数据结构与算法(Python)(一)

算法的提出

算法的特性

1.输入: 算法具有0个或多个输入
2.输出: 算法至少有1个或多个输出
3.有穷性: 算法在有限的步骤之后会自动结束而不会无限循环,并且每一个 步骤可以在可接受的时间内完成
4.确定性:算法中的每一步都有确定的含义,不会出现二义性
5.可行性:算法的每一步都是可行的,也就是说每一步都能够执行有限的次数完成

算法效率衡量

时间复杂度与“大O记法”

我们假定计算机执行算法每一个基本操作的时间是固定的一个时间单位,那么有多少个基本操作就代表会花费多少时间单位。算然对于不同的机器环境而言,确切的单位时间是不同的,但是对于算法进行多少个基本操作(即花费多少时间单位)在规模数量级上却是相同的,由此可以忽略机器环境的影响而客观的反应算法的时间效率。

对于算法的时间效率,我们可以用“大O记法”来表示。

“大O记法”:对于单调的整数函数f,如果存在一个整数函数g和实常数c>0,使得对于充分大的n总有f(n)<=c*g(n),就说函数g是f的一个渐近函数(忽略常数),记为f(n)=O(g(n))。也就是说,在趋向无穷的极限意义下,函数f的增长速度受到函数g的约束,亦即函数f与函数g的特征相似。

时间复杂度:假设存在函数g,使得算法A处理规模为n的问题示例所用时间为T(n)=O(g(n)),则称O(g(n))为算法A的渐近时间复杂度,简称时间复杂度,记为T(n)

时间复杂度的几条基本计算规则

1.基本操作,即只有常数项,认为其时间复杂度为O(1)
2.顺序结构,时间复杂度按加法进行计算
3.循环结构,时间复杂度按乘法进行计算
4.分支结构,时间复杂度取最大值
5.判断一个算法的效率时,往往只需要关注操作数量的最高次项,其它次要项和常数项可以忽略
6.在没有特殊说明时,我们所分析的算法的时间复杂度都是指最坏时间复杂度

常见时间复杂度

在这里插入图片描述
注意,经常将log2n(以2为底的对数)简写成logn

常见时间复杂度之间的关系

在这里插入图片描述
所消耗的时间从小到大:
O(1) < O(logn) < O(n) < O(nlogn) < O(n2) < O(n3) < O(2n) < O(n!) < O(nn)

抽象数据类型(Abstract Data Type)

抽象数据类型(ADT)的含义是指一个数学模型以及定义在此数学模型上的一组操作。即把数据类型和数据类型上的运算捆在一起,进行封装。引入抽象数据类型的目的是把数据类型的表示和数据类型上运算的实现与这些数据类型和运算在程序中的引用隔开,使它们相互独立。

最常用的数据运算有五种:
插入 删除 修改 查找 排序

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