算法和算法评价

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算法的基本概念


算法的5个特性:

  有穷性、确定性、可行性、输入、输出

好的算法应当具备:

  正确性、可读性、健壮性、效率和低存储量需求

算法效率的度量


算法效率的度量是通过时间复杂度和空间复杂度来描述的。

  1. 时间复杂度

    语句频度是指该语句在算法中被重复执行的次数。算法中所有语句的频度之和记为T(n), 它是该算法问题规模n的函数,时间复杂度主要分析T(n)的数量级。算法中基本运算的频度与T(n)同数量级,因此通常采用算法中基本运算的频度 f(n) 来分析算法的时间复杂度。因此算法的时间复杂度记为

T(n)=O(f(n))T(n) = O(f(n))

式中, O的含义是T(n)的数量级,其严格的数学定义是:若T(n)和f(n)是定义在正整数集合上的两个函数,则存在正常数C和x,使得当n >= x时,都满足0 <= T(n) <= xf(n)

算法的时间复杂度不仅依赖与问题的规模n,也取决于待输入数据的性质。

由上可引出最坏时间复杂度,平均时间复杂度,最好时间复杂度。

分析时间复杂度时,可以使用

a. 加法规则

T(n)=T1(n)+T2(n)=O(f(n))+O(g(n))=O(max(f(n),g(n)))T(n) = T1(n) + T2(n) = O(f(n)) + O(g(n)) = O(max(f(n),g(n)))

b. 乘法规则

T(n)=T1(n)T2(n)=O(f(n))O(g(n))=O(f(n)g(n))T(n) = T1(n) * T2(n) = O(f(n))*O(g(n)) = O(f(n)*g(n))

常用的渐进时间复杂度:

O(1)<O(log2n)<O(n)<O(nlog2n)<O(n2)<O(n3)<O(2n)<O(n!)<o(nn)O(1) < O(log_{2}{n}) < O(n) < O(nlog_{2}{n}) < O(n^2) < O(n^3) < O(2^n) < O(n!) < o(n^n)
  1. 空间复杂度

    算法的空间复杂度S(n)定义为该算法所耗费的存储空间,它是问题规模n的函数。渐近空间复杂度也常简称为空间复杂度,记为S(n) = O(g(n))

    若输入数据所占空间之取决于问题本身而与算法无关,则只需分析除输入和程序外的额外空间。

    算法原地工作是指算法所需的辅助空间为常量,即O(1)