算法的时间复杂性
算法的时间复杂度和空间复杂度-总结分析
算法的时间复杂度和空间复杂度-总结通常，对于一个给定的算法，我们要做两项分析。
第一是从数学上证明算法的正确性，这一步主要用到形式化证明的方法及相关推理模式，如循环不变式、数学归纳法等。
而在证明算法是正确的基础上，第二部就是分析算法的时间复杂度。
算法的时间复杂度反映了程序执行时间随输入规模增长而增长的量级，在很大程度上能很好反映出算法的优劣与否。
因此，作为程序员，掌握基本的算法时间复杂度分析方法是很有必要的。
算法执行时间需通过依据该算法编制的程序在计算机上运行时所消耗的时间来度量。
而度量一个程序的执行时间通常有两种方法。
一、事后统计的方法这种方法可行，但不是一个好的方法。
该方法有两个缺陷：一是要想对设计的算法的运行性能进行评测，必须先依据算法编制相应的程序并实际运行；二是所得时间的统计量依赖于计算机的硬件、软件等环境因素，有时容易掩盖算法本身的优势。
二、事前分析估算的方法因事后统计方法更多的依赖于计算机的硬件、软件等环境因素，有时容易掩盖算法本身的优劣。
因此人们常常采用事前分析估算的方法。
在编写程序前，依据统计方法对算法进行估算。
一个用高级语言编写的程序在计算机上运行时所消耗的时间取决于下列因素：(1). 算法采用的策略、方法；(2). 编译产生的代码质量；(3). 问题的输入规模；(4). 机器执行指令的速度。
一个算法是由控制结构（顺序、分支和循环3种）和原操作（指固有数据类型的操作）构成的，则算法时间取决于两者的综合效果。
为了便于比较同一个问题的不同算法，通常的做法是，从算法中选取一种对于所研究的问题（或算法类型）来说是基本操作的原操作，以该基本操作的重复执行的次数作为算法的时间量度。
1、时间复杂度（1）时间频度一个算法执行所耗费的时间，从理论上是不能算出来的，必须上机运行测试才能知道。
但我们不可能也没有必要对每个算法都上机测试，只需知道哪个算法花费的时间多，哪个算法花费的时间少就可以了。
并且一个算法花费的时间与算法中语句的执行次数成正比例，哪个算法中语句执行次数多，它花费时间就多。
算法计算复杂度计算方式
算法计算复杂度计算方式
算法的复杂度是评估算法性能的重要指标，它描述了算法运行
时间或空间需求随输入规模增长的趋势。
计算复杂度的方式通常有
两种，时间复杂度和空间复杂度。
时间复杂度是指算法解决问题所需的计算工作量，它衡量了算
法的执行时间。
时间复杂度通常用大O符号表示，如O(n)、O(n^2)等。
计算时间复杂度的方法是通过分析算法中基本操作执行的次数
来确定，然后找到随输入规模增长时的增长趋势。
空间复杂度是指算法解决问题所需的内存空间，它衡量了算法
的内存消耗。
空间复杂度也通常用大O符号表示，如O(1)、O(n)等。
计算空间复杂度的方法是通过分析算法中变量、数据结构和递归调
用等占用的内存空间来确定。
在实际应用中，计算复杂度的方式可以通过数学分析、递归关
系式、迭代关系式等方法来进行。
通过计算复杂度，我们可以评估
算法的效率和性能，选择合适的算法来解决问题，优化算法以提高
执行效率，从而更好地满足实际需求。
算法的复杂度计算方式对于
算法设计和分析具有重要的指导意义，是算法研究和应用中的基础和关键。
常用算法时间复杂度
常用算法时间复杂度在计算机科学领域中，算法是解决问题的一种方法。
算法的好坏不仅与其解决问题的准确性相关，而且和其所需的时间和空间复杂度也有关。
时间复杂度是度量算法执行所需时间的数量级，通常用大O符号表示，因此也被称为大O复杂度。
下面介绍一些常用算法的时间复杂度。
1. 常数时间复杂度（O(1)）此类算法与输入规模大小无关，执行时间始终相同。
