《数据结构与算法》第二课:算法

Bo主前言:

      自清明以来,Bo主是感冒发烧头痛牙疼,所以一直拖到现在才发第二课。第二课相比第一课概念的东西少很多,主要介绍了算法算法的时间复杂度算法的空间复杂度的概念以及计算方法,掌握此篇博客的内容有利于日后解决相关的计算题,所以加油吧!还有就是,注意身体。

2.1 算法是什么?
2.2 算法的时间复杂度
    2.2.1 推导大O阶方法
    2.2.2 算法比较
2.3 算法的空间复杂度

在《数据结构与算法》这门学科中,由学科题目就可以看出数据结构与算法是不可分割的,是同等重要的。

在许多大牛的博客和书中都会提到一句话:若把数据结构比喻成肉体,算法则是灵魂。

由此可见,算法的重要性不言自明!

那么,算法到底是什么呢?我们该如何才能学好算法呢?


2.1 算法是什么?

算法这个词,对于大多数非计算机专业人员来说还是挺陌生的。就像我在没上专业课之前,也没听说过算法一词,不过其实早在小学甚至更早,我们就已经运用到了算法的概念,只是当时不是以算法一词来称谓。

小学的时候,数学老师常说要试着用不同的解题思路来解决同一个问题,这里的解题思路其实就是算法。

算法,即解决问题的方法。

解决上班交通问题,我们可以采用乘坐出租车,乘坐大巴车,乘坐私家车等方式,当然为了响应国家低碳生活的号召,也可以选择走路。

在这里,我们用了不同的方式来解决上班交通问题,那么对于不同的方式,有什么优缺点呢?

这里就涉及到了算法比较的问题。

我们就拿乘坐出租车和乘坐大巴车来做比较。乘坐出租车通常会比大巴车更快到底目的地,但出租车的费用通常也会比大巴车要高。所以,对于不同的算法,并没有完美的可以兼顾所有问题的算法,只是根据你的侧重点来选择,若更加侧重效率,你可以选择乘坐出租车的方式;若更加侧重金钱,你也可以选择乘坐大巴车的方式。


2.2 算法的时间复杂度

在进行算法分析和比较时,通常将算法的时间复杂度算法的空间复杂度作为评阶标准。

算法的时间复杂度:即随着问题规模的增大,算法执行时间的增长规模。

如何计算算法的时间复杂度,在对算法的事前分析预估和研究生入学考试都是相当重要的。

2.2.1 推导大O阶方法

在这里,我们采用推导大O阶方法来计算算法的时间复杂度。

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

由此,我们得到了一个计算算法时间复杂度的万能公式,可是在计算时间复杂度时,可没这么简单。

2.2.2 算法比较

当问题的规模增大时,算法的时间复杂度通常被分为

1.  常数阶:O(1)
2. 线性阶:O(n)
3. 对数阶:O(logn)
4. 平方阶:O(n^2)
5. 指数阶:O(2^n)

常用的时间复杂度所消耗的时间从小到大依次是:

O(1)<O(n)<O(logn)<O(n^2)<O(2^n)<O(n^n)

2.3 算法的空间复杂度

算法的空间复杂度通过计算算法所需要的存储空间实现。算法执行期间所需要的存储空间包括3部分:

1. 算法程序所占的空间
2. 输入的初始数据所占的存储空间
3. 算法执行过程中所需要的额外的空间

通常,我们都使用‘时间复杂度’来指运行时间的需求,使用‘空间复杂度’来指空间需求。

当不限定的用‘复杂度’时,通常指时间复杂度。

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