<1> 程序的复杂性分析

1 . 什么是程序的复杂性?

我们在写某些算法、或者某些程序片段的时候应该在Coding之前对自己的代码需要有一定的预估。比如我们如果写个排序被执行了“1”年,或者我们的代码最终生成的可执行文件超过了1G,相信任何一个产品经理都会直接恼火。所以,程序的复杂性在我理解,就是程序(算法、逻辑代码等)在空间资源和时间资源两个方面的消耗程度。

2 . 四个数学定义

定义1:如果存在常数c和n0,使当N>=n0时T(N)<=cf(N), 则记为T(N)= O(f(N))

定义2:如果存在常数c和n0,使当N>=n0时T(N)>=cg(N),则记为T(N)= Ω(g(N))

定义3:T(N)= θ(h(N)),当且仅当T(N)-O(h(N))且T(N)= Ω(h(N))

定义4:如果T(N) = O(p(N))且T(N)/ θ(p(N)),则T(N) = O(p(N))

这是《数据结构与算法-C语言描述》中的四个数学定义,鉴于自己的数学能力,感觉挺晦涩难懂的。不管怎么样,其实这些定义的目的就是给在函数间能够建立起一种级别关系,能够让函数之间的效率进行理论上的对比。

第一种可以这么认为:T(N)的增长率小于等于f(N)的增长率

第二种可以这么认为:T(N)的增长率大于等于f(N)的增长率

第三种可以这么认为:T(N)的增长率等于f(N)的增长率

第四种可以这么认为:T(N)的增长率小于f(N)的增长率

3 . 例子

3 . 1 一个小程序的分析


上边的实例是一个计算从0到N的立方和。在函数Sum的函数体里边,一共有4行代码。第一行是一个声明、初始化赋值操作,可以认为占用了1个时间单元(大概时间单元的意思就是在执行Sum函数的步骤数?),For循环的循环体里边有四次操作,分别是两个乘法,1个加法,1个赋值,可以认为是占用了4个时间单元,那么执行N次,就是占用了4N个时间单元,最后有个return操作,又占用了1个时间单元。到目前为止一共是:1 + 4N + 1。但是,在For循环的循环结构里,存在隐含的时间消耗,以及初始化的时间开销是1个单元。(i<N被比较N+1次,i++自增N次)。综上。一共是1+4N+1+N+1+N+1 = 6N+4。该函数可以认为是O(N),之所以不是一个常熟的原因是,N并不确定,所以是线性级。

3 . 2 一般的规律

对于1个For循环,运行时间是O(N),两个嵌套的For循环,运行时间是O(N的平方),三个嵌套的For循环,运行时间是O(N的立方)··· 以此类推。对于一个顺序语句,其中执行时间最长的程序片段为该顺序语句的运行时间。比如一个For循环,接着一个一个嵌套的For循环,那么总运行时间还是O(N的平方),而不是O(N的平方)+ O(N),取次数最高的项。至于条件语句,就是判断时间和条件语句的执行体的执行体的总时间。

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