添加而增长。即使算法中有上千条语句,其运行时间也只是是一个较大的常数。此类算法的时间复杂度是O(1)。
     
    例 2.1. 交换i和j的内容
     

    1) sum=0;             (一次)
    2) for(i=1;i<=n;i++)   (n次 )
    3)    for(j=1;j<=n;j++) (n^2次 )
    4)         sum++;       (n^2次 )

    解:T(n)=2n^2+n+1 =O(n^2)
     
    例 2.2.
    for (i=1;i<n;i++)...{ y=y+1;        ① for (j=0;j<=(2*n);j++)    x++;           ②}          解:语句1的频度是n-1, 语句2的频度是(n-1)*(2n+1)=2n^2-n-1.
    f(n)=2n^2-n-1+(n-1)=2n^2-2,该程序的时间复杂度T(n)=O(n^2).
    例 2.3.
     

    a=0;b=1;      ①
    for (i=1;i<=n;i++) ②
    ...{
      s=a+b;    ③  
      b=a;     ④
      a=s;     ⑤
    }

    解:语句1的频度:2,        语句2的频度: n,        语句3的频度: n-1,        语句4的频度:n-1,    
    语句5的频度:n-1,                                  则:T(n)=2+n+3(n-1)=4n-1=O(n).
     
    例 2.4.
     
    i=1;       ①
    while (i<=n)
    i=i*2; ②
    解:语句1的频度是1,        设语句2的频度是f(n),        则:2^f(n)<=n;f(n)<=log2n    
    取最大值f(n)= log2n,则该程序的时间复杂度T(n)=O(log2n )
     
    例 2.5.
    for(i=0;i<n;i++)...{  for(j=0;j<i;j++)  ...{    for(k=0;k<j;k++)      x=x+2;  }}解:当i=m, j=k的时候,内层循环的次数为k当i=m时, j 能够取 0,1,...,m-1 ,  所以这里最内循环共进行了0+1+...+m-1=(m-1)m/2次所以,i从0取到n, 则循环共进行了: 0+(1-1)*1/2+...+(n-1)n/2=n(n+1)(n-1)/6所以时间复杂度为O(n^3).我们还应该区分算法的最坏情况的行为和期望行为。如高速排序的最坏情况执行时间是O(n^2)。但期望时间是O(nlogn)。

    通过每次都细致地选择基准值。我们有可能把平方情况 (即O(n^2)情况)的概率减小到差点儿等于0。在实际中,精心实现的高速排序一般都能以(O(nlogn)时间执行。

    以下是一些经常使用的记法:
    訪问数组中的元素是常数时间操作,或说O(1)操作。一个算法假设能在每一个步骤去掉一半数据元素,如二分检索,通常它就取O(logn)时间。用strcmp比較两个具有n个字符的串须要O(n)时间 。常规的矩阵乘算法是O(n^3),由于算出每一个元素都须要将n对元素相乘并加到一起。全部元素的个数是n^2。
    指数时间算法通常来源于须要求出全部可能结果。比如,n个元 素的集合共同拥有2n个子集,所以要求出全部子集的算法将是O(2n)的。指数算法一般说来是太复杂了,除非n的值很小,由于,在这个问题中添加一个元素就导致执行时间加倍。不幸的是。确实有很多问题 (如著名 的“巡回售货员问题”),到眼下为止找到的算法都是指数的。

    假设我们真的遇到这样案件, 它通常应被用来查找附近似最好的选择算法的结果。

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