时间频度: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)。[举例说明] 举例说明-基本案例 比如计算1-100 所有数字之和, 我们设计两种算法: 此时:T(n)=n+1; 此时:T(n)=1
其执行顺序为:
表达式1; while(表达式2) { 循环体; 表达式3; }通常我们熟悉的用法如:
for(i=0;i<n;i++) { 循环体; }①从i=0开始判断执行循环,到i=n-1都满足循环条件,共执行n次循环体语句,时间复杂度为n;(假如for(i=0;i<100;i++),则执行0到99,一百次语句) ②若改为 i<=n,则执行到 i=n 共执行n+1次循环体语句,时间复杂度为n+1;(假如for(i=0;i<=100;i++),则执行0到100,101次语句) 如果写成
for(i=0;i<n*n;i++) { 循环体; }时间复杂度就变成n的平方了,也就是n*n;
一般情况下,算法中的基本操作语句的重复执行次数是问题规模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) ),称O( f(n) ) 为算法的渐进时间复杂度,简称时间复杂度。
①忽略常数项 结论:
2n+20 和 2n 随着n 变大,执行曲线无限接近, 20可以忽略3n+10 和 3n 随着n 变大,执行曲线无限接近, 10可以忽略②忽略低次项 结论:
2n^2+3n+10 和 2n^2 随着n 变大, 执行曲线无限接近, 可以忽略 3n+10n^2+5n+20 和 n^2 随着n 变大,执行曲线无限接近, 可以忽略 5n+20③忽略系数 结论:
随着n值变大,5n^2+7n 和 3n^2 + 2n ,执行曲线重合, 说明 这种情况下, 5和3可以忽略。而n^3+5n 和 6n^3+4n ,执行曲线分离,说明多少次方式关键计算时间复杂度的方法:
用常数1 代替运行时间中的所有加法常数T(n)=n²+7n+6 => T(n)=n²+7n+1修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项T(n)=n²+7n+1 => T(n) = n²去除最高阶项的系数T(n) = n² => T(n) = n² => O(n²)T(n) 不同,但时间复杂度可能相同。如:T(n)=n²+7n+6 与T(n)=3n²+2n+2 它们的T(n) 不同,但时间复杂度相同,都为O(n²)。
常见的时间复杂度对应的图: 说明:
常见的算法时间复杂度由小到大依次为:Ο(1)<Ο(log2n)<Ο(n)<Ο(nlog2n)<Ο(n2)<Ο(n3)< Ο(nk) <Ο(2n) ,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从图中可见,我们应该尽可能避免使用指数阶的算法上述代码在执行的时候,它消耗的时候并不随着某个变量的增长而增长,那么无论这类代码有多长,即使有几万几十万行,都可以用O(1)来表示它的时间复杂度。
对数阶O(log2n) int i =1; while(i<n) { i=i*2; }说明:在while循环里面,每次都将 i 乘以 2,乘完之后,i 距离 n 就越来越近了。假设循环x次之后,i 就大于 n 了,此时这个循环就退出了,也就是说 2 的 x 次方等于 n,那么 x = log2n也就是说当循环 log2n 次以后,这个代码就结束了。因此这个代码的时间复杂度为:O(log2n) 。 O(log2n) 的这个2 时间上是根据代码变化的,i = i * 3 ,则是 O(log3n) . 3) 线性阶O(n)
for(i=1; i<=n; ++i) { j = i; j++; }说明:这段代码,for循环里面的代码会执行n遍,因此它消耗的时间是随着n的变化而变化的,因此这类代码都可以用O(n)来表示它的时间复杂度
线性对数阶O(nlogN) 说明:线性对数阶O(nlogN) 其实非常容易理解,将时间复杂度为O(logn)的代码循环N遍的话,那么它的时间复杂度就是 n * O(logN),也就是了O(nlogN) for(m=1;m<n; m++) { i = 1; while(i<n) { i = i*2; } } 平方阶O(n²) 说明:平方阶O(n²) 就更容易理解了,如果把 O(n) 的代码再嵌套循环一遍,它的时间复杂度就是 O(n²),这段代码其实就是嵌套了2层n循环,它的时间复杂度就是 O(nn),即 O(n²) 如果将其中一层循环的n改成m,那它的时间复杂度就变成了 O(mn) for(x=;i<=n; x++) { for(i=1;i<=n;i++) { j = i; j++ } } 立方阶O(n³)、K次方阶O(n^k) 说明:参考上面的O(n²) 去理解就好了,O(n³)相当于三层n循环,其它的类似空间复杂度比较常用的有:O(1)、O(n)、O(n²)
1)空间复杂度 O(1) 如果算法执行所需要的临时空间不随着某个变量n的大小而变化,即此算法空间复杂度为一个常量,可表示为 O(1) 举例:
int i = 1; int j = 2; ++i; j++; int m = i + j;代码中的 i、j、m 所分配的空间都不随着处理数据量变化,因此它的空间复杂度 S(n) = O(1)
2)空间复杂度 O(n) 我们先看一个代码:
int[] m = new int[n] for(i=1; i<=n; ++i) { j = i; j++; }这段代码中,第一行new了一个数组出来,这个数据占用的大小为n,这段代码的2-6行,虽然有循环,但没有再分配新的空间,因此,这段代码的空间复杂度主要看第一行即可,即 S(n) = O(n)