例如，访问数组的某个元素，可以通过索引直接访问，不需要循环遍历整个数组。
2. 线性时间复杂度（O(n)）此类算法的执行时间与输入规模成线性关系。
例如，遍历一个数组，需要循环访问每个元素一次，时间复杂度为O(n)。
3. 对数时间复杂度（O(logn)）此类算法的执行时间与输入规模成对数关系。
例如，二分查找算法，每次执行都能将待查找元素的搜索区间缩小一半，因此时间复杂度为O(logn)。
4. 平方时间复杂度（O(n^2)）此类算法的执行时间与输入规模的平方成正比。
例如，嵌套循环遍历二维数组，需要执行n*n次操作，时间复杂度为O(n^2)。
5. 立方时间复杂度（O(n^3)）此类算法的执行时间与输入规模的立方成正比。
例如，嵌套循环遍历三维数组，需要执行n*n*n次操作，时间复杂度为O(n^3)。
6. 指数时间复杂度（O(2^n)）此类算法的执行时间随着输入规模的增加呈指数级增长。
例如，求解某些NP问题（非确定性多项式问题）的暴力搜索算法，时间复杂度为O(2^n)。
7. 阶乘时间复杂度（O(n!)）此类算法的执行时间随着输入规模的增加呈阶乘级增长。
例如，通过枚举法求解某些问题，每次需要执行n!次操作，时间复杂度为O(n!)。
在实际应用中，时间复杂度是衡量算法效率的重要指标，因此开发人员需要在设计时考虑时间复杂度优化问题。
如果算法复杂度较高，可能会导致程序执行时间过长，甚至无法正常运行。
因此，开发人员需要根据具体情况来选择合适的算法，以达到更好的性能要求。
算法的时间复杂度是指什么
算法的时间复杂度是指什么时间复杂度通常用大O符号表示。
大O表示法表示算法运行时间的上界，即算法最坏情况下的运行时间。
时间复杂度可以分为几个级别，如常数时间O(1)、对数时间O(log n)、线性时间O(n)、线性对数时间O(n log n)、平方时间O(n^2)等。
这些时间复杂度级别代表了问题规模增长时算法所需时间的不同变化速度。
在分析算法的时间复杂度时，通常关注的是算法运行时间随问题规模n的增长而变化的趋势，而不关注具体的运行时间。
因此，时间复杂度是一种抽象的概念，用于比较不同算法的运行效率。
1.基本操作数计数法：通过统计算法执行的基本操作数来估计算法的时间复杂度。
基本操作就是算法中最频繁执行的操作，例如赋值、比较、加法、乘法等。
基本操作数计数法的思路是，通过对算法中的基本操作进行计数，然后选择基本操作数最大的那一部分作为算法的时间复杂度。
2.事后统计法：通过实际运行算法并统计其执行时间来估计算法的时间复杂度。
这种方法通常用于验证理论上估计的时间复杂度是否准确。
然而，事后统计法只能得到特定输入情况下的时间复杂度，不能推断出算法的一般情况下的时间复杂度。
3.算法复杂度分析法：通过对算法中各个语句进行分析，得出算法的时间复杂度。
这种方法可以用数学方法推导出时间复杂度的表达式，通常使用数学归纳法、递推关系、循环求和等方法进行分析。
算法的时间复杂度对于衡量算法的效率非常重要。
较低的时间复杂度意味着算法可以在更短的时间内处理更大规模的问题。
因此，选择合适的算法设计和算法优化可以提高程序的运行效率，并减少资源消耗，对于大规模数据处理和系统性能优化至关重要。
算法时间复杂度的计算公式
算法时间复杂度的计算公式算法时间复杂度是算法效率的一种度量方式，通常用大O符号来表示，例如O(1)、O(n)、O(n^2)等。
在计算算法时间复杂度时，需要考虑算法中各种操作的时间复杂度，并将它们合并为总时间复杂度。
以下是常见的算法操作时间复杂度：1. 常数级别：O(1)2. 对数级别：O(logn)3. 线性级别：O(n)4. 线性对数级别：O(nlogn)5. 平方级别：O(n^2)6. 立方级别：O(n^3)7. 指数级别：O(2^n)计算总时间复杂度的公式如下：1. 顺序执行的操作，时间复杂度直接相加。
