第一章 算法引论

算法及其性质

算法是对问题求解过程的准确描述,由有限条指令组成,这些指令能在有限时间内执行完毕并产生确定性的输出。
性质:
1、输入:零个或多个外部量输入
2、输出:至少产生一个量作为输出,输入输出存在联系
3、确定性:组成算法的每条指令都是清晰、无歧义的。
4、有限性:每条指令的执行次数有限,执行每条指令的时间也有限。

算法复杂度

复杂度:算法运行时需要耗费计算机资源的量,可以分为时间复杂度和空间复杂度。
复杂度依赖三个方面:待求解问题规模,算法的输入、算法本身。
元运算:不管使用什么样的算法和输入数据,该运算的上阶是一个常数时间。

四种阶

O

  • 定义:如果存在正的常数C和自然数n0,使得当
    n≥n0时, 有f(n)≤C·g(n),则称函数f (n) 在n 充分大
    时有上有界,且g(n) 是它的一个上界,记做f (n) =
    O(g(n)) ,并称f (n) 的阶不高于g(n) 的阶。
  • 上界的阶越低,评估越有价值
  • 阶运算时,常系数、低阶以及常数项可以忽略

\Omega

  • 定义:如果存在正的常数C 和自然数n0 , 使得
    当n ≥ n0时, 有f(n)≥C·g(n),则称函数f (n) 在n 充分
    大时有下有界,且g(n) 是它的一个下界,记做f (n) =
    Ω(g(n)) ,并称f (n) 的阶不低于g(n) 的阶。
  • 下阶越高,评估精度越高

Θ

  • 定义:f (n) = Θ(g(n)) ,当且仅当f (n) =
    O(g(n)) ,且f (n) = Ω(g(n)) ,称f (n) 和g(n) 是同阶。

o

  • 定义:对于任意给定的ε > 0 ,存在正整数n0 ,
    使得当n ≥ n0 时,有f (n) / g(n) ≤ε ,则称函数f (n)
    在n 充分大时的阶比g(n) 低,记为f (n) = o(g(n)) 。


    阶.png

计算时间复杂度

计算迭代次数

  • 使用计算迭代次数的技术来分析算法的时间复杂度时,只需要考虑
    最深层次的迭代。
  • 常见查找、排序


    计算迭代次数.png

使用递归方程

使用频度分析

算法复杂度分析意义

  • 已知待求解问题的多种算法时,挑选复杂度尽可能低
    的算法进行应用。
  • 给定待求解的问题,设计复杂度尽可能低的算法。
  • 设计出算法后,不要急于实现,而是先进行复杂度分
    析后;若该算法确实可行,才有实现的价值与必要
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