X5-0、java數(shù)據結構---算法的時間復雜度

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1、排序算法介紹

(1)基本概要

排序是將一組數(shù)據,依指定的順序進行排列的過程。

(2)分類:

  1. 內部排序:
    指將需要處理的所有數(shù)據都加載到內部存儲器中進行排序。
  2. 外部排序法:
    數(shù)據量過大,無法全部加載到內存中,需要借助外部存儲進行
    排序。

(3)常見種類:

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2、度量一個程序(算法)執(zhí)行時間的兩種方法

(1)事后統(tǒng)計法:

這種方法可行, 但是有兩個問題:一是要想對設計的算法的運行性能進行評測,需要實際運行該程序;二是所得時間的統(tǒng)計量依賴于計算機的硬件、軟件等環(huán)境因素, 這種方式,要在同一臺計算機的相同狀態(tài)下運行,才能比較那個算法速度更快

(2)事前估算法

通過分析某個算法的時間復雜度來判斷哪個算法更優(yōu)

3、時間頻度

(1)基本概念:

一個算法花費的時間與算法中語句的執(zhí)行次數(shù)成正比例,哪個算法中語句執(zhí)行次數(shù)多,它花費時間就多。一個算法中的語句執(zhí)行次數(shù)稱為語句頻度或時間頻度。記為T(n)

(2)案例:計算1-100所有數(shù)字之和(兩種算法的時間頻度)

第一個的意思是:你要計算1-100和,程序得運行101次(n=200則需要201次)


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第二個的意思是:你要計算1-100和,程序得運行1次(無論n=多少都只需要一次完成)


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4、時間復雜度的忽略(常數(shù)項,低次項,系數(shù))

數(shù)據規(guī)模大,忽略才有用

(1)常數(shù)項

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(2)低次項

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(3)系數(shù)(既次方,平方,立方....)

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5、時間復雜度

(1)概述

一般情況下,算法中的基本操作語句的重復執(zhí)行次數(shù)是問題規(guī)模n的某個函數(shù),用T(n)表示,若有某個輔助函數(shù)f(n),使得當n趨近于無窮大時,T(n) / f(n) 的極限值為不等于零的常數(shù),則稱f(n)是T(n)的同數(shù)量級函數(shù)。記作 T(n)=O( f(n) ),稱O( f(n) ) 為算法的漸進時間復雜度,簡稱時間復雜度。
人話:就是將 T(n)這個公式,通過上面的三個忽略法 變成 f(n) ,再簡寫成 O(f(n))

(2)案例

T(n) 不同,但時間復雜度可能相同。 如:T(n)=n2+7n+6 與 T(n)=3n2+2n+2 它們的T(n) 不同,但時間復雜度相同,都為O(n2)。

(3)估算方式:

1、用常數(shù)1代替運行時間中的所有加法常數(shù) T(n)=n2+7n+6 => T(n)=n2+7n+1
2、修改后的運行次數(shù)函數(shù)中,只保留最高階項 T(n)=n2+7n+1 => T(n) = n2
3、去除最高階項的系數(shù) T(n) = n2 => T(n) = n2 => O(n2)

6、常見的時間復雜度

(1)基本概述


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(2)常數(shù)階O(1):

無論代碼執(zhí)行了多少行,只要是沒有循環(huán)等復雜結構,那這個代碼的時間復雜度就都是O(1)


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(3)對數(shù)階O(log2n)

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(4)線性階O(n)

這段代碼,for循環(huán)里面的代碼會執(zhí)行n遍,因此它消耗的時間是隨著n的變化而變化的,因此這類代碼都可以用O(n)來表示它的時間復雜度


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(5)線性對數(shù)階O(nlogN)

線性對數(shù)階O(nlogN) 其實非常容易理解,將時間復雜度為O(logn)的代碼循環(huán)N遍的話,那么它的時間復雜度就是 n * O(logN),也就是了O(nlogN)


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(6)平方階O(n2)

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平方階O(n2) 就更容易理解了,如果把 O(n) 的代碼再嵌套循環(huán)一遍,它的時間復雜度就是 O(n2),這段代碼其實就是嵌套了2層n循環(huán),它的時間復雜度就是 O(nn),即 O(n2) 如果將其中一層循環(huán)的n改成m,那它的時間復雜度就變成了 O(mn)

(7)立方階O(n3)、K次方階O(n^k)

參考上面的O(n2) 去理解就好了,O(n3)相當于三層n循環(huán),其它的類似

7、平均時間復雜度和最壞時間復雜度

(1)概述

1、平均時間復雜度是指所有可能的輸入實例均以等概率出現(xiàn)的情況下,該算法的運行時間。
2、最壞情況下的時間復雜度稱最壞時間復雜度。一般討論的時間復雜度均是最壞情況下的時間復雜度。 這樣做的原因是:最壞情況下的時間復雜度是算法在任何輸入實例上運行時間的界限,這就保證了算法的運行時間不會比最壞情況更長。
3、平均時間復雜度和最壞時間復雜度是否一致,和算法有關

(2)參考圖

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