程序時間復雜度計算(一)


最近休息的狀態,所以將以前工作時紀錄在“印象筆記”的較好的資料和以前自己的一些想法,逐步整理到博客里吧。

一、概念
時間復雜度是總運算次數表達式中受n的變化影響最大的那一項(不含系數)
比如:一般總運算次數表達式類似於這樣:
a*2^n+b*n^3+c*n^2+d*n*lg(n)+e*n+f
a ! =0時,時間復雜度就是O(2^n);
a=0,b<>0 =>O(n^3);
a,b=0,c<>0 =>O(n^2)依此類推
eg:
(1) for(i=1;i<=n;i++) //循環了n*n次,當然是O(n^2)
for(j=1;j<=n;j++)
s++;
(2) for(i=1;i<=n;i++)//循環了(n+n-1+n-2+…+1)≈(n^2)/2,因為時間復雜度是不考慮系數的,所以也是O(n^2)
for(j=i;j<=n;j++)
s++;
(3) for(i=1;i<=n;i++)//循環了(1+2+3+…+n)≈(n^2)/2,當然也是O(n^2)
for(j=1;j<=i;j++)
s++;
(4) i=1;k=0;
while(i<=n-1){
k+=10*i;
i++; }
//循環了
n-1≈n次,所以是O(n)
(5) for(i=1;i<=n;i++)
for(j=1;j<=i;j++)
for(k=1;k<=j;k++)
x=x+1;
//
循環了(1^2+2^2+3^2+…+n^2)=n(n+1)(2n+1)/6(這個公式要記住哦)≈(n^3)/3,不考慮系數,自然是O(n^3)
另外,在時間復雜度中,log(2,n)(以2為底)與lg(n)(以10為底)是等價的,因為對數換底公式:
log(a,b)=log(c,b)/log(c,a)
所以,log(2,n)=log(2,10)*lg(n),忽略掉系數,二者當然是等價的
二、計算方法
1.一個算法執行所耗費的時間,從理論上是不能算出來的,必須上機運行測試才能知道。但我們不可能也沒有必要對每個算法都上機測試,只需知道哪個算法花費的時間多,哪個算法花費的時間少就可以了。並且一個算法花費的時間與算法中語句的執行次數成正比例,哪個算法中語句執行次數多,它花費時間就多。
一個算法中的語句執行次數稱為語句頻度或時間頻度。記為T(n)。
2.一般情況下,算法的基本操作重復執行的次數是模塊n的某一個函數f(n),因此,算法的時間復雜度記做:T(n)=O(f(n))。隨着模塊n的增大,算法執行的時間的增長率和f(n)的增長率成正比,所以f(n)越小,算法的時間復雜度越低,算法的效率越高。
在計算時間復雜度的時候,先找出算法的基本操作,然后根據相應的各語句確定它的執行次數,再找出T(n)的同數量級(它的同數量級有以下:1,Log2n ,n ,nLog2n ,n的平方,n的三次方,2的n次方,n!),找出后,f(n)=該數量級,若T(n)/f(n)求極限可得到一常數c,則時間復雜度T(n)=O(f(n))。
3.常見的時間復雜度
按數量級遞增排列,常見的時間復雜度有:
常數階O(1), 對數階O(log2n), 線性階O(n), 線性對數階O(nlog2n), 平方階O(n^2), 立方階O(n^3),…, k次方階O(n^k), 指數階O(2^n) 。
其中,
1.O(n),O(n^2), 立方階O(n^3),…, k次方階O(n^k) 為多項式階時間復雜度,分別稱為一階時間復雜度,二階時間復雜度。。。。
2.O(2^n),指數階時間復雜度,該種不實用
3.對數階O(log2n), 線性對數階O(nlog2n),除了常數階以外,該種效率最高
例:算法:
for(i=1;i<=n;++i)
{
for(j=1;j<=n;++j)
{
c[ i ][ j ]=0; //該步驟屬於基本操作 執行次數:n^2
for(k=1;k<=n;++k)
c[ i ][ j ]+=a[ i ][ k ]*b[ k ][ j ]; //該步驟屬於基本操作 執行次數:n^3
}
}
則有 T(n)= n^2+n^3,根據上面括號里的同數量級,我們可以確定 n^3為T(n)的同數量級
則有f(n)= n^3,然后根據T(n)/f(n)求極限可得到常數c
則該算法的 時間復雜度:T(n)=O(n^3)

原文地址:http://m.blog.csdn.net/article/details?id=8008987


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