• 算法和空间复杂度分析


    看代码:

    1  int cal(int n) {
    2    int sum = 0;
    3    int i = 1;
    4    for (; i <= n; ++i) {
    5      sum = sum + i;
    6    }
    7    return sum;
    8  }

    从cpu角度来看,这段代码每一行都执行类似操作  读数据-运算-写数据 ,

    现在假设每行代码执行时间都为unit_time。在这个假设的基础上,我们看看上面这个代码块的用时

     经过分析得出用时为(1+1+n+n)*unit_time,也就是(2+2n)*unit_time,可以看出 n越大,时间花费越多,并且成正比

    再看这段代码

     1  int cal(int n) {
     2    int sum = 0;
     3    int i = 1;
     4    int j = 1;
     5    for (; i <= n; ++i) {
     6      j = 1;
     7      for (; j <= n; ++j) {
     8        sum = sum +  i * j;
     9      }
    10    }
    11  }

    分析一下花费时间

     花费时间为(1+1+1+n+n+n^2+n^2)*unit_time 也就是(3+2n+2n^2)*unit_time

    以上的分析可以总结为一个公式:T(n)=O(f(n))            f(n)表示每行代码执行的次数总和,n表示数据规模大小

    现在假设这种情况,n为1000万,那n^2 就是100亿。1000万在100亿面前不值一提,直接可以无视,而常数1,2,3,10000这些小打小闹的数在1000万面前不值一提,更别说在100亿面前。

    所以上面的第一个时间复杂度O(2+2n)中,我们可以将常数直接忽略掉。即为O(n)

    第二个时间复杂度O(3+2n+2n^2),在n^2面前,前两个不足为提,直接忽略掉,即为O(n^2)

    时间复杂度分析:

    1)只关注循环执行次数最多的一段代码

    2)加法法则:总复杂度等于量级最大的那段代码的复杂度

    3)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

    接下来我们看第三个代码片段:

    1  i=1;
    2  while (i <= n)  {
    3    i = i * 2;
    4  }

    第三行代码是循环执行次数最多的。所以,我们只要能计算出这行代码被执行了多少次,就能知道整段代码的时间复杂度。

    从代码中可以看出,变量 i 的值从 1 开始取,每循环一次就乘以 2。当大于 n 时,循环结束。还记得我们高中学过的等比数列吗?实际上,变量 i 的取值就是一个等比数列。如果我把它一个一个列出来,就应该是这个样子的:

     所以时间复杂度为

    再看下面代码:

    1  i=1;
    2  while (i <= n)  {
    3    i = i * 3;
    4  }

    用上面的分析,分析出时间复杂度应该为

    我们知道,对数之间是可以互相转换的,log3n 就等于 log32 * log2n,所以 O(log3n) = O(C * log2n),其中 C=log32 是一个常量。基于我们前面的一个理论:在采用大 O 标记复杂度的时候,可以忽略系数,即 O(Cf(n)) = O(f(n))。所以,O(log2n) 就等于 O(log3n)。因此,在对数阶时间复杂度的表示方法里,我们忽略对数的“底”,统一表示为 O(logn)。

    空间复杂度分析相对就简单了,占多少内存就是多少

     1 void print(int n) {
     2   int i = 0;
     3   int[] a = new int[n];
     4   for (i; i <n; ++i) {
     5     a[i] = i * i;
     6   }
     7 
     8   for (i = n-1; i >= 0; --i) {
     9     print out a[i]
    10   }
    11 }

    第 2 行代码中,我们申请了一个空间存储变量 i,但是它是常量阶的,跟数据规模 n 没有关系,所以我们可以忽略。第 3 行申请了一个大小为 n 的 int 类型数组,除此之外,剩下的代码都没有占用更多的空间,所以整段代码的空间复杂度就是 O(n)。

    常见的空间复杂度就是 O(1)、O(n)、O(n2 ),像 O(logn)、O(nlogn) 这样的对数阶复杂度平时都用不到

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