例如，若有操作A、B、C，它们的时间复杂度分别为O(a)、O(b)、O(c)，则总时间复杂度为O(a + b + c)。
2. 嵌套执行的操作，时间复杂度取最大值。
例如，若有操作A、B，操作A执行了n次，每次的时间复杂度为O(n)，操作B的时间复杂度为O(nlogn)，则总时间复杂度为O(n*nlogn)，即O(n^2logn)。
3. 分支语句的时间复杂度为其中时间复杂度最大的分支的时间复杂度。
例如，若有分支语句，分别包含操作A和操作B，它们的时间复杂度分别为O(a)、O(b)，则分支语句的时间复杂度为O(max(a,b))。
4. 循环结构的时间复杂度为循环次数乘以循环体的时间复杂度。
例如，若有循环结构，循环次数为n，循环体包含操作A和操作B，它们的时间复杂度分别为O(a)、O(b)，则循环结构的时间复杂度为O(n*max(a,b))。
综上所述，计算算法总时间复杂度需要考虑各个操作的时间复杂度以及它们的执行顺序、嵌套关系、分支和循环结构。
算法时间复杂度的计算公式
算法时间复杂度的计算公式
算法时间复杂度是衡量算法效率的重要指标，它是指算法运行时间随着问题规模的增大而增长的速度。
计算算法时间复杂度需要考虑以下几个因素：
1. 循环结构的次数：算法中循环结构执行的次数是影响时间复杂度的重要因素之一。
2. 嵌套循环结构：如果算法中有多个嵌套循环结构，那么时间复杂度的计算就要考虑这些循环的嵌套次数。
3. 条件判断语句：如果算法中有条件判断语句，那么时间复杂度的计算需要根据条件的判断次数进行计算。
4. 递归调用：如果算法中有递归调用，那么时间复杂度的计算需要根据递归的次数进行计算。
算法时间复杂度的计算公式可以表示为：
T(n) = O(f(n))
其中，T(n)表示算法的时间复杂度，f(n)表示算法执行的时间，O表示算法的渐进时间复杂度。
根据算法的实际情况，可以通过分析算法中循环结构的次数、嵌套次数、条件判断次数、递归次数等因素，来确定算法的时间复杂度。
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算法的时间复杂度和空间复杂度简单理解
算法的时间复杂度和空间复杂度简单理解时间复杂度是指执⾏算法所需要的计算⼯作量；⽽空间复杂度是指执⾏这个算法所需要的内存空间。
（算法的复杂性体现在运⾏该算法时的计算机所需资源的多少上，计算机资源最重要的是时间和空间（即寄存器）资源，因此复杂度分为时间和空间复杂度在描述算法复杂度时,经常⽤到o(1), o(n), o(logn), o(nlogn)来表⽰对应算法的时间复杂度。
这⾥进⾏归纳⼀下它们代表的含义:这是算法的时空复杂度的表⽰。
不仅仅⽤于表⽰时间复杂度，也⽤于表⽰空间复杂度。
⼀个算法的优劣主要从算法的所需时间和所占⽤的空间两个⽅⾯衡量。
⼀般空间利⽤率⼩的，所需时间相对较长。
所以性能优化策略⾥⾯经常听到空间换时间，时间换空间这样说法 O后⾯的括号中有⼀个函数，指明某个算法的耗时/耗空间与数据增长量之间的关系。
其中的n代表输⼊数据的量。
1. ⽐如时间复杂度为O(n)，就代表数据量增⼤⼏倍，耗时也增⼤⼏倍。
⽐如常见的遍历算法。
int x=1; while (x <n){ x++; } list.contains()⽅法,系统会对list中的每个元素e调⽤o.equals(e),因此⽤时间复杂度表⽰是O(n) 该算法执⾏次数是如果n=10, 执⾏次数就是10，n是个变量，⽤时间复杂度表⽰是O(n)。
2. 再⽐如时间复杂度O(n^2)，就代表数据量增⼤n倍时，耗时增⼤n的平⽅倍，这是⽐线性更⾼的时间复杂度。
