使用大 O 表示法衡量某个算法的复杂度,其实就是将该算法的运行时间用输入量为 n 的函数表示出来。这里的输入量 n 在 STL 中通常指的是算法操作的元素个数。
举个例子,当算法运行时间随元素个数成线性增长时(即如果元素个数呈倍数增长,运行时间也呈倍数增长),该算法的复杂度用 O(n) 来表示;反之,如果算法的运行时间和输入量 n 无关,则该算法的复杂度就用 O(1) 来表示。
表 1 列出了常见的算法复杂度种类,以及使用大 O 表示法表示的复杂度。
算法复杂度种类 | 含义 | 大 O 表示法 |
---|---|---|
常数阶 | 算法运行时间和所操作的元素个数无关 | O(1) |
对数阶 | 算法运行时间随所操作的元素个数呈对数增长 | O(log(n)) |
线性阶 | 算法运行时间随所操作的元素个数呈线性增长 | O(n) |
指数阶(m次方,m为数字) | 算法运行时间随所操作的元素个数呈 m 次方增长 O(nm) | 常见的有 O(n2)、O(n3) 等 |
值得注意的是,大 O 表示法并不关心算法运行所消耗的具体时间,换句话说,对于那些影响算法运行效率较小的因素,使用大 O 表示法表示时会直接将其忽略。例如,某个算法运行的复杂度为 O(n),呈线性增长,但至于线性增长的具体程度(是 100n 还是 2n),在大 O 表示法看来,它们是一样的。也就是说,采用这种测量法则,任何两个线性算法都将被视为具有相同的复杂度。
采用大 O 表示法甚至会出现这种一种情况,即带有巨大常量的线性算法,很有可能会比小常量的指数算法更受欢迎,因为该方法无法显示出真实的运行时间。
所以请读者记住,大 O 表示法只是某种度量方法,它所显示的算法的最佳复杂度,并不一定就是真正的最佳(最快)算法。
复杂度 | 元素个数 | |||||||||||||
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种类 | 大 O 表示 | 1 | 2 | 5 | 10 | 50 | 100 | 1 000 | 10 000 | |||||
常量阶 | O(1) | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
对数阶 | O(log(n)) | 1 | 2 | 3 | 4 | 6 | 7 | 10 | 13 | |||||
线性阶 | O(n) | 1 | 2 | 5 | 10 | 50 | 100 | 1 000 | 10 000 | |||||
2次方 | O(n2) | 1 | 4 | 25 | 100 | 2500 | 10 000 | 1 000 000 | 100 000 000 |
表 2 列出了常用的复杂度随元素个数增长的变化程序。可以看到,当算法处理的元素较少时,各复杂度的差别很小,此时算法效率的优劣往往受被大 O 表示法忽略部分的影响更大。而当处理元素个数越多,各复杂度的差别越大,此时复杂度被忽略的部分就变得无关紧要了。
因此,在考量算法的复杂度时,输入量 n (操作元素的个数)的值必须足够大才有意义。
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