[数据结构]时间复杂度&空间复杂度

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算法效率

1.如何衡量一个算法的好坏

例如斐波那契数列,如下是斐波那契数列的递归实现,代码非常的简洁,但简洁的代码就一点好吗?

long long Fib(int N)
{
	if(N < 3)
	{
		return 1;
	}
	return Fib(N-2)+Fib(N-2);
}

1.1算法的复杂度

算法编写为可执行程序后,通常从运行时候耗费的时间和空间(内存资源)来衡量一个算法的好坏,即时间复杂度空间复杂度

  • 时间复杂度:衡量一个算法运行的快慢
  • 空间复杂度:衡量一个算法运行时所需要的额外的空间 在计算机发展初期,计算机存储空间较小因此较为关注空间复杂度,如今已经不再特别关注空间复杂度

2.时间复杂度

  • 概念:算法的时间复杂度是一个函数,算法中基本操作执行的次数为时间复杂度
void Func1(int N)
{
    int count = 0;
    for (int i = 0; i < N; ++i)
    {
        for (int j = 0; j < N; ++j)
        {
            ++count;
        }
    }

    for (int k = 0; k < 2 * N; ++k)
    {
        ++count;
    }

    int M = 10;
    while (M--)
    {
        ++count;
    }
    printf("%d\n", count);
}

如上程序的时间复杂度为:F(N)=N2+2N+10F(N) = N^2+2N+10,当N足够大时2N+10,2N+10 对其的影响可以忽略不计,时间复杂度并不是一个精确的次数,这里我们使用大O的渐进表示法来表示算法的时间复杂度也就是O(N2):O(N^2)

2.1大O的渐进表示法

大O符号(Big O notation):是用于描述函数渐进行为的数学符号。 推导大O阶的方法:

  • 用常数1取代运行时间中的所有加法常数。
  • 在修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项。
  • 如果最高阶项存在且不是1,则去除与这个项目相乘的常数。得到的结果就是大O阶。

此外,算法的时间复杂度存在:最好、最坏、平均三种情况:

  • 最坏情况:任意输入规模的最大运行次数(上界)
  • 平均情况:任意输入规模的期望运行次数
  • 最好情况:任意输入规模的最小运行次数(下界)

推导算法的时间复杂度时,需要结合算法的思想!!!

3.空间复杂度

  • 概念:算法在运行过程中临时占用存储空间大小的量度,不是程序占了多少bytes的空间
  • 使用大O渐进表示法。和时间复杂度类似

注:函数运行时所需要的栈空间(存储参数、局部变量、一些寄存器信息等)在编译期间已经确定好了,因 此空间复杂度主要通过函数在运行时候显式申请的额外空间来确定

long long Fac(size_t N)
{
    if(N == 0)
    return 1;
    return Fac(N-1)*N;
}

递归调用了N次,开辟了N个栈帧,每个栈帧使用了常数个空间。空间复杂度为O(N)O(N)