算法基础之时间复杂度

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时间复杂度

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。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)。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 趋近于无究大时,T(n)/f(n)的极限值为不等于零的常数,则称f(n)T(n)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

有时候,算法中基本操作重复执行的次数还随问题的输入数据集不同而不同,如在冒泡排序中,输入数据有序而无序,结果是不一样的。此时,我们计算平均值。

时间复杂度基本计算规则

  • 基本操作,即只有常数项,认为其时间复杂度为O(1)
  • 顺序结构,时间复杂度按加法进行计算
  • 循环结构,时间复杂度按乘法进行计算
  • 分支结构,时间复杂度取最大值
  • 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
  • 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

常用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

  • 所以时间消耗由小到大为O(1) < O(log n) < O(n) < O(nlog n) < O(n^2) < O(2^n) < O(n!) < O(n^n)

案例1

count = 0;				      (1)
	for(i = 0;i <= n;i++)	  (2)
		for(j = 0;j <= n;j++) (3)
			count++;          (4)
  • 语句(1)执行1次
  • 语句(2)执行n次
  • 语句(3)执行n^2次
  • 语句(4)执行n^2次
  • 时间复杂度为T(n) = 1+n+n^2+n^2 = O(n^2)

案例2

a = 1; 						(1)
b = 2;						(2)
for(int i = 1;i <= n;i++) { (3)
	int s = a + b;			(4)
	b = a;					(5)
	a = s;					(6)
}	
  • 语句(1)、(2)执行1次
  • 语句(3)执行n次
  • 语句(4)、(5)、(6)执行n次
  • 时间复杂度为T(n) = 1+1+4n = o(n)

案例3

i = 1;		 (1)
while(i<n) {
	i = i*2; (2)
}	
  • 语句(1)的频度是1
  • 设语句(2)的频度是f(n),则2f(n)<=n;f(n)<=log2n,取最大值f(n) = log2n
  • 时间复杂度为T(n) = O(log2n)