时间复杂度[转]

关于代码的基本操作执行次数,我们用四个生活中的场景,来做一下比喻:

场景1:给小灰一条长10寸的面包,小灰每3天吃掉1寸,那么吃掉整个面包需要几天?
        答案自然是  3  X  10  =  30天。
        如果面包的长度是  N  寸呢?
        此时吃掉整个面包,需要  3  X  n  =  3n  天。
        如果用一个函数来表达这个相对时间,可以记作  T(n)  =  3n。

场景2:给小灰一条长16寸的面包,小灰每5天吃掉面包剩余长度的一半,第一次吃掉8寸,第二次吃掉4寸,第三次吃掉2寸......那么小灰把面包吃得只剩下1寸,需要多少天呢?
        这个问题翻译一下,就是数字16不断地除以2,除几次以后的结果等于1?这里要涉及到数学当中的对数,以2位底,16的对数,可以简写为log16。
        因此,把面包吃得只剩下1寸,需要  5  X  log16  =  5  X  4  =  20  天。
        如果面包的长度是  N  寸呢?
        需要  5  X  logn  =  5logn天,记作  T(n)  =  5logn。

场景3:给小灰一条长10寸的面包和一个鸡腿,小灰每2天吃掉一个鸡腿。那么小灰吃掉整个鸡腿需要多少天呢?
        答案自然是2天。因为只说是吃掉鸡腿,和10寸的面包没有关系  。
        如果面包的长度是  N  寸呢?
        无论面包有多长,吃掉鸡腿的时间仍然是2天,记作  T(n)  =  2。

场景4:给小灰一条长10寸的面包,小灰吃掉第一个一寸需要1天时间,吃掉第二个一寸需要2天时间,吃掉第三个一寸需要3天时间.....每多吃一寸,所花的时间也多一天。那么小灰吃掉整个面包需要多少天呢?
        答案是从1累加到10的总和,也就是55天。
        如果面包的长度是  N  寸呢?
        此时吃掉整个面包,需要  1+2+3+......+ n-1=(1+n)*n/2=0.5n^2+0.5n
        记作T(n)=0.5n^2+0.5n

渐进时间复杂度
        有了基本操作执行次数的函数  T(n),是否就可以分析和比较一段代码的运行时间了呢?还是有一定的困难。
        比如算法A的相对时间是T(n)=  100n,算法B的相对时间是T(n)=  5n^2,这两个到底谁的运行时间更长一些?这就要看n的取值了。
        所以,这时候有了渐进时间复杂度(asymptotic  time  complexity)的概念,官方的定义如下:
        若存在函数  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)),称O(f(n))  为算法的渐进时间复杂度,简称时间复杂度。

渐进时间复杂度用大写O来表示,所以也被称为大O表示法。

如何推导出时间复杂度呢?有如下几个原则:
        如果运行时间是常数量级,用常数1表示;
        只保留时间函数中的最高阶项;
        如果最高阶项存在,则省去最高阶项前面的系数。
        让我们回头看看刚才的四个场景。

场景1:
        T(n)  =  3n  
        最高阶项为3n,省去系数3,转化的时间复杂度为:
        T(n)  =    O(n)

场景2:
        T(n)  =  5logn  
        最高阶项为5logn,省去系数5,转化的时间复杂度为:
        T(n)  =    O(logn)

场景3:
        T(n)  =  2
        只有常数量级,转化的时间复杂度为:
        T(n)  =    O(1)

场景4:
        T(n)=0.5n^2+0.5n
        最高阶项为0.5n^2,省去系数0.5,转化的时间复杂度为:
        T(n)  =    O(n^2)
        

这四种时间复杂度究竟谁用时更长,谁节省时间呢?稍微思考一下就可以得出结论:
        O(1)<  O(logn)<  O(n)<  O(n^2)

在编程的世界中有着各种各样的算法,除了上述的四个场景,还有许多不同形式的时间复杂度,比如:
        
O(nlogn),O(n^3),O(m*n),O(2^n),O(n!)

原文章:https://blog.csdn.net/qq_41523096/article/details/82142747