⽐如冒泡排序，就是典型的O(n^2)的算法，对n个数排序，需要扫描n×n次。
for (i = 0; i < n; i++){ for (j = 0; j < n; j++){ //... } } 如果两层循环,该算法for循环，最外层循环每执⾏⼀次，内层循环都要执⾏n次，执⾏次数是根据n所决定的，最⼤时间复杂度是O（n^2），如果内层循环在某种场景⼀次就跳出,其实也可以退化成o(n), 通常我们计算时间复杂度都是计算最多情况.由此类推，如果是三层循环，最⼤时间复杂度就是 O（n^3）.⽐如冒泡、选择等等 3. O(1)就是最低的时空复杂度了，也就是耗时/耗空间与输⼊数据⼤⼩⽆关，⽆论输⼊数据增⼤多少倍，耗时/耗空间都不变。
算法时间复杂度怎么算
算法时间复杂度怎么算一、概念时间复杂度是总运算次数表达式中受n的变化影响最大的那一项(不含系数)比如：一般总运算次数表达式类似于这样：a*2^n+b*n^3+c*n^2+d*n*lg(n)+e*n+fa ！=0时，时间复杂度就是O(2^n);a=0,b<>0 =>O(n^3);a,b=0,c<>0 =>O(n^2)依此类推eg:(1) for(i=1;i<=n;i++) //循环了n*n次，当然是O(n^2)for(j=1;j<=n;j++)s++;(2) for(i=1;i<=n;i++)//循环了(n+n-1+n-2+...+1)≈(n^2)/2，因为时间复杂度是不考虑系数的，所以也是O(n^2)for(j=i;j<=n;j++)s++;(3) for(i=1;i<=n;i++)//循环了(1+2+3+...+n)≈(n^2)/2,当然也是O(n^2) for(j=1;j<=i;j++)s++;(4) i=1;k=0;while(i<=n-1){k+=10*i; i++; }//循环了n-1≈n次，所以是O(n)(5) for(i=1;i<=n;i++)for(j=1;j<=i;j++)for(k=1;k<=j;k++)x=x+1;//循环了(1^2+2^2+3^2+...+n^2)=n(n+1)(2n+1)/6(这个公式要记住哦)≈(n^3)/3，不考虑系数，自然是O(n^3)另外，在时间复杂度中，log(2,n)(以2为底)与lg(n)(以10为底)是等价的，因为对数换底公式：log(a,b)=log(c,b)/log(c,a)所以，log(2,n)=log(2,10)*lg(n),忽略掉系数，二者当然是等价的二、计算方法1.一个算法执行所耗费的时间，从理论上是不能算出来的，必须上机运行测试才能知道。
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算法的时间复杂性
【摘要】算法的复杂性是对算法效率的度量，是评价算法优劣的重要依据。
时间复杂性是指算法中包含简单操作次数的多少，是算法运行时间的相对度量。
解决的问题越复杂，规模越大，算法分析的工作量就越大，从而涉及到的执行算法所需的时间和空间的量就越大。
因此本文就算法分析进行了深入的探讨，论述了时间和空间的复杂性在算法分析中的重要作用。
【关键词】算法分析；时间复杂性；空间复杂性；平均时间；NPC问题
一个算法是一个有限指令的集合。
这些指令确定了解决某一问题的运算或操作程序。
问题是要求回答的提问。
通常有几个参数或自变量，他们的值是特定的，取自问题的定义域，问题的描述即对其参数进行描述，之处其解是满足什么性质的命题。
给问题的全体参数都指定了确定的值，便得到问题的一个实例。
例如“y+z=？”是加法问题，而”4+7=？”是加法实例。
当然，一个问题一般可以包含多个实例。
