在计算机科学中,算法的时间复杂度是一个函数,它定量描述了该算法的运行时间。
一个算法执行所耗费的时间,从理论上说,是不能算出来的,只有你把你的程序放在机器上跑起来,才能知道。但是我们需要每个算法都上机测试吗?是可以都上机测试,但是这很麻烦,所以才有了时间复杂度这个分析方式。一个算法所花费的时间与其中语句的执行次数成正比例,算法中的基本操作的执行次数,为算法的时间复杂度。
即:找到某条基本语句与问题规模N之间的数学表达式,就是算出了该算法的时间复杂度。
N = 10,Fuc2(N) = 60+26
N = 100 ,Fuuc2(N) = 600+26
N = 1000, Fuc2(N) = 6000+26
这时候我们发现消耗的时间和N呈线性关系,所以我们实际计算时间复杂度的时,我们其实并不一定要计算精确的执行次数,而只需要大概执行次数,那么这
里我们使用大O的渐进表示法。
大O符号(Big O notation):是用于描述函数渐进行为的数学符号。
推导大O阶方法:
1、用常数1取代运行时间中的所有加法常数。
2、在修改后的运行次数函数中,只保留最高阶项。
3、如果最高阶项存在且不是1,则去除与这个项目相乘的常数。得到的结果就是大O阶。
使用大O的渐进表示法以后,Func1的时间复杂度为:
O(N)
N = 10,Fuc2(N) = 10
N = 100 ,Fuuc2(N) = 100
N = 1000, Fuc2(N) = 1000
通过上面我们会发现大O的渐进表示法去掉了那些对结果影响不大的项,简洁明了的表示出了执行次数。
按照以下规律进行忽略:
另外有些算法的时间复杂度存在最好、平均和最坏情况:
最坏情况:任意输入规模的最大运行次数(上界)
平均情况:任意输入规模的期望运行次数
最好情况:任意输入规模的最小运行次数(下界)
例如:在一个长度为N数组中搜索一个数据x
最好情况:1次找到
最坏情况:N次找到
平均情况:N/2次找到
在实际中一般情况关注的是算法的最坏运行情况,所以数组中搜索数据时间复杂度为O(N)
接下来我们看一些实例:
例1:
// 计算Func3的时间复杂度?
void Func3(int N, int M)
{
int count = 0;
for (int k = 0; k < M; ++ k)
{
++count;
}
for (int k = 0; k < N ; ++ k)
{
++count;
}
printf("%d\n", count);
}
第一个for循环大概执行了M次,第个for循环大概执行了N次
时间复杂度为:O(M+N)
例2:
// 计算Func4的时间复杂度?
void Func4(int N)
{
int count = 0;
for (int k = 0; k < 100; ++ k)
{
++count;
}
printf("%d\n", count);
我们大致一看大概执行了100个时间单位,认为时间复杂度为O(100),然而不是O(100) ,只要为常数次都为O(1)
所以他的时间复杂度为:O(1)
例3:
// 计算strchr的时间复杂度?
//这是我模拟的strchr函数
//该函数的功能就是在一个字符串中寻找一个字符,若找到返回该字符在字符串中的地址,找不到返回NULL
char* my_strchr(const char* str, const char ch)
{
assert(str);
const char* dest = str;
while (dest != '\0' && *dest != ch)
{
dest++;
}
if (*dest == ch)
return (char*)dest;
return NULL;
}
这时候我们会发现最好情况:可能循环只需要调用一次就可以找到了,时间复杂度为常数次O(1) ;最坏情况乱:循环要调用N次,时间复杂度为:O(N)
所以该时间复杂度为:O(N)
例4
// 计算BubbleSort的时间复杂度?(冒泡排序)
void BubbleSort(int* a, int n)
{
assert(a);
for (size_t end = n; end > 0; --end)
{
int exchange = 0;
for (size_t i = 1; i < end; ++i)
{
if (a[i-1] > a[i])
{
Swap(&a[i-1], &a[i]);
exchange = 1;
}
}
if (exchange == 0)
break;
}
}
例5:
// 计算BinarySearch的时间复杂度?(二分查找)
int BinarySearch(int* a, int n, int x)
{
assert(a);
int begin = 0;
int end = n-1;
// [begin, end]:begin和end是左闭右闭区间,因此有=号
while (begin <= end)
{
int mid = begin + ((end-begin)>>1);
if (a[mid] < x)
begin = mid+1;
else if (a[mid] > x)
end = mid-1;
else
return mid;
}
return -1;
}
基本操作执行最好1次,最坏O(logN)次,时间复杂度为 O(logN)
例6:
// 计算阶乘递归Fac的时间复杂度?
long long Fac(size_t N)
{
if(0 == N)
return 1;
return Fac(N-1)*N;
}
例7:
// 计算斐波那契递归Fib的时间复杂度?
long long Fib(size_t N)
{
if(N < 3)
return 1;
return Fib(N-1) + Fib(N-2);
}