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时间复杂度和基本数据结构

时间复杂度和基本数据结构

作者: 马梦里 | 来源:发表于2017-12-25 16:33 被阅读3次

    一、基本概念

    时间复杂度:评估执行程序所需的时间。可以估算出程序对处理器的使用程度。
    空间复杂度:评估执行程序所需的存储空间。可以估算出程序对计算机内存的使用程度。

    时间频度
    一个算法执行所耗费的时间,从理论上是不能算出来的,必须上机运行测试才能知道。但我们不可能也没有必要对每个算法都上机测试,只需知道哪个算法花费的时间多,哪个算法花费的时间少就可以了。并且一个算法花费的时间与算法中语句的执行次数成正比例,哪个算法中语句执行次数多,它花费时间就多。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)。

    时间复杂度
    前面提到的时间频度T(n)中,n称为问题的规模,当n不断变化时,时间频度T(n)也会不断变化。但有时我们想知道它变化时呈现什么规律,为此我们引入时间复杂度的概念。一般情况下,算法中基本操作重复执行的次数是问题规模n的某个函数,用T(n)表示,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)),它称为算法的渐进时间复杂度,简称时间复杂度

    一、算法的时间复杂度指的是,算法的运行时间随着数据规模的增长而增长的幅度;

    • 算法的运行时间:比如执行一行代码运行时间为1,执行两行就为 2,执行 n 行就为 n,与执行代码的行数正相关;
    • 数据规模:数据的多少。数组中含有 10 个元素,数据规模就是 10;
    • 注意是随着数据规模的增长而增长的幅度;
    • 一般采用大 O 计法,说的是算法的上界,也不一定是最坏的情况;
    1. O(1)
    • 常数复杂度,不随数据规模增长,代表事件复杂度最低的算法;不管你有多少个数据,算法的代码都恒定。
    • 取一万个元素的和
    • 字典('dict')和集合(set)的存取都是O(1)
    • 下标进行数组的存取也是O(1)
      数组在内存中是连续的,获取某个元素地址的流程为:取得某个元素的地址,加上中间元素总长度,即可得到。是算出来的,而非一个个找出来的O(N)
    1. O(logN)
    • N 指数据规模
    • 对数复杂度
    • 有序数组的二分法查找 (1000 - 500 - 250 - 125 ...)
      先找到数组最中间的元素,和目标元素比较大小,然后缩小范围至哪边,重复即可;
    1. O(N)
    • 线性复杂度
    • 无序数组中查找元素,数据规模为5,则需查找5次, N则需N次;
    1. O(MlogN)
    • 求两个数组的交集,其中 A(M) 为无序数组,B(N) 为有序数组
      先遍历 AO(M)),再在 B 中二分法查找 A 的元素(O(logN));
    • 也就是两重循环,相乘即可;
    1. O(N²)
    • 平方复杂度
    • 两个无序数组(数据规模都为 N )的二重循环求交集;

    不看系数,取最高阶;

    时间复杂度(y)和数据规模(x).png

    比较好的文章:http://blog.csdn.net/itachi85/article/details/54882603

    二、四大常见数据结构

    计算机分为外存(硬盘)和内存,数据运行的时候放在内存,不运行的时候放在外存;

    1. 数组 array 读取很快,插入删除很慢

    • 在内存的地址是连续的一块空间
    • 读取元素的时间复杂度是 O(1)
      读取是根据前面元素的地址,加上索引差乘以元素长度,都是 O(1)
    • 插入、删除也是 O(n)
      插入之前,将插入位置后面的所有元素向后移动(O(n)),移动为O(n),插入为 O(1),则为O(n),删除是向前移动(O(n));
    数组插入数据.png 数组删除数据.png

    2. 链表 linked list 读取很慢,插入删除很快

    在内存中的地址可连续可不连续

    链表.png
    • 不能直接访问指定元素,只能通过前面的元素逐步访问后面的元素,O(n)
    • 插入、删除本身是 O(1),但有时候需要寻找目标元素,是 O(n)
    插入数据.png 删除数据.png
    • 栈和队列是链表的改良型;

    3. 字典

    • 利用 hash 算法,将字符串(‘key’)转换为数字作为下标储存到数组中,算法的时间复杂度为 O(1)
    • 字典的存取都是 O(1),除非对顺序有要求;
    • hash 算法:
      • 确定数据规模以确定容器数组的大小 Size
      • 将字符转换为十进制,得到储存下标:
        • gua 为:g(107) * 1 + u(117) * 10 + a()97 * 100,得到结果 n;ord(g)
        • n % Size 取余作为字符串在数组中的下标
        • 通常 Size 是素数,避免下标重复;

    4. 树

    • 只有两种选择的节点叫做二叉树;
    • 二叉树储存数据的方式是将数据小的放在左边,大的放在右边;
    树的数据储存方式.png
    • 不平衡的时候,需要旋转节点;
    旋转.png

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