一个计算机程序即使是按照正确的算法编写的，对于一些输入来时也许是毫无用处的，因为这个程序的执行时间太长，或者程序的数据、变量等占用的存储空间太大。
算法分析是指通过分析得到算法所需的时间和空间的估计量，算法的复杂度是指执行算法所需的时间和空间的量。
因此，本文叙述一下算法执行所需时间的问题。
1 时间复杂性
用微积分可以证明，上列函数中给每个函数都小于其对于数字的函数，即每个函数与其后数字代表的函数的比在n无限增长时趋于0.图1显示了这些函数的图像，图1中函数值的每个刻度都是它前面刻度的两倍。
1.1 时间频度
一个算法执行所耗费的时间，从理论上是不能算出来的，必须上机运行测试才能知道。
但我们不可能也没有必要对每个算法都上机测试，只需知道哪个算法花费的时间多，哪个算法花费的时间少就可以了。
并且一个算法花费的时间与算法中语句的执行次数成正比例，哪个算法中语句执行次数多，它花费时间就多。
一个算法中的语句执行次数称为语句频度或时间频度。
记为T（n）。
1.2 计算方法
a、一般情况下，算法的基本操作重复执行的次数是模块n的某一个函数f （n），因此，算法的时间复杂度记做：T（n）=O（f（n））_
分析：随着模块n的增大，算法执行的时间的增长率和f（n）的增长率成正比，所以f（n）越小，算法的时间复杂度越低，算法的效率越高。
b、算法的时间复杂度
若要比较不同的算法的时间效率，受限要确定一个度量标准，最直接的办法就是将计算法转化为程序，在计算机上运行，通过计算机内部的计时功能获得精确的时间，然后进行比较。
但该方法受计算机的硬件、软件等因素的影响，会掩盖算法本身的优劣，所以一般采用事先分析估算的算法，即撇开计算机软硬件等因素，只考虑问题的规模（一般用用自然数n表示），认为一个特定的算法的时间复杂度，只采取于问题的规模，或者说它是问题的规模的函数。
为了方便比较，通常的做法是，从算法选取一种对于所研究的问题（或算法模型）来说是基本运算的操作，以其重复执行的次数作为评价算法时间复杂度的标准。
该基本操作多数情况下是由算法最深层环内的语句表示的，基本操作的执行次数实际上就是相应语句的执行次数。
一般T（n）=Of（n）
例如：
2 空间复杂度
空间复杂度（Space Complexity）是对一个算法在运行过程中临时占用存储空间大小的量度。
比如插入排序的时间复杂度是O（n2），空间复杂度是O（1）而一般的递归算法就要有O（n）的空间复杂度了，因为每次递归都要存储返回信息
一个算法的优劣主要从算法的执行时间和所需要占用的存储空间两个方面衡量。
类似于时间复杂度的讨论，一个算法的空间复杂度（SpaceComplexity）S（n）定义为该算法所耗费的存储空间，它也是问题规模n的函数。
渐近空间复杂度也常常简称为空间复杂度。
空间复杂度（SpaceComplexity）是对一个算法在运行过程中临时占用存储空间大小的量度。
一个算法在计算机存储器上所占用的存储空间，包括存储算法本身所占用的存储空间，算法的输入输出数据所占用的存储空间和算法在运行过程中临时占用的存储空间这三个方面。
算法的输入输出数据所占用的存储空间是由要解决的问题决定的，是通过参数表由调用函数传递而来的，它不随本算法的不同而改变。
存储算法本身所占用的存储空间与算法书写的长短成正比，要压缩这方面的存储空间，就必须编写出较短的算法。
算法在运行过程中临时占用的存储空间随算法的不同而异，有的算法只需要占用少量的临时工作单元，而且不随问题规模的大小而改变，我们称这种算法是“就地”进行的，是节省存储的算法，有的算法需要占用的临时工作单元数与解决问题的规模n有关，它随着n的增大而增大，当n较大时，将占用较多的存储单元，
分析一个算法所占用的存储空间要从各方面综合考虑。
