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1. 时间复杂度和空间复杂度 (7 天掌握算法面试必考知识点)

1. 时间复杂度和空间复杂度 (7 天掌握算法面试必考知识点)

作者: 测试在路上 | 来源:发表于2020-08-31 18:57 被阅读0次

    全文内容主要源于极客大学的算法课,仅作为笔记使用。

    学习计划



    由于每天都需要写学习心得和作业,所以写此贴作为笔记。也希望可以帮助到有需要的同学。

    1、时间复杂度

    (1)时间复杂度的统计维度

    O(1): Constant Complexity 常数复杂度
    O(log n): Logarithmic Complexity 对数复杂度
    O(n): Linear Complexity 线性时间复杂度
    O(n2): N Square Complexity 平方
    O(n3): N CubicComplexity 立方
    O(2n): Exponential Growth 指数
    O(n!): Factorial 阶乘

    (2)各时间复杂度的耗时曲线


    从图中可以看出,当n小于5时,不同的时间复杂度耗时差不多。
    当n增大时,不同时间复杂度算法耗时差距非常大。所以也就不难理解,大型公司对算法的要求越来越高,是因为当遇到大数据量处理时,不同的算法能力,需要的服务器成本和代码性能是有天壤之别的。

    (3)算法面试题的四个套件

    算法题的内容确认无误;
    思考所有可能解决的办法;
    比较这些方法的时间和空间复杂度;
    找出最优的解决方案(时间复杂度最低,兼顾内容使用更少的)

    (4)递归的时间复杂度分析

    将递归的执行顺序画出树形结构,称为递归状态的递归树;
    主定理计算时间复杂度
    比如:斐波那契数列
    Fib: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34...
    方法定义:F(1)=1,F(2)=1, F(n)=F(n - 1)+F(n - 2)(n ≥ 3,n ∈ N*)

    def fib(n: int):
        if n < 2: return n
        return fib(n-1) + fib(n-2)
    

    绘制递归图,以n=6为例:


    常用算法应用主定理:(记住如下算法对应公式,并尝试理解)

    2、空间复杂度

    空间复杂度和时间复杂度的情况类似,但是更加简单。

    数组的长度

    如果代码中开了数组,则数组的长度基本就是空间复杂度。
    比如:

    • 一维数组,数组长度等于元素个数,则空间复杂度就是O(n)
    • 二维数组,数组长度为n2,则空间复杂度为O(n2)

    递归深度

    如果代码中有递归,那么递归最大深度,就是空间复杂度的最大值。如果递归里面又开了数组,那么两者中的最大值就是空间复杂度。

    实战分析:
    详见leetcode的爬楼梯示例:爬楼梯题解

    3、小结

    • 常用工具配置
    • 基本功和编程指法
    • 常见的时间、空间复杂度分析 对于开发来说,掌握熟悉的工具和TOP用法,能节省开发中的工具使用效率。 对于顶级工程师来说,对自己代码的时间复杂度和空间复杂度了解,是必备技能。

    总结

    时间复杂度: 假设入参为n,程序运行的次数与n的关系,即为时间复杂度。
    时间复杂度优化顺序:O(1) > O(log n) > O(n) > O(n2) > O(n3) > O(2n) > O(n!)

    空间复杂度: 代码中数组的大小或递归深度的最大值。
    空间复杂度优化顺序:O(1) > O(log n) > O(n) > O(n2) > O(n3) > O(2n) > O(n!)

    为什么复杂度对于代码来说如此重要?
    从互联网公司成本来看:

    • 硬件成本:时间复杂度低的代码,可以降低CPU压力,减少服务器的CPU成本;空间复杂度低的代码,可以降低内存占用,减少服务器的内存成本;
    • 产品成本:时间复杂度和空间复杂度越低,程序执行时间越低和遇到的性能故障越少,产品的性能就会越好,越容易获取用户喜欢。
    • 质量评估成本:对设计的算法性能有两种评测方法,一是运行耗时评估,成本高、不稳定、强依赖硬件,而就是时间复杂度和空间复杂度评估,成本低、准确性高。

    参考资料:

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