如何判断一个算法的好坏

1.前言

        一个优秀的算法需要满足正确性、可读性、健壮性、高效性。一般前三个比较容易做到,高效性是不容易被开发人员自己发现的,效率低不可怕,可怕的是写代码的人不知道效率低。不同的算法对性能的影响是很大的,本文就高效性来探讨。

2.通过实际测试得出效率

        用测试手段来精确计算出算法执行的时间。

优点:

        可以得到算法具体的执行时间。

缺点:

        (1)算法受不同设备的影响,不同设备跑出来的时间可能不同,最终导致得到的结果不可信;

        (2)如果算法比较耗时,就得一直等着计算完了才能得到结果,比较浪费时间;

3.用理论知识事先分析得出效率

        算法效率分析分为两种:第一种是时间效率,第二种是空间效率。时间效率被称为时间复杂度,而空间效率被称作空间复杂度。 时间复杂度主要衡量的是一个算法的运行速度,而空间复杂度主要衡量一个算法所需要的额外空间,有时候时间效率与空间效率是相互矛盾的,要时间则要牺牲空间,要空间则要牺牲时间,也就是常说的空间换时间/时间换空间。

        在计算机发展的早期,计算机的存储容量很小。所以对空间复杂度很是在乎。但是经过计算机行业的迅速发展,计算机的存储容量已经达到了很高的程度。所以我们如今已经不需要再特别关注一个算法的空间复杂度,本文主要讲时间复杂度。

3.1.概念:

        一个算法所花费的时间与其中语句的执行次数成正比例,算法中的基本操作的执行次数,为算法的时间复杂度。

3.2.表示方法:

        用大O符号(Big O notation)描述函数渐进行为,主要有以下几种复杂度:

        

        写算法时,我们应该尽量选择曲线平滑的时间复杂度。

        

3.2.1.常数型O(1)

  • 常见于赋值和引用等简单操作
  • 算法消耗不随变量增长而增长,性能最佳
  • 无论代码执行多少行,即使有几千几万行,时间复杂度都为O(1)
  • 实际开发过程中,一次递归的时间复杂度也为O(1)。因为O(1^n)无论n为多少都为O(1)
int i = 1;
int j = 2;
i++;
j--;
int k = i + j;

代码分析: i为1,j为2,k为3。 时间复杂度为O(1)。

3.2.2.对数型O(log n)

  • 常用代码执行次数为x,n为目标数字。符合2^x=n,推导出x=log2(n)(log n)的情况
  • 算法消耗随n的增长而增长,性能较好
int i = 100;
int j = 1;
while(j < i){
    j = j * 2
}

代码分析: j为128。 i为100,时间复杂度为O(log2(100))。 因为Math.log2(100)≈6.64,所以最终的时间复杂度为O(6.65)。

3.2.3.线性型O(n)

  • 常见于一次for循环,while循环
  • 算法消耗随n的增长而增长,性能一般
  • 无论n值有多大,时间复杂度都为O(n)
int n = 100;
int j = 0;
for(int i = 0; i < n; i++){
    j = i;
}

代码分析: i为100,j为99。 n为100,时间复杂度为O(100)。

3.2.4.线性对数型O(n log n)

  • 常用于一个对时间复杂度为O(log2(n))的代码执行一个n次循环
  • 算法消耗随n的增长而增长,性能较差
int n = 100;
for(int m = 0; m < n; m++){
    int i = 1;
    while(i < n){
        i = i * 2
    }
}

代码分析: i为128。 m为100,n为100,时间复杂度为O(m log2(n))。 因为100* Math.log2(100)≈664.39,所以最终的时间复杂度为O(664.39)。

3.2.5.平方型O(n^2)、立方型O(n^3)、K次方型O(n^k)

  • 最常见的算法时间复杂度,可用于快速开发业务逻辑
  • 常见于2次for循环,或者3次for循环,以及k次for循环
  • 算法消耗随n的增长而增长,性能糟糕
  • 实际开发过程中,不建议使用K值过大的循环,否则代码将非常难以维护
int n = 100
int v = 0;
for(int i = 0; i < n; i++){
    for(int j = 0; j < n; j++){
        v = v + j + i;
    }
}

代码分析: v为990000,i为100,j为100. n为100,时间复杂度为O(100^2)。 也就是O(10000)。

立方型O(n^3)、K次方型O(n^k)和平方型O(n^2)类似,无非是多了几次循环。

// 立方型O(n^3)
for(int i =0; i < n; i++){
    for(int j = 0; j < n; j++){
        for(int m = 0; m < n; m++){

        }
    }
}
// K次方型O(n^k)
for(int i = 0; i < n; i++){
    for(int j = 0; j < n; j++){
        for(int m = 0; m<n; m++){
            for(int p = 0; p < n; p++){
                ... // for循环继续嵌套下去,k值不断增大
            }
        }
    }
}

3.2.6.阶乘型O(n!)

  • 极其不常见
  • 算法消耗随n的增长而增长,性能极其糟糕
void method(n) {
  for(int i = 0; i < n; i++) {
      method(n-1);
  }
}

阶乘型O(n!)的时间复杂度按照(n!+(n-1)!+(n-2)!+ ··· + 1) +((n-1)!+(n-2)!+ ··· + 1)··· 的方式去计算。


 

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/qq_42014561/article/details/129557673
今日推荐