《数据结构与算法》第二课:算法

博主前言:

发布于2019.4.11. 自清明以来,博主是感冒发烧头痛牙疼,所以一直拖到现在才发第二课。第二课相比第一课概念的东西少很多,主要介绍了算法、算法的时间复杂度和算法的空间复杂度的概念以及计算方法,掌握此篇博客的内容有利于日后解决相关的计算题,所以加油吧!还有就是,注意身体。

2.1 算法是什么?
2.2 算法的时间复杂度
2.2.1 推导大O阶方法
2.2.2 算法比较
2.3 算法的空间复杂度

在《数据结构与算法》这门学科中,由学科题目就可以看出数据结构与算法是不可分割的,是同等重要的。
在许多大牛的博客和书中都会提到一句话:若把数据结构比喻成肉体,算法则是灵魂。
由此可见,算法的重要性不言自明!
那么,算法到底是什么呢?我们该如何才能学好算法呢?

2.1 算法是什么?

算法这个词,对于大多数非计算机专业人员来说还是挺陌生的。就像我在没上专业课之前,也没听说过算法一词,不过其实早在小学甚至更早,我们就已经运用到了算法的概念,只是当时不是以算法一词来称谓。
小学的时候,数学老师常说要试着用不同的解题思路来解决同一个问题,这里的解题思路其实就是算法。
算法,即解决问题的方法。
解决上班交通问题,我们可以采用乘坐出租车,乘坐大巴车,乘坐私家车等方式,当然为了响应国家低碳生活的号召,也可以选择走路。
在这里,我们用了不同的方式来解决上班交通问题,那么对于不同的方式,有什么优缺点呢?
这里就涉及到了算法比较的问题。
我们就拿乘坐出租车和乘坐大巴车来做比较。乘坐出租车通常会比大巴车更快到底目的地,但出租车的费用通常也会比大巴车要高。所以,对于不同的算法,并没有完美的可以兼顾所有问题的算法,只是根据你的侧重点来选择,若更加侧重效率,你可以选择乘坐出租车的方式;若更加侧重金钱,你也可以选择乘坐大巴车的方式。

2.2 算法的时间复杂度

在进行算法分析和比较时,通常将算法的时间复杂度和算法的空间复杂度作为评阶标准。
算法的时间复杂度:即随着问题规模的增大,算法执行时间的增长规模。
如何计算算法的时间复杂度,在对算法的事前分析预估和研究生入学考试都是相当重要的。

2.2.1 推导大O阶方法

在这里,我们采用推导大O阶方法来计算算法的时间复杂度。
1 .用1取代运行时间中的所有加法常数
2 .在修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项
3 .如果最高阶项存在且不是1,则去除这个项相乘的常数
得到的结果就是大O阶。
由此,我们得到了一个计算算法时间复杂度的万能公式,可是在计算时间复杂度时,可没这么简单。

2.2.2 算法比较

当问题的规模增大时,算法的时间复杂度通常被分为

  1. 常数阶:O(1)
  2. 线性阶:O(n)
  3. 对数阶:O(logn)
  4. 平方阶:O(n^2)
  5. 指数阶:O(2^n)

常用的时间复杂度所消耗的时间从小到大依次是:

O(1)<O(n)<O(logn)<O(n^2) <O(2^n) <O(n^n)

2.3 算法的空间复杂度

算法的空间复杂度通过计算算法所需要的存储空间实现。算法执行期间所需要的存储空间包括3部分:
1.算法程序所占的空间
2.输入的初始数据所占的存储空间
3.算法执行过程中所需要的额外的空间
通常,我们都使用‘时间复杂度’来指运行时间的需求,使用‘空间复杂度’来指空间需求。

当无限定词的用‘复杂度’时,通常指时间复杂度。

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