数据结构(一)时间复杂度和空间复杂度


时间复杂度是什么?

  • 一个函数,用大O表示,比如O(1)、O(n)、 O(logN)...
  • 定性描述该算法的运算时间
  • 需要关注的 O(1) < O(log₂n)< O(n)< O(n²)

主要的时间复杂度有:

  • 常数阶 O(1):无论代码执行了多行,只要没有循环等复杂结构,那这个代码的复杂度就是 O(1)
  • 对数阶 O(logN):在while循环里面,每次都将 i 乘以 2,乘完之后,i 距离 n 就越来越近了。我们试着求解一下,假设循环x次之后,i 就大于 2 了,此时这个循环就退出了,也就是说 2 的 x 次方等于 n,那么 x = log2(n)
    也就是说当循环 log2(n) 次以后,这个代码就结束了。因此这个代码的时间复杂度趋势为:O(logn)
  • 线性阶 O(n): 在 单层 循环体内,代码会随着每次循环执行,它消耗的时间是随着n的变化而变化的,因此这是一个线性相关趋势,时间复杂度为 O(n)。
  • 线性对数阶 O(nlogN):线性对数阶O(nlogN) 其实非常容易理解,将时间复杂度为O(logn)的代码循环N遍的话,那么它的时间复杂度就是 n * O(logN),也就是了O(nlogN)。

    for (let i = 0; i < n; i++) {
         let m = 1;
      while(m < n) {
          i = i * 2;
      }
    }
  • 平方阶 O(n^2): 将 O(n) 的代码再循环嵌套一遍,它的时间复杂度就是 O(n^2)。

    for (let i = 0; i < n; i++) {
         for (let j = 0; i < n; i++) {
          console.log(i, j)
      }
    }

    如果将其中一层循环的n改成m,即:

    for (let i = 0; i < m; i++) {
         for (let j = 0; i < n; i++) {
          console.log(i, j)
      }
    }

那么它的时间复杂度就变成了 O(m*n)

  • 立方阶 O(n^3): O(n³)相当于三层n循环,其它的类似
  • K次方阶 O(n^k)
  • 指数阶 O(2^n)

空间复杂度是什么?

  • 一个函数,用大O表示,比如O(1)、O(n)、O(n²)
  • 算法在运行过程中临时占用存储空间大小的量度

常见空间复杂度:

  • 空间复杂度 O(1),如果算法执行所需要的临时空间不随着某个变量 n 的大小而变化,即此算法空间复杂度为一个常量,可表示为 O(1);
  • 空间复杂度 O(n)

    const list = []
    for(let i = 0; i < n; i +=1 ){
      list.push(i);
    }
  • 空间复杂度 O(n^2)

    const matrix = []
    for (let i = 0; i < n; i++) {
        matrix.push([]);
        for (let j = 0; i < n; j++) {
          matrix[i].push(j);
        }
    }

    开始定义了一个数组,而后使用 for 循环再次定义了一个数组,相当于创建了一个二维数组(矩阵),这个数组中的每一项都是一个空间度量为 n 的数组,因此它的空间复杂度为 O(n^2)

阶段思考题:

  1. 如果一段代码中有3个循环,它们的循环次数都是n,那么这段代码的时间复杂度是O(3n)还是O(n)?

    • 如果是 3 个并列循环的代码,那么总的时间复杂度趋势为 O(n)
    • 如果是 3 个循环嵌套,那么总的时间复杂度趋势为 O(n^3)
  2. 假设每天睡觉前,你都会数2的次方,1、2、4、8...,每次你都数到n才能睡着,那么你数了几个数?时间复杂度是多少?

    • 数了:2^x = n ==> x = log2(n) ; x 从 0 算起 所以数了 log2(n) + 1 个数
    • 时间复杂度的趋势为 O(logN)

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