算法复杂度分析

复杂度分析包括:
  • 时间复杂度分析
  • 空间复杂度分析
事后统计法

我们常用事后统计法来统计效率,这种方法也存在一些问题例如:
1,测试结果依赖测试环境
2,测试结果受数据规模的影响很大

大O复杂度表示法

代码执行时间随着数据规模增长的变化趋势,也叫渐进时间复杂度,简称时间复杂度
T(n)=O(logn)
T(n)=O(n)
T(n)=O(n*logn)
T(n)=O(n^2)
一般有这几种复杂度

时间复杂度分析

在cpu的角度看,每行代码都在执行类似的操作:读数据-运算-写数据,每行简单看成一次操作
例如:

int cal(int n) {
  int sum = 0;
  int i = 1;
  int j = 1;
  for (; i <= n; ++i) {
    j = 1;
    for (; j <= n; ++j) {
      sum = sum +  i * j;
    }
  }
}

上面代码可以看成执行了(2n^2 + 2n + 3)*unit_time

1,只关注循环执行次数最多的一段代码

我们在分析一段代码的时间复杂度的时候,也只是关注循环执行次数最多的那一次代码。其他的相对可以忽略不计

2,加法法则:总复杂度等于量级最大的那段代码的复杂度。

一段代码有几段循环,例如单次循环和嵌套循环,嵌套循环的复杂度是量级更大的。

3,乘法法则:嵌套代码的复杂度等于嵌套内外代码的复杂度的成绩

例如:

int cal(int n) {
   int ret = 0; 
   int i = 1;
   for (; i < n; ++i) {
     ret = ret + f(i);
   } 
 } 
 
 int f(int n) {
  int sum = 0;
  int i = 1;
  for (; i < n; ++i) {
    sum = sum + i;
  } 
  return sum;
 }

两个方法嵌套,并且是循环嵌套就等于两个复杂度的积

复杂度的量级

  • 多项式量级
    常量阶O(1)
    对数阶O(logn)
    线性阶O(n)
    线性对数阶O(nlogn)
    平方阶O(n^2)
    立方阶O(n^3)
    K次方阶O(n^k)
  • 非多项式量级
    指数阶O(2^n)
    阶乘阶O(n!)
    一般非多项式量级的称为NP(Non-Deterministic Polynomial)非确定多项式问题。当n越大,执行时间会急剧增大,这种算法的时间复杂度是非常低效的。


    复杂度.jpeg

复杂度分析有几种情况

  • 最好情况的时间复杂度
  • 最坏情况的时间复杂度
  • 平均情况的时间复杂度
  • 均摊时间复杂度
    前面三个都好理解,下面说说这个复杂度分析
/ array表示一个长度为n的数组
 // 代码中的array.length就等于n
 int[] array = new int[n];
 int count = 0;
 
 void insert(int val) {
    if (count == array.length) {
       int sum = 0;
       for (int i = 0; i < array.length; ++i) {
          sum = sum + array[i];
       }
       array[0] = sum;
       count = 1;
    }

    array[count] = val;
    ++count;
 }

例如上面的例子,当没达到数组的长度的时候复杂度是是O(1),在达到length的时候复杂度O(n),想这样规律的多个低阶复杂度+一个高阶复杂度的情况,这个高阶复杂度可以分摊到前面n个低阶的复杂度上。他最终的复杂度是O(1),像这种多个低阶可以把一个高阶的给分摊掉就是均摊复杂度。比如ArrayList的insert导致的扩容也是一个道理。
均摊复杂度也算是一种特殊的平均复杂度。

空间复杂度

时间复杂度的全称是渐进时间复杂度,标识算法的执行时间与数据之间的增长关系,类比空间就是渐进空间复杂度,标识算法的存储于存储空间规模之间的增长关系。
主要的空间复杂度O(1)、O(n)、O(n^2),而O(logn)、O(nlogn)基本用不到。

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