算法复杂度分析

事后统计法

测试结果非常依赖测试环境
测试结果受数据规模的影响很大

大 O 复杂度表示法

大O符号

大O符号(英语:Big O notation),又称为渐进符号,是用于描述函数渐近行为数学符号。更确切地说,它是用另一个(通常更简单的)函数来描述一个函数数量级渐近上界

大O符号是由德国数论学家保罗·巴赫曼在其1892年的著作《解析数论》(Analytische Zahlentheorie)首先引入的。而这个记号则是在另一位德国数论学家艾德蒙·朗道的著作中才推广的,因此它有时又称为朗道符号(Landau symbols)。代表“order of ...”(……阶)的大O,最初是一个大写希腊字母Ο”(omicron),现今用的是大写拉丁字母O”。

大 O 时间复杂度

大 O 时间复杂度实际上并不具体表示代码真正的执行时间,而是表示代码执行时间随数据规模增长的变化趋势,所以,也叫作渐进时间复杂度,简称时间复杂度。

怎么计算时间复杂度

Tn = O(f(n))
而公式中的低阶、常量、系数三部分并不左右增长趋势,所以都可以忽略。我们只需要记录一个最大量级就可以了

只关注循环执行次数最多的一段代码
加法法则:总复杂度等于量级最大的那段代码的复杂度
int cal(int n) {
   int sum_1 = 0;
   int p = 1;
   for (; p < 100; ++p) {
     sum_1 = sum_1 + p;
   }

   int sum_2 = 0;
   int q = 1;
   for (; q < n; ++q) {
     sum_2 = sum_2 + q;
   }
 
   int sum_3 = 0;
   int i = 1;
   int j = 1;
   for (; i <= n; ++i) {
     j = 1; 
     for (; j <= n; ++j) {
       sum_3 = sum_3 +  i * j;
     }
   }
 
   return sum_1 + sum_2 + sum_3;
 }

乘法法则:嵌套代码的复杂度等于嵌套内外代码复杂度的乘积
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;
 }

常见时间复杂度实例分析
image.png
image.png
O(1)
 int i = 8;
 int j = 6;
 int sum = i + j;
O(logn)、O(nlogn)
 i=1;
 while (i <= n)  {
   i = i * 2;
 }
 i=1;
 while (i <= n)  {
   i = i * 3;
 }

\log3(n) == \log3(2) * \log2(n) == C * \log(n)

O(m+n)、O(m*n)
int cal(int m, int n) {
  int sum_1 = 0;
  int i = 1;
  for (; i < m; ++i) {
    sum_1 = sum_1 + i;
  }

  int sum_2 = 0;
  int j = 1;
  for (; j < n; ++j) {
    sum_2 = sum_2 + j;
  }

  return sum_1 + sum_2;
}

最好、最坏、平均、均摊时间复杂度

同一段代码在不同情况下时间复杂度会出现量级差异,为了更全面,更准确的描述代码的时间复杂度,所以引入这4个概念。

最好:最理想的情况下
最坏:在最糟糕的情况下
平均:加权平均时间复杂度
均摊:一种特殊的,通过摊还分析得到的平均时间复杂度

时间复杂度表示

O:big-O————上界
Ω:big-Omega—–下界(很少用)
Θ:big-Theta——-确界

为什么见周围人描述算法复杂度都用大 O 符号而不是大 Θ?

示例:find

// n 表示数组 array 的长度
int find(int[] array, int n, int x) {
  int i = 0;
  int pos = -1;
  for (; i < n; ++i) {
    if (array[i] == x) {
       pos = i;
       break;
    }
  }
  return pos;
}

最好:Ω(1)
最坏:O(n)
平均:O(n)


image.png

摊还分析法:将较高时间复杂度那次操作的耗时,平摊到其他那些时间复杂度比较低的操作上。适用于低级别和高级别复杂度出现具有时序规律。均摊结果一般都等于低级别复杂度。

示例:insert

// 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;
}

最好:Ω(1)
最坏:O(n)
平均:O(1)

能够应用均摊时间复杂度分析的场合,一般均摊时间复杂度就等于最好情况时间复杂度

常见排序算法的时间复杂度

排序算法 最佳时间复杂度 平均时间复杂度 最坏时间复杂度 稳定性
选择排序 O(N^2) O(N^2) O(N^2) 不稳定
插入排序 O(N) O(N^2) O(N^2) 稳定
冒泡排序 O(N) O(N^2) O(N^2) 稳定
希尔排序 O(N) O(NlogN) O(N^S)(1<S<2) 不稳定
快速排序 O(NlogN) O(NlogN) O(N^2) 不稳定
堆排序 O(NlogN) O(NlogN) O(NlogN) 不稳定
归并排序 O(NlogN) O(NlogN) O(NlogN) 稳定

空间复杂度

渐进空间复杂度,表示算法的存储空间与数据规模之间的增长关系。
是对一个算法在运行过程中临时占用存储空间大小的量度

func TestRoom(t *testing.T) {
    var n int = 10000
    var list = new([1000]int)
    for i := 0; i < n; i++ {
        list[i%1000] = i
        fmt.Println(i%1000, i)
    }
}

//?
func TestRoom2(t *testing.T) {
    var n int = 10000
    var list []int
    for i := 0; i < n; i++ {
        list = append(list, i)
    }
}

引用:
https://blog.csdn.net/qq_35556064/article/details/82888717

https://blog.csdn.net/Michael__Jack/article/details/71075459

极客时间: https://time.geekbang.org/column/article/41149

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%A7O%E7%AC%A6%E5%8F%B7

https://blog.csdn.net/zolalad/article/details/11848739

https://icell.io/how-golang-slice-append-works/

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