一 时间复杂度的概念
一般情况下,算法的基本操作重复执行的次数是模块n的某一函数f(n),因此,算法的时间复杂度记做 t(n) = o(f(n))。 随着模块n的增大,算法执行的时间增长率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。
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)
举个简单的例子:
int value = 0; // 执行了1次
for (int i = 0; i < n; i ) { // 执行了n次
value = i;
}
这个算法执行了 1 n 次,如果n无限大,我们可以把前边的1忽略,也就是说这个算法执行了n次。时间复杂度常用大o符号表示,这个算法的时间复杂度就是o(n)。
二 计算时间复杂度
- 计算出基本操作的执行次数t(n)
基本操作即算法中的每条语句(以;号作为分割),语句的执行次数也叫做语句的频度。在做算法分析时,一般默认为考虑最坏的情况。 - 计算出t(n)的数量级
求t(n)的数量级,只要将t(n)进行如下一些操作:
忽略常量、低次幂和最高次幂的系数,令f(n)=t(n)的数量级。 - 用大o来表示时间复杂度
当n趋近于无穷大时,如果lim(t(n)/f(n))的值为不等于0的常数,则称f(n)是t(n)的同数量级函数。记作t(n)=o(f(n))。
只保留最高阶项,最高阶项存在且不是1,则去除与这个项相乘的常数。
用一个例子来表明以上的步骤:
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
}
}
第一步计算基本语句执行次数:t(n)= n^2 n^3;
第二步t(n)的同数量级,我们可以确定 n^3为t(n)的同数量级;
第三步用大o表示时间复杂度:t(n)=o(n^3)。
三 常见的时间复杂度
执行次数函数 | 阶 | 名称 |
---|---|---|
3 | o(1) | 常数阶 |
2n 3 | o(n) | 线性阶 |
3n2 2n 1 | o(n2) | 平方阶 |
5log2n 2 | o(log2n) | 对数阶 |
2n 3nlog2n 1 | o(nlogn) | nlog2n阶 |
6n3 2n2 3n 4 | o(n3) | 立方阶 |
2n | o(2n) | 指数阶 |
最常见的多项式时间算法复杂度关系为:
o(1) < o(logn) < o(n) < o(nlogn) < o(n2) < o(n3)
指数时间算法复杂度关系为:
o(2n) < o(n!)< o(nn)
举个例子来说明上述的时间复杂度:
i=1; // 执行次数:1
while (i<=n)
i=i*2;
// 频度为f(n),2^f(n)<=n;f(n)<=log2n
// 每次i*2后,距离结束循环更近了。也就是说有多少个2相乘后大于n。
// 取最大值f(n)=log2n,t(n)=o(log2n )
四 复杂情况的时间复杂度分析
1.并列循环复杂度分析
for (i=1; i<=n; i )
for (j=1; j<=n; j )
x ; //o(n2)
2.函数调用的复杂度分析
public void printsum(int count){
int sum = 1;
for(int i= 0; i
记住,只有可运行的语句才会增加时间复杂度,因此,上面方法里的内容除了循环之外,其余的可运行语句的复杂度都是o(1)。
所以printsum的时间复杂度 = for的o(n) o(1) = 忽略常量 = o(n)
五 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))。
比如直接插入排序的时间复杂度是o(n^2),空间复杂度是o(1) 。而一般的递归算法就要有o(n)的空间复杂度了,因为每次递归都要存储返回信息。
例如关于o(1)的问题, o(1)是说数据规模和临时变量数目无关,并不是说仅仅定义一个临时变量。举例:无论数据规模多大,我都定义100个变量,这就叫做数据规模和临时变量数目无关。就是说空间复杂度是o(1)。