数据结构与算法系列2--复杂度分析(上)

什么是复杂度分析?

1.数据结构和算法解决是“如何让计算机更快时间、更省空间的解决问题”。
2.因此需从执行时间和占用空间两个维度来评估数据结构和算法的性能。
3.分别用时间复杂度空间复杂度两个概念来描述性能问题,二者统称为复杂度。
4.复杂度描述的是算法执行时间(或占用空间)与数据规模的增长关系。

为什么要进行复杂度分析?

1.和性能测试相比,复杂度分析有不依赖执行环境(测试环境中硬件的不同会对测试结果有很大的影响)、成本低、效率高、易操作、指导性强的特点。
2.掌握复杂度分析,将能编写出性能更优的代码,有利于降低系统开发和维护成本。

如何进行复杂度分析?

1.大O表示法
1)来源
算法的执行时间与每行代码的执行次数成正比,用T(n) = O(f(n))表示,其中T(n)表示算法执行总时间,f(n)表示每行代码执行总次数,而n往往表示数据的规模。公式中的O,表示代码的执行时间T(n)与f(n)表达式成正比。这就是大 O 时间复杂度表示法。
2)特点
以时间复杂度为例,由于时间复杂度描述的是算法执行时间与数据规模的增长变化趋势,所以常量阶、低阶以及系数实际上对这种增长趋势不产决定性影响,所以在做时间复杂度分析时忽略这些项。
2.复杂度分析法则
1)单段代码看高频:比如循环。
2)多段代码取最大:比如一段代码中有单循环和多重循环,那么取多重循环的复杂度。
3)嵌套代码求乘积:比如递归、多重循环等
4)多个规模求加法:比如方法有两个参数控制两个循环的次数,那么这时就取二者复杂度相加。

几种常见时间复杂度实例分析

多项式阶:随着数据规模的增长,算法的执行时间和空间占用,按照多项式的比例增长。包括(按数量级递增):

  • O(1)(常数阶)
  • O(logn)(对数阶)
  • O(n)(线性阶)
  • O(nlogn)(线性对数阶)
  • O(n^2)(平方阶)
  • O(n^3)(立方阶)

非多项式阶:随着数据规模的增长,算法的执行时间和空间占用暴增,这类算法性能极差。包括,

  • O(2^n)(指数阶)
  • O(n!)(阶乘阶)

总结:
复杂度也叫渐进复杂度,包括时间复杂度和空间复杂度,用来分析算法执行效率与数据规模之间的增长关系,可以粗略地表示,越高阶复杂度的算法,执行效率越低。常见的复杂度并不多,从低阶到高阶有:O(1)、O(logn)、O(n)、O(nlogn)、O(n^2)。
几种复杂度分析图:
在这里插入图片描述

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