时间复杂度分析
复杂度分析的必要性:
当给我们一段代码时,我们是以什么准则来判断代码效率的高低呢?每一段代码都会消耗一段时间,或占据一段数据空间,那么自然是在实现相同功能的情况下,代码所耗时间最少,所占据空间最小的代码效率更优。所以对于所耗时间,我们采用时间复杂度进行分析,对于所占空间,我们采用空间复杂度进行分析。
时间复杂度:
在问题中,我们将题目中数据的频数成为n。一个算法中的语句执行次数称为语句频度或时间频度,记为T(n)。我们想要知道当n不断变化时,T(n)的变化规律。若有某个辅助函数f(n),使得当n趋近于无穷大时,T(n)/f(n)的极限值为不等于零的常数,则称f(n)是T(n)的同数量级函数。记作T(n)=O(f(n)),称O(f(n)) 为算法的渐进时间复杂度,简称时间复杂度。
大O符号表示法的引入:
下面我们先来看这一段代码:
1|for(i=1; i<=n; ++i)
2|{
3| j = i;
4| j++;
5|}
假设每行代码的执行时间都是相同的,假设为1。
则第1行执行时间是1,第3行执行时间为n,第4行执行时间为n。所以有T(n) = (2n + 1),
有当n趋于无穷大时,+1, 与*2 的意义可以忽略。所以时间复杂度记为O(n)。
常见的时间复杂度量级:
常数阶O(1)
对数阶O(logN)
线性阶O(n)
线性对数阶O(nlogN)
平方阶O(n2)
立方阶O(n3)
K次方阶O(nk)
指数阶(2n)
复杂度从上到下越来越大,执行效率越来越低下
下面对一些复杂度举例分析:
1,常数阶——无论有多少行,其复杂度不随n的变化而变化。
int i = 1;
int j = 2;
++i;
j++;
int m = i + j;
2,线性阶O(n):
如上文举例所示。
3,对数阶O(logN):
int i = 1;
while(i<n)
{i = i * 2;
}
while循环中,将i * 2,i变化的越来越快,离n也越来越近。假设循环x次后,i就大于2了;所以有
2的x次方等于n,所以x = log2^n,所以代码的时间复杂度为O(logN);
4,线性对数阶O(NlogN):
就是将线性阶循环N次,便是线性对数阶。
for(m=1; m<n; m++)
{i = 1;while(i<n){i = i * 2;}
}
5,k次方阶:
就是k层循环嵌套。
经典算法的时间复杂度分析:
一般算法题或笔试题的时间限制为1s,或2s以内;故c++的操作次数一般控制在10^7 ~ 10^8为佳。
log(10^x)≈3*x。
调和级数的时间复杂度为O(logN);
分母只取质数的调和级数时间复杂度为O(loglogN);
而在不同数据范围内,应该选择怎样的算法与时间复杂度:
· 当N <= 30, ——指数级别,dfs + 剪枝,状压DP;
· 当N <= 100, ——O(N^3) 或O(N^3 logN) floyd算法,或普通dp
· 当N <= 1000.——O(N^2) 或 O(N ^ 2 logN) dp, 二分
· 当N <= 10000 —— O(N * ),块状链表。
· 当N <= 10^5——O(N logN),各种排序,线段树,树状数组,set/map,heap,堆优化版Dijkstra,spfa,二分,求半平面交
· 当N <= 10^6 —— O(N)以及常数较小的O(NlogN)hash,单调队列,双指针,BFS,并查集,kmp,AC自动机。(常数较小的O(NlogN))sort、树状数组、heap、dijkstra、spfa
·当N ≤ 10^7—— O(n)双指针扫描、kmp、AC自动机、线性筛素数
· 当N <= 10^9——O() 判断质数,试除法求质数,试除法求所有约数,试除法分解质因数
` 当N <= 10 ^ 18——O(logN)最大公约数,快速幂,数位DP
· 当n≤10^1000——O(logN * loglogN)k表示位数,高精度加减乘除