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  • 数据结构之第一章一些概念

    1数据:所有存入到几算计内的以及被计算机使用的符号,都可以叫  数据。

    2 数据元素:是数据的基本单位,通常作为一个整体出现,一个数据元素包含多个数据项。

    3 数据对象:是性质相同数据元素的集合,是一个数据的子集。

    4 数据结构:是数据间的逻辑关系,形式定义为一个二元组。

    5 数据间的逻辑结构分为  1 线性结构 2 树形结构 3 网状结构 (图装结构)

                    (1)线性结构: 数据间存在着一个对一个的关系,有且仅有一个为开始节点和终端节点,除了开始节点外,每个节点有且仅有一个前驱节点,除终端节点外,每个节点有且仅有一个后继节点。

                   (2)树状结构: 数据元素间存在一个对多个的关系,有一个开始节点和多个终端节点,除了开始节点外,每个节点有且仅有一个前驱节点,除终端节点外,每个节点可能有多个后继节点。

                   (3) 网状结构(图装结构): 数据元素间存在多个对多个的关系,每个节点可能有多个前驱节点和多个后继节点。树状结构又称为非线性结构。

    6 存储方法 顺序存储: 把节点存储在物理上相邻的一组存储单元里,节点之间的关系由存储单元的邻接关系来体现。

    时间复杂度是总运算次数表达式中受n的变化影响最大的那一项(不含系数)

    比如:一般总运算次数表达式类似于这样:
    a*2^n+b*n^3+c*n^2+d*n*lg(n)+e*n+f
    a ! =0时,时间复杂度就是O(2^n);
    a=0,b<>0 =>O(n^3);
    a,b=0,c<>0 =>O(n^2)依此类推eg:

    (1) for(i=1;i<=n;i++) //循环了n*n次,当然是O(n^2)
                for(j=1;j<=n;j++)
                     s++;
    (2)   for(i=1;i<=n;i++)//循环了(n+n-1+n-2+...+1)≈(n^2)/2,因为时间复杂度是不考虑系数的,所以也是O(n^2)
                for(j=i;j<=n;j++)
                     s++;
    (3)   for(i=1;i<=n;i++)//循环了(1+2+3+...+n)≈(n^2)/2,当然也是O(n^2)
                for(j=1;j<=i;j++)
                     s++;
    (4)   i=1;k=0;
          while(i<=n-1){
               k+=10*i;
    //循环了
    n-1≈n次,所以是O(n)
                     for(k=1;k<=j;k++)
              x=x+1;
    //

    另外,在时间复杂度中,log(2,n)(以2为底)与lg(n)(以10为底)是等价的,因为对数换底公式:
    log(a,b)=log(c,b)/log(c,a)
    所以,log(2,n)=log(2,10)*lg(n),忽略掉系数,二者当然是等价的
    总结:
    (1)
    一个算法花费的时间与算法中语句的执行次数成正比例,哪个算法中语句执行次数多,它花费时间就多。
      一个算法中的语句执行次数称为语句频度或时间频度。记为T(n)。
    (2)
    3.常见的时间复杂度
    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) 。
    
    
    其中,1.O(n),O(n^2), 立方阶O(n^3),..., k次方阶O(n^k) 为多项式阶时间复杂度,分别称为一阶时间复杂度,二阶时间复杂度。。。。
    
    
    2.O(2^n),指数阶时间复杂度,该种不实用
    
    
    3.对数阶O(log2n),   线性对数阶O(nlog2n),除了常数阶以外,该种效率最高
    
    
    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 执行次数:n^2
    
    
              for(k=1;k<=n;++k)
                   c[ i ][ j ]+=a[ i ][ k ]*b[ k ][ j ]; //该步骤属于基本操作 执行次数:n^3
         }
      }
      则有 T(n)= n^2+n^3,根据上面括号里的同数量级,我们可以确定 n^3为T(n)的同数量级
      则有f(n)= n^3,然后根据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^3)
    O(1)

    Temp=i;i=j;j=temp;                    

    以上三条单个语句的频度均为1,该程序段的执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)。如果算法的执行时间不随着问题规模n的增加而增长,即使算法中有上千条语句,其执行时间也不过是一个较大的常数。此类算法的时间复杂度是O(1)。

    O(n^2)

    2.1. 交换i和j的内容
         sum=0;                 (一次)
         for(i=1;i<=n;i++)       (n次 )
            for(j=1;j<=n;j++) (n^2次 )
             sum++;       (n^2次 )
    解:T(n)=2n^2+n+1 =O(n^2)

    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).         

    O(n)      
                                                          
    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,                                  
              T(n)=2+n+3(n-1)=4n-1=O(n).
                                                                                                     
    O(log2n )

    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,
              T(n)=O(log2n )

    O(n^3)

    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 可以取 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。如快速排序的最 坏情况运行时间是 O(n^2),但期望时间是 O(nlogn)。通过每次都仔细 地选择基准值,我们有可能把平方情况 (即O(n^2)情况)的概率减小到几乎等于 0。在实际中,精心实现的快速排序一般都能以 (O(nlogn)时间运行。
    下面是一些常用的记法:


    访问数组中的元素是常数时间操作,或说O(1)操作。一个算法如 果能在每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比较两个具有n个字符的串需要O(n)时间。常规的矩阵乘算法是O(n^3),因为算出每个元素都需要将n对 元素相乘并加到一起,所有元素的个数是n^2。
    指数时间算法通常来源于需要求出所有可能结果。例如,n个元 素的集合共有2n个子集,所以要求出所有子集的算法将是O(2n)的。指数算法一般说来是太复杂了,除非n的值非常小,因为,在 这个问题中增加一个元素就导致运行时间加倍。不幸的是,确实有许多问题 (如著名的“巡回售货员问题” ),到目前为止找到的算法都是指数的。如果我们真的遇到这种情况,通常应该用寻找近似最佳结果的算法替代之。
     
    
    
     
     
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