数据结构与算法——算法和算法分析

简介: 数据结构与算法——算法和算法分析

1.算法分析概述


       算法分析就是分析算法占用计算机资源的多少。计算机资源主要是cpu时间和内存空间,分析算法占用cpu时间的多少称为时间性能分析,分析算法占用内存空间的多少称为空间性能分析。


       算法分析的目的是分析算法的时间空间性能以便改进算法


2.计算算法时间复杂度的基本方法


       1.找出基本频度最大的那条语句作为基本语句


       2.计算基本语句的频度得到问题规模n的某个函数f(n)


       3.取其数量级用符号"O"表示


例如:(这里代码并不是完整的代码,只是为了说明求解的方法,写出来重要的几步)

for(i=0;i<=n;i++)
    for(j=1;j<=i;j+++)
        for(k=1;k<=j;k++)
                x=x+1;

语句平度=gif.gif=n(n+1)(n+2)/6

n的最高次幂为n的三次方   所以:

                                                              T(n)=O(n^{3})

例如:

    i=1;        //(1)
while(i<n)
    i=i*2        //(2)

(1)若循环执行次数为1次:i=1*2=2


    若循环执行次数为2次:i=2*2=2^2


    若循环执行次数为3次:i=2^3


    若循环执行次数为n次:i=2^x


设语句(2)执行次数为x次


i<=n;


所以2^x=n  即x<=

gif.gif

gif.gif

取最大值f(n)=log


时间复杂度T(n)=O(log) ==>o(lgn)


3.特殊算法的时间复杂度


       有的情况下,算法基本操作重复执行的次数还随问题的输入数据集不同而不同


例如:顺序查找,在数组a[i]中查找值等于e的元素,返回其所在位置。

for(i=0;i<n;i++)
    if(a[i]==e)
        return i+1;
    return 0;

最好情况:1次


最坏情况:2次


平均时间复杂度为:O(n)


所以分析时间复杂度为多少一般考虑(1)和(2)


(1)最坏时间复杂度:


       指在最坏情况下,算法的时间复杂度。


(2)平均时间复杂度:


       指在所以可能输入实列在等概率出现的情况下,算法的期望运行的时间


(3)最好时间复杂度


       指在最好情况下,算法的时间复杂度


一般总是考虑在最坏情况下的时间复杂度,以保证算法的运行时间不会更长。


4.难以求出的时间算复杂度


       有的算法比较复杂,O(n)很难表示


对于复杂的算法,可以将他分成几个容易估计的部分,然后利用O加法法则和乘法法则,计算算法的时间复杂度:


a)加法法则


T(n)=T1(n)+T2(n)=O(f(n))+O(g(n))=O(max(f(n),g(n))


b)乘法法则


T(n)=T1(n)×T2(n)=O(f(n))×O(g(n))=O((f(n)×g(n))


算法时间效率比较:


       当n取得很大时,指数时间算法和多项式时间算法在所需时间非常悬殊

8be15d50e96949c8b1c9edd874653e31.png

算法时间复杂的由低到高


在设计程序时候应该考虑算法时间复杂度较低的程序


5.渐进空间复杂度


空间复杂度:


       算法所需存储空间的度量


               记作:s(n)=O(f(n))


其中n为问题的规模(或大小)


算法占据的空间


-->算法本身要占据空间,输入/输出,指令,常数,变量等。


-->算法要使用的辅助空间


eg:将一堆数组a中的几个数逆序存放到原数组中:


算法1:

for(i=0;i<n/2;i++)
{
    t=a[i];
    a[i]=a[n-i-1];
    a[n-i-1]=t;
}

算法2:

for(i=o;i<n;i++)
{
    b[i]=a[n-i-1];
}
for(i=0;i<n;i++)
{
   a[i]=b[i];
}

算法1的时间复杂度S(n)=O(1)        常数阶

算法2的时间复杂度S(n)=O(n)        一次阶

所以算法1比算法2更好

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