同一問題可用不同算法解決,而一個(gè)算法的質(zhì)量優(yōu)劣將影響到算法乃至程序的效率。算法分析的目的在于選擇合適算法和改進(jìn)算法。
編輯本段算法復(fù)雜度
算法復(fù)雜度分為
時(shí)間復(fù)雜度和
空間復(fù)雜度。其作用: 時(shí)間復(fù)雜度是度量算法執(zhí)行的時(shí)間長短;而空間復(fù)雜度是度量算法所需存儲(chǔ)空間的大小。
編輯本段時(shí)間復(fù)雜度
1.時(shí)間頻度
一個(gè)算法執(zhí)行所耗費(fèi)的時(shí)間,從理論上是不能算出來的,必須上機(jī)運(yùn)行測試才能知道。但我們不可能也沒有必要對每個(gè)算法都上機(jī)測試,只需知道哪個(gè)算法花費(fèi)的時(shí)間多,哪個(gè)算法花費(fèi)的時(shí)間少就可以了。并且一個(gè)算法花費(fèi)的時(shí)間與算法中語句的執(zhí)行次數(shù)
成正比例,哪個(gè)算法中語句執(zhí)行次數(shù)多,它花費(fèi)時(shí)間就多。一個(gè)算法中的語句執(zhí)行次數(shù)稱為語句頻度或時(shí)間頻度。記為T(n)。
2.計(jì)算方法
1. 一般情況下,算法的基本操作重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)是模塊n的某一個(gè)函數(shù)f(n),因此,算法的時(shí)間復(fù)雜度記做:T(n)=O(f(n)) 分析:隨著模塊n的增大,算法執(zhí)行的時(shí)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(shí)間復(fù)雜度越低,算法的效率越高。 2. 在計(jì)算時(shí)間復(fù)雜度的時(shí)候,先找出算法的基本操作,然后根據(jù)相應(yīng)的各語句確定它的執(zhí)行次數(shù),再找出T(n)的同數(shù)量級(它的同數(shù)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(shù)量級,若T(n)/f(n)求極限可得到一常數(shù)c,則時(shí)間復(fù)雜度 T(n)=O(f(n)) 例:算法: for(i=1;i<=n;++i) { for(j=1;j<=n;++j) { c[ i ][ j ]=0; //該步驟屬于基本操作 執(zhí)行次數(shù):n的平方 次 for(k=1;k<=n;++k) c[ i ][ j ]+=a[ i ][ k ]*b[ k ][ j ]; //該步驟屬于基本操作 執(zhí)行次數(shù):n的三次方 次 } } 則有 T(n)= n的平方+n的三次方,根據(jù)上面括號里的同數(shù)量級,我們可以確定 n的三次方 為T(n)的同數(shù)量級 則有f(n)= n的三次方,然后根據(jù)T(n)/f(n)求極限可得到常數(shù)c 則該算法的 時(shí)間復(fù)雜度:T(n)=O(n^3) 注:n^3即是n的3次方。
3.分類
按數(shù)量級遞增排列,常見的時(shí)間復(fù)雜度有: 常數(shù)階O(1),對數(shù)階O(log2n),線性階O(n), 線性對數(shù)階O(nlog2n),平方階O(n^2),立方階O(n^3),..., k次方階O(n^k), 指數(shù)階O(2n) 。隨著問題規(guī)模n的不斷增大,上述時(shí)間復(fù)雜度不斷增大,算法的執(zhí)行效率越低。
編輯本段空間復(fù)雜度
一個(gè)程序的空間復(fù)雜度是指運(yùn)行完一個(gè)程序所需內(nèi)存的大小。利用程序的空間復(fù)雜度,可以對程序的運(yùn)行所需要的內(nèi)存多少有個(gè)預(yù)先估計(jì)。一個(gè)程序執(zhí)行時(shí)除了需 要存儲(chǔ)空間和存儲(chǔ)本身所使用的指令、常數(shù)、變量和輸入數(shù)據(jù)外,還需要一些對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的工作單元和存儲(chǔ)一些為現(xiàn)實(shí)計(jì)算所需信息的輔助空間。程序執(zhí)行時(shí)所 需存儲(chǔ)空間包括以下兩部分。 (1)固定部分。這部分空間的大小與輸入/輸出的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)多少、數(shù)值無關(guān)。主要包括指令空間(即代碼空間)、數(shù)據(jù)空間(常量、簡單變量)等所占的空間。這部分屬于靜態(tài)空間。 (2)可變空間,這部分空間的主要包括動(dòng)態(tài)分配的空間,以及遞歸棧所需的空間等。這部分的空間大小與算法有關(guān)。 一個(gè)算法所需的存儲(chǔ)空間用f(n)表示。 S(n)=O(f(n)) 其中n為問題的規(guī)模,S(n)表示空間復(fù)雜度。