[概念]算法的复杂度 [整理]

同一个问题可用不同算法解决,而一个算法的质量优劣将影响到算法乃至程序的效率。算法分析的目的在于选择合适算法和改进算法。

对一个算法的性能的评价主要从时间复杂度空间复杂度 来考虑,二者合称为算法复杂度

1、时间复杂度


(1)时间频度
一个算法执行所耗费的时间,从理论上是不能算出来的,必须上机运行测试才能知道。但我们不可能也没有必要对每个算法都上机测试,只需知道哪个算法花费的时间多,哪个算法花费的时间少就可以了。并且一个算法花费的时间与算法中语句的执行次数成正比例,哪个算法中语句执行次数多,它花费时间就多。一个算法中的语句执行次数称为语句频度或时间频度。记为T(n)。

(2)时间复杂度
在刚才提到的时间频度中,n称为问题的规模,当n不断变化时,时间频度T(n)也会不断变化。但有时我们想知道它变化时呈现什么规律。为此,我们引入时间复杂度的概念。

一般情况下,算法中基本操作重复执行的次数是问题规模n的某个函数,用T(n)表示,若有某个辅助函数f(n), 使得当n趋近于无穷大时,T(n)/f(n)的极限值为不等于零的常数,则称f(n)是T(n)的同数量级函数。记作T(n)=O(f(n)), 称O(f(n))为算法的渐进时间复杂度 ,简称时间复杂度。O是数量级的符号。

在各种不同算法中,若算法中语句执行次数为一个常数,则时间复杂度为O(1)。另外,在时间频度不相同时,时间复杂度有可能相同,如T(n)=n2+3n+4与T(n)=4n2+2n+1它们的频度不同,但时间复杂度相同,都为O(n2)。

按数量级递增排列,常见的时间复杂度有:

常数阶 对数阶 线性阶 线性对数阶 平方阶 立方阶 …… K次方阶 指数阶
O(1) O(log2 n ) O(n) O(nlog2 n) O(n2 ) O(n3 )
O(nk ) O(2n )

        复杂度低 ---->---->---->---->---->---->---->---->---->---->---->---->----> 复杂度高

 

随着问题规模n的不断增大,上述时间复杂度不断增大,算法的执行效率越低。

2、空间复杂度

与时间复杂度类似,空间复杂度是指算法在计算机内执行时所需存储空间的度量。记作:

S(n)=O(f(n))

我们一般所讨论的是除正常占用内存开销外的辅助存储单元规模。

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常用的算法的时间复杂度和空间复杂度:

排序法 平均时间 最差情形 稳定度 额外空间 备注
冒泡 O(n2 ) O(n2 ) 稳定 O(1) n较小时较好
交换 O(n2 ) O(n2 ) 不稳定 O(1) n较小时较好
选择 O(n2 ) O(n2 ) 不稳定 O(1) n较小时较好
插入 O(n2 ) O(n2 ) 稳定 O(1) 大部分已排序时较好
基数 O(logR B) O(logR B) 稳定 O(n)

B是真数(0-9),

R是基数(个十百)

Shell O(nlogn) O(ns ) 1<s<2 不稳定 O(1)

s是所选分组

快速 O(nlogn) O(n2 ) 不稳定 O(nlogn) n较大时较好
归并 O(nlogn) O(nlogn) 稳定 O(1) n较大时较好
O(nlogn) O(nlogn) 不稳定 O(1)

n较大时较好

(引用自:各种排序的稳定性和复杂度小结 )

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