如对于递归算法来说，一般都比较简短，算法本身所占用的存储空间较少，但运行时需要一个附加堆栈，从而占用较多的临时工作单元；若写成非递归算法，一般可能比较长，算法本身占用的存储空间较多，但运行时将可能需要较少的存储单元。
空间复杂度与时间复杂度类似，空间复杂度是指算法在计算机内执行时所需存储空间的度量，作：S（n）=Of（n）。
一个空间复杂度只考虑在运行过程中为局部变量分配的存储空间的大小，它包括为参数表中形参变量分配的存储空间和为在函数体中定义的局部变量分配的存储空间两个部分。
若一个算法为递归算法，其空间复杂度为递归所使用的堆栈空间的大小，它等于一次调用所分配的临时存储空间的大小乘以被调用的次数（即为递归调用的次数加1，这个1表不开始进行的一次非递归调用）。
渐进时间复杂度评价算法时间性能主要用算法时间复杂度的数量级（即算法的渐近时间复杂度）评价一个算法的时间性能
3 联系对于一个算法，其时间复杂度和空间复杂度往往是相互影响的。
当求一个较好的空间复杂度时，可能会使时间复杂度的性能变差，即可能导致占用较长的运行时间；反之，当追求一个较好的时间复杂度时，可能会使空间复杂度的性能变差，即可能导致占用较多的存储空间。
另外，算法的所有性能之间都存在着或多或少的相互影响。
因此，当设计一个算法（特别是大型算法）时，要综合考虑算法的各项性能，算法的使用频率，算法处理的数据量的大小，算法描述语言的特性，算法运行的机器系统环境等各方面因素，才能够设计出比较好的算法。
算法的时间复杂度和空间复杂度合称为算法的复杂度。
图3 常用的算法的时间复杂度和空间复杂度
4 NPC问题
能使用具有多项式最坏情况复杂性的算法解决的问题称为易处理的，否则，称为不易处理的。
不过，如果在大O估计中的多项式次数高（如100次），多项式的次数特别大，算法可能会花特别长的时间来解决问题。
对于实际应用中出现的不易处理的问题，如果存在求近似解的快速算法，甚至还能保证近似解与精确解相差不太大，通常不求其精确解，而求其近似解。
易处理的问题属于P问题，至今既没有找到多项式算法，又不能证明它不存在多项式算法。
这类问题称为NPC问题。
还有一类重要问题，只要其中任何一个问题能用一个多项式时间最坏情况算法解答，称为其NPC问题简称NPC问题。
5 小结
随着科学技术的不断发展，计算机速度和内存空间获得巨大的增长，再加上使用能做并行处理的算法，以前认为的不能同时兼顾时间复杂性和空间复杂性的问题将迅速的减少，极大的减少了计算机所花的时间和占有的存储量，空间复杂性与实现算法时间使用的特定数据结构紧密相连，我相信在即将的未来随着科学技术的不断进步，一些繁复的NPC问题和极度复杂不能兼顾时间与空间的问题将面临攻克。
算法复杂度将不再是解问题的巨大障碍。
【参考文献】
[1]卜月华，吴建专，顾国华，殷翔，图论及其应用[M].东南大学出版社，2002.
[2]蒋长浩，图论与网络流[M].中国林业大学出版社，2001.
[3]殷剑宏，吴开亚.[M]中国科学技术大学出版社，2003
[4]Back T，Schwefel H P.An overview of evolutionary algorithms for parameter optimization[J].Evolutionary Computation.1993.
[5]Fogel L J，Owens A J，Walsh M J.Artificial Intelligence through Simulated Evolution[M].New York：Wiley，1996.
[6]Holland J H.Adaptation in Natural and Artificial Systems[M].2nd ed.Cambridge.MA：MIT Press